[發(fā)明專利]大跨連續(xù)鋼箱梁橋超大比例氣彈模型自然風(fēng)場渦振試驗裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010861890.0
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111855130A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許福友;王博;王旭;董博文;張明杰
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01M9/06;G01M9/08
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明提供了一種大跨連續(xù)鋼箱梁橋超大比例氣彈模型自然風(fēng)場渦振試驗裝置，包括起固定支撐作用的橋墩、模擬主梁邊界條件的支座、模擬箱梁剛度的芯梁和模擬氣動外形的外衣。裝置主要部件可以多次重復(fù)利用，并可方便調(diào)整多種參數(shù)，以適應(yīng)不同橋梁工程的模擬需求。相比于風(fēng)洞試驗方法，基于該試驗裝置可以使得試驗?zāi)Ｐ筒皇茱L(fēng)洞尺寸限制，模型縮尺比例可以數(shù)倍于大型風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ停梢蕴岣吣Ｐ蛣偠取㈩l率比、風(fēng)速比，大幅提高雷諾數(shù)，試驗精度也得以提高；而且無需占用大型風(fēng)洞試驗設(shè)備，也可節(jié)省大量能耗。相比于實橋現(xiàn)場試驗，本裝置方便改變橋梁模型參數(shù)，可以多次重復(fù)利用，因此更便于開展全面系統(tǒng)的渦振研究，試驗難度和成本大幅降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋梁抗風(fēng)設(shè)計中連續(xù)鋼箱梁橋渦振試驗研究技術(shù)領(lǐng)域，涉及大跨連續(xù)鋼箱梁橋超大比例氣彈模型自然風(fēng)場中渦振研究的一種試驗裝置。

背景技術(shù)

大跨連續(xù)鋼箱梁橋具有跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)剛度大、抗震性能好、施工方便、高速行車平順等優(yōu)點備受橋梁設(shè)計者青睞，在世界各地已經(jīng)建造大量大跨連續(xù)鋼箱梁橋，將來還將建造更多、更大跨度的連續(xù)鋼箱梁橋。大跨連續(xù)鋼箱梁橋由于斷面較鈍、質(zhì)量較輕、阻尼較小、頻率較低，實橋發(fā)生大幅豎彎渦振案例不乏枚舉，例如俄羅斯伏爾加河橋、日本東京灣橋和中國崇啟橋等均發(fā)生過大幅豎向渦振。幸運的是，至今未發(fā)現(xiàn)有大跨連續(xù)鋼箱梁橋扭轉(zhuǎn)渦振的相關(guān)報道，因此可以暫且對其不予關(guān)注。

大跨連續(xù)鋼箱梁橋渦振盡管不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)災(zāi)難性的破壞，但會影響行車舒適性和安全性，引發(fā)構(gòu)件疲勞損傷甚至破壞，且會造成廣泛的不良社會影響。因此，大跨連續(xù)鋼箱梁橋渦振需要嚴(yán)格控制。對于大跨連續(xù)鋼箱梁橋渦振研究，以往主要包括兩種方法：氣彈模型風(fēng)洞試驗和實橋現(xiàn)場監(jiān)測。風(fēng)洞試驗優(yōu)點包括：(1)風(fēng)場參數(shù)(如風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)攻角、紊流度等)可控，可以根據(jù)需要設(shè)定；(2)風(fēng)洞試驗在室內(nèi)進(jìn)行，一般不受大氣環(huán)境(如季節(jié)、晝夜、風(fēng)雨、氣溫等)變化的影響；(3)模型和測試儀器的安裝、操作、使用比較方便，可以連續(xù)試驗。缺點包括：(1)風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ洼^小(比例1:100-1:50)，雷諾數(shù)效應(yīng)明顯；(2)需要專門大型風(fēng)洞實驗室，且有較高的能耗；(3)風(fēng)洞難以模擬復(fù)雜的自然風(fēng)場特性。實橋現(xiàn)場監(jiān)測優(yōu)點包括：(1)通過現(xiàn)場布設(shè)風(fēng)速儀、加速度等傳感器，可獲取橋梁結(jié)構(gòu)在實際來流條件下的渦振，屬于一手真實資料；(2)不受相似準(zhǔn)則限制，細(xì)部構(gòu)造、幾何非線性和材料非線性等均為真實體現(xiàn)；(3)結(jié)合橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)可對橋梁風(fēng)致響應(yīng)進(jìn)行長期監(jiān)測。缺點包括：(1)實橋傳感器布置存在諸多問題，難度大、投入高、維護(hù)成本高；(2)橋梁渦振發(fā)生頻次有限，實測數(shù)據(jù)少，難以獲得大量有研究價值的實測數(shù)據(jù)資料；(3)橋梁一旦建成，很難調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)(氣動外形、模態(tài)參數(shù)、邊界條件等參數(shù))，研究效率低。