[實(shí)用新型]自然風(fēng)場中超長斜拉索氣彈模型風(fēng)致振動試驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202021651567.2
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN212300782U
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許福友;毛濤濤;曾華;周傲秋
• 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;G01M9/08;G01M7/02
• 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)

本實(shí)用新型提供了自然風(fēng)場中超長斜拉索氣彈模型風(fēng)致振動試驗(yàn)裝置。利用本裝置可在良好的自然風(fēng)場中開展超長斜拉索氣彈模型風(fēng)致振動試驗(yàn)，相比于傳統(tǒng)風(fēng)洞試驗(yàn)方法，裝置不需要占用風(fēng)洞及昂貴的試驗(yàn)設(shè)備，能耗低，試驗(yàn)成本低，而且模型尺寸不受風(fēng)洞尺寸限制，因此可實(shí)現(xiàn)超大比例斜拉索氣彈模型試驗(yàn)，試驗(yàn)精度可以大幅提升。相比于實(shí)橋現(xiàn)場試驗(yàn)，本裝置方便改變拉索長度、質(zhì)量、傾角、風(fēng)偏角、索力、剛度、阻尼等參數(shù)，因此更便于開展全面系統(tǒng)的研究，且便于獲得斜拉索風(fēng)致內(nèi)力及大幅振動時程。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)中斜拉橋拉索風(fēng)致振動試驗(yàn)研究技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種自然風(fēng)場中超長斜拉索氣彈模型風(fēng)致振動試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

斜拉索是斜拉橋的關(guān)鍵承力構(gòu)件，隨著斜拉橋跨徑的不斷增大，其柔度增大，阻尼減小，在風(fēng)荷載、風(fēng)雨共同作用下可能發(fā)生大幅振動。斜拉索常見的風(fēng)致振動主要包括渦激振動、馳振和風(fēng)雨激振。斜拉索的風(fēng)致大幅振動容易引起拉索錨固處的疲勞，影響其使用性能和橋梁行車舒適性。因此，斜拉索風(fēng)致振動是一個亟待解決的問題，需要嚴(yán)格控制。以往斜拉索風(fēng)致振動以及風(fēng)雨激振試驗(yàn)通常在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中開展，優(yōu)點(diǎn)在于流場風(fēng)速可控，流場品質(zhì)良好。然而，對于大部分風(fēng)洞，由于受限于其尺寸，斜拉索一般采用剛性模型。只有少數(shù)大型風(fēng)洞(風(fēng)洞寬度大于10m)才可以方便開展氣彈模型試驗(yàn)，然而模型比例(小于1:20，甚至1:50)仍然較小。實(shí)際橋梁現(xiàn)場實(shí)測雖然可以獲得拉索風(fēng)致振動及風(fēng)雨激振最實(shí)際的特征，但實(shí)橋不便開展不同參數(shù)(長度、質(zhì)量、阻尼比、傾角、風(fēng)向角等)條件下索力和振動的實(shí)測研究，即基本不具有可控性。針對風(fēng)洞試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測方法研究斜拉索風(fēng)致振動面臨的不足，提出在自然風(fēng)場中開展超長斜拉索氣彈模型風(fēng)致振動試驗(yàn)裝置，具有其相對優(yōu)勢和特色。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對斜拉橋斜拉索風(fēng)致振動和風(fēng)雨激振研究的需要，提供一種可以彌補(bǔ)目前風(fēng)洞試驗(yàn)方法及實(shí)橋觀測方法面臨的不足，在良好的自然風(fēng)場中開展不同工況條件下超長斜拉索氣彈模型風(fēng)致振動的試驗(yàn)裝置。該裝置主要包括剛性高強(qiáng)塔柱、塔柱套環(huán)、套環(huán)支架、斜拉索、索力計(jì)、張拉千斤頂和地面錨碇。另外，可以根據(jù)試驗(yàn)條件和需求，增設(shè)加速度傳感器或高速攝像機(jī)等儀器設(shè)備采集。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：

自然風(fēng)場中超長斜拉索氣彈模型風(fēng)致振動試驗(yàn)裝置，置于具有良好自然風(fēng)場條件的平坦開闊試驗(yàn)場地(比如海邊或山頂)。場地滿足風(fēng)速高、風(fēng)場穩(wěn)、紊流度低，風(fēng)場持時長等條件。試驗(yàn)裝置包括剛性塔柱1、塔柱套環(huán)2、套環(huán)支架3、斜拉索模型4、索力計(jì)5、張拉千斤頂6、地面錨碇7，另可根據(jù)試驗(yàn)條件，增設(shè)加速度傳感器或高速攝像機(jī)等儀器設(shè)備。剛性立柱1嵌固于地基，保證足夠高度、強(qiáng)度及剛度；塔柱套環(huán)2套在剛性塔柱1頂部，與頂端保留幾十厘米距離，并且有足夠強(qiáng)度的套環(huán)支架3支撐塔柱套環(huán)2在承受斜向拉力作用下保證不會沿剛性立柱1下滑；斜拉索模型4上端與套環(huán)2套接，下端連接索力計(jì)5；索力計(jì)5與張拉千斤頂6串聯(lián)后，與地面錨碇7固接。塔柱套環(huán)2可以繞剛性塔柱1自由滑動，這樣可以便于調(diào)整斜拉索模型4上端的平面位置，從而方便(無需工作人員爬高到塔頂專門處理)調(diào)整斜拉索模型4的空間姿態(tài)。單根斜拉索模型4張拉受力會對剛性塔柱1造成附加彎矩，剛性塔柱1越高，斜拉索模型4索力越大，剛性塔柱1彎矩越大，結(jié)構(gòu)越危險(xiǎn)。因此，為了盡可能減小附加彎矩，提高安全性和增大索力試驗(yàn)范圍，建議在剛性塔柱1左右對稱布置同等型號的斜拉索、索力計(jì)、千斤頂及錨碇，而且可以同時完成兩組試驗(yàn)，便于對比分析。不同試驗(yàn)條件下，拉索風(fēng)致振動信號可以采用加速度傳感器或高速攝像機(jī)等儀器設(shè)備采集，拉索索力時程可以通過索力計(jì)采集。通過張拉千斤頂6可以調(diào)整斜拉索模型4的張拉力，進(jìn)而改變模型張拉剛度及振動頻率。根據(jù)氣象預(yù)報(bào)，可以預(yù)先調(diào)整斜拉索4的空間姿態(tài)，即改變斜拉索4上、下端點(diǎn)位置?，F(xiàn)場試驗(yàn)時風(fēng)場參數(shù)(風(fēng)速，風(fēng)向等)可以通過三維風(fēng)速儀監(jiān)測。