[發明專利]一種風浪流耦合作用下懸浮隧道動力響應試驗裝置

在審

• 申請號: 202310394041.2
• 申請日: 2023-04-13
• 公開（公告）號: CN116296234A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王恩浩;張程雲
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08;G01M10/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀鋒

本發明公開了一種風浪流耦合作用下懸浮隧道動力響應試驗裝置，包括模擬機構、懸浮隧道試驗機構和測量機構，其中，模擬機構用于模擬風場和控制水體運動，能夠模擬風浪流耦合激勵作用；懸浮隧道試驗機構用于模擬懸浮隧道在風浪流耦合激勵作用下的動力響應并進行試驗；測量機構用于測量、收集反饋模擬機構和所述懸浮隧道試驗機構的試驗數據。本發明能夠靈活模擬各種試驗工況下懸浮隧道試驗機構的三維運動和受力情況，真實有效地全面反映懸浮隧道在風、波浪和海流荷載作用下的動力響應情況；且本發明提出的試驗裝置結構簡單、成本低廉、設計科學、便于安裝、測量精確、實用性較強。

技術領域

本發明涉及懸浮隧道動力響應試驗裝置的技術領域，特別是涉及一種風浪流耦合作用下懸浮隧道動力響應試驗裝置。

背景技術

懸浮隧道是一種新型的用于跨越深海峽灣的交通結構形式，其利用自身重力、水浮力和固定裝置保持動力平衡，使之懸浮于水下一定深度。與傳統的大型跨海交通構筑物相比，懸浮隧道具有通行時間短、跨越能力大、單位長度建設成本低、能保持全天候運營等優勢，擁有巨大的發展應用潛力，受到了國內外學者的廣泛關注。

懸浮隧道的固定方式主要分為浮筒式、錨索式和樁柱式。當懸浮隧道的重力大于浮力時，通常采用浮筒裝置作為固定裝置，其整體結構體系較為復雜，結構的動力響應控制、系統的穩定性和安全性問題是目前研究中面臨的關鍵性難點。

懸浮隧道的管體和浮筒裝置長期處在復雜的海洋環境荷載中，主要受到風、波浪和海流荷載的影響。懸浮隧道在風浪流荷載的耦合作用下，不能簡單視為三者作用效果的疊加，而要考慮海面風對附近水域波浪運動耦合作用的影響。理論建模和數值計算在處理這種復雜的風浪流耦合問題時采取了大量簡化計算，導致其結果無法真實地反映懸浮隧道的實際受力和運動情況，而真實尺度的海上試驗往往會消耗巨大的財力、物力且難以重復，最有效的手段仍然是開展比尺近似的模型試驗。目前，對浮筒式懸浮隧道在風、波浪和海流荷載耦合作用下動力響應模型試驗研究還很缺乏。

現有技術中公開了一種風浪流全耦合動力實驗系統(公開號CN110879126A)，但該系統存在以下不足：

(1)該系統采用狹窄的管狀結構低速風洞，從尺度上來看，無法模擬跨度較大的多管節懸浮隧道結構的動力響應，實用性不強。

發明內容

件和蜂窩狀穩流器。

在本發明的一些實施例中，所述造波造流單元包括造波結構和造流結構，所述造波結構包括搖板式造波機，所述造波結構用于由伺服電機驅動生成規則波、不規則波和聚焦波；所述造流結構包括造流泵，所述造流結構用于控制水流流量。

在本發明的一些實施例中，所述模擬機構還包括消波單元，用于降低水體波流擾動的影響，能夠提高造波質量以及所述測量機構采集的試驗數據的準確性。

在本發明的一些實施例中，所述懸浮隧道試驗機構包括懸浮隧道試驗單元和管體固定單元，所述管體固定單元用于固定所述懸浮隧道試驗單元，并用于模擬駁岸段的靜動力響應。

在本發明的一些實施例中，所述懸浮隧道試驗單元包括浮筒結構和管體懸浮隧道，所述浮筒結構連接管體懸浮隧道；所述浮筒結構的材質是發泡塑料；所述管體懸浮隧道的材質是有機玻璃，所述管體懸浮隧道包括至少兩個管節。

在本發明的一些實施例中，所述測量機構包括環境測量單元和懸浮隧道試驗測量單元，所述環境測量單元用于測量所述模擬機構生成的環境數據，所述懸浮隧道試驗測量單元用于測量所述懸浮隧道試驗機構在所述風浪流耦合激勵作用下產生的受作用力數據。

在本發明的一些實施例中，所述環境測量單元包括浪高儀、流速儀、風速儀；所述懸浮隧道試驗測量單元包括壓力傳感器、六軸力傳感器、六自由度位移測量件，所述六自由度位移測量件包括高速攝像機和六分量靶標。