CN103528788B - 一种桥梁测力测压模型 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种桥梁测力测压模型，包括矩形的悬浮框、悬浮框外部的悬浮框外衣和测量悬浮框受力的测力机构；测力机构包括设在悬浮框的端部并与悬浮框宽边中心线在一条直线上的轴向力传感器、垂直设在悬浮框底部的多个竖向力传感器、设在悬浮框一个或两个侧面并与悬浮框宽边方向平行的多个侧向力传感器。本发明作为一种桥梁测力测压模型，通过在多个方向布置力传感器，可测得各个方向的力，并在力传感器与悬浮框之间设置消扰构件，可确保各个方向的力都尽可能的传递到相应的力传感器上，极大的提高了测量的力的准确性，进而准确得到桥梁模型的气动力；并在悬浮框两端设置端部矩形块作为补偿段，可避免端部效应，使悬浮段的流场尽可能的接近二维流。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁测力测压模型，可适用于在风洞里测试节段模型的气动力。
背景技术
桥梁常位于空旷开阔的江面、海面或峡谷，在这些地方风速较大，风对桥梁的作用不容忽略。而随着造桥技术的发展，桥梁向大跨、轻柔方向发展的趋势越来越明显，风荷载便成为桥梁设计的控制荷载。如何预防桥梁的风毁事故的发生已经成为风工程领域的重要课题。
风对桥梁的影响主要表现为风致振动，桥梁的风致振动形式有涡振、颤振、抖振和驰振。要研究这些振动形式，其中很重要的一项工作是获得桥梁的气动力。目前，常通过风洞试验来得到桥梁的气动力，一般包括全桥气弹模型试验和节段模型试验。全桥气弹模型制作复杂，且模型与原型的雷诺数相差较大，一般采用压力积分方法测得。节段模型试验的测试手段一般有强迫振动法和自由振动法，气动力可由压力积分法求的或直接由连接在模型两端的高频测力天平测得。事实证明，压力积分法由于假设一个测压孔代表周围一小块区域的压力，这与实际压力分布有差别，因此结果有一定误差，而对于表面棱角较多的断面，因无法布管，压力积分法的误差更大。目前，通过连接在节段模型两端的高频测力天平虽能测量得到气动力，但三个方向的力会互相干扰，导致测力不准。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种桥梁测力测压模型，可准确测得各个方向的力，并提高测得的气动力的精度。
本发明的技术方案为，一种桥梁测力测压模型，包括矩形的悬浮框、悬浮框外部的悬浮框外衣和测量悬浮框受力的测力机构；该模型还包括设在悬浮框下方的矩形的支撑框；所述测力机构包括设在悬浮框的端部并与悬浮框宽边中心线在一条直线上的轴向力传感器、垂直设在悬浮框底部的多个竖向力传感器、设在悬浮框一个或两个侧面并与悬浮框宽边方向平行的多个侧向力传感器；所述轴向力传感器、竖向力传感器、侧向力传感器的一端分别通过消扰构件与悬浮框相连，而轴向力传感器、竖向力传感器、侧向力传感器的另一端分别通过连接机构与支撑框相连；所述支撑框两端分别连接两个端部矩形块，并在端部矩形块外部设有端部矩形块外衣；所述悬浮框外衣的顶面覆在悬浮框上，所述端部矩形块外衣的顶面覆在端部矩形块上。
悬浮框的主要作用是承受外衣传来的荷载，外衣为模型的蒙皮，通过改变外衣的形状和尺寸可以得到不同形状和尺寸桥梁断面的节段模型，外衣一般采用树脂等材料制成。消扰构件主要作用是保证各个方向的力都尽可能地传递到相应的传感器上。支撑框两端分别连接两个端部矩形块，两个端部矩形块可作为模型的补偿段，悬浮框则为模型的悬浮段，补偿段的设置是为了避免端部效应，使悬浮段的流场尽可能地接近二维流，确保测量精度。
所述多个竖向力传感器按悬浮框长边中心线对称设置，所述多个侧向力传感器按悬浮框长边中心线对称设置。通过对称设置，可保证测量力的准确性。
所述连接机构包括一端固定到支撑框外侧面或支撑框底面而另一端向支撑框外侧延伸的连接钢板和将轴向力传感器、竖向力传感器或侧向力传感器的一端固定到连接钢板延伸至支撑框外侧板面上的紧固件。轴向力传感器、竖向力传感器或侧向力传感器不能直接与支撑框连接，而是与固定到支撑框上的连接钢板连接。
对应的轴向力传感器、竖向力传感器、侧向力传感器与支撑框的连接方式如下：
所述轴向力传感器与固定在支撑框宽边中心外侧面的轴向连接钢板连接，所述轴向连接钢板下部与支撑框连接，轴向连接钢板的上部向支撑框上侧延伸，所述轴向力传感器与延伸至支撑框上侧的轴向连接钢板板面通过紧固件连接。
所述竖向力传感器与固定在支撑框长边底面的竖向连接钢板连接，所述竖向连接钢板的中部与支撑框连接，竖向连接钢板的两端向支撑框长边两侧延伸，所述竖向力传感器与延伸至支撑框长边内侧的竖向连接钢板板面通过紧固件连接。
所述侧向力传感器与固定在支撑框长边外侧面的侧向连接钢板连接，所述侧向连接钢板中部与支撑框连接，侧向连接钢板的上、下两端向支撑框上、下两侧延伸，所述侧向力传感器与延伸至支撑框上侧的侧向连接钢板板面通过紧固件连接。
按照本发明的实施例，共设有4个竖向力传感器，且4个竖向力传感器按悬浮框的中心对称设置，在悬浮框的一个侧面设有两个侧向力传感器，在悬浮框的一个端面设有一个轴向力传感器。
所述消扰构件为实心长细不锈钢圆管，并为了安装方便，在不锈钢圆管的两端采用圆弧过渡。不锈钢管消扰机理：钢管侧向刚度很小，对于非轴向的力分担较少，可以保证各方向的力均由该方向的传感器测量得到，而受其他方向的传感器的影响较小。
本发明作为一种桥梁测力测压模型，通过在多个方向布置力传感器，可测得各个方向的力，并在力传感器与悬浮框之间设置消扰构件，可确保各个方向的力都尽可能的传递到相应的力传感器上，极大的提高了测量的力的准确性，进而准确得到桥梁模型的气动力；并在悬浮框两端设置端部矩形块作为补偿段，可避免端部效应，使悬浮段的流场尽可能的接近二维流。通过在外衣表面布置测压管可以得到模型外表面的压力分布图，将所得压力积分，可进一步得到模型的气动力。在风洞里改变来流风速，待模型进入涡振、颤振、抖振状态，可以获得相应的涡激力、颤振力和抖振力。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构俯视图；
图2为本发明一种实施例的立体图；
图3为2中的A部放大图；
图4为图3中消扰构件的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示， 一种桥梁测力测压模型，包括矩形的悬浮框2、悬浮框2外部的悬浮框外衣10、测量悬浮框2受力的测力机构、设在悬浮框2下方的矩形的支撑框1，支撑框1的长边长度大于悬浮框2的长边长度，支撑框1的宽边长度大于悬浮框2的宽边长度；测力机构包括设在悬浮框2的端部并与悬浮框2宽边中心线在一条直线上的轴向力传感器12、垂直设在悬浮框2底部的多个竖向力传感器13、设在悬浮框2一个侧面并与悬浮框2宽边方向平行的多个侧向力传感器5；所述轴向力传感器12、竖向力传感器13、侧向力传感器5的一端分别通过消扰构件6与悬浮框2相连，而轴向力传感器12、竖向力传感器13、侧向力传感器5的另一端分别通过连接机构与支撑框1相连；所述支撑框1两端分别连接两个端部矩形块8，并在端部矩形块8外部设有端部矩形块外衣11；所述悬浮框外衣10的顶面覆在悬浮框2上，端部矩形块外衣11的顶面覆在端部矩形块8上。端部矩形块8的端部中心设有连接端子9。
设有4个竖向力传感器13，两个竖向力传感器13按悬浮框2长边中心线对称设置。
在悬浮框2的一个侧面设有两个侧向力传感器5，两个侧向力传感器5按悬浮框2长边中心线对称设置。
如图2、图3所示，连接机构包括一端固定到支撑框1外侧面或支撑框1底面而另一端向支撑框1外侧延伸的连接钢板和将轴向力传感器12、竖向力传感器13或侧向力传感器5的一端固定到连接钢板延伸至支撑框1外侧板面上的紧固件4，力传感器12、竖向力传感器13或侧向力传感器5的一端穿过连接钢板，紧固件4为将力传感器的连接端固定到连接钢板上的螺帽。
轴向力传感器12与固定在支撑框1宽边中心外侧面的轴向连接钢板14连接，所述轴向连接钢板14下部与支撑框1连接，轴向连接钢板14的上部向支撑框1上侧延伸，所述轴向力传感器12与延伸至支撑框1上侧的轴向连接钢板14板面通过紧固件4连接。
竖向力传感器13与固定在支撑框1长边底面的竖向连接钢板15连接，所述竖向连接钢板15的中部与支撑框1连接，竖向连接钢板15的两端向支撑框1长边两侧延伸，所述竖向力传感器13与延伸至支撑框1长边内侧的竖向连接钢板15板面通过紧固件4连接。
侧向力传感器5与固定在支撑框1长边外侧面的侧向连接钢板3连接，所述侧向连接钢板3中部与支撑框1连接，侧向连接钢板3的上、下两端向支撑框1上、下两侧延伸，所述侧向力传感器5与延伸至支撑框1上侧的侧向连接钢板3板面通过紧固件4连接。
如图4所示，消扰构件6为实心长细不锈钢圆管，消扰构件6与悬浮框2的连接端通过紧固螺帽7固定。
Claims (10)
1. 一种桥梁测力测压模型，包括矩形的悬浮框（2）、悬浮框（2）外部的悬浮框外衣（10）和测量悬浮框（2）受力的测力机构；其特征是，该模型还包括设在悬浮框（2）下方的矩形的支撑框（1）；所述测力机构包括设在悬浮框（2）的端部并与悬浮框（2）宽边中心线在一条直线上的轴向力传感器（12）、垂直设在悬浮框（2）底部的多个竖向力传感器（13）、设在悬浮框（2）一个或两个侧面并与悬浮框（2）宽边方向平行的多个侧向力传感器（5）；所述轴向力传感器（12）、竖向力传感器（13）、侧向力传感器（5）的一端分别通过消扰构件（6）与悬浮框（2）相连，而轴向力传感器（12）、竖向力传感器（13）、侧向力传感器（5）的另一端分别通过连接机构与支撑框（1）相连；所述支撑框（1）两端分别连接一个端部矩形块（8），并在端部矩形块（8）外部设有端部矩形块外衣（11）；所述悬浮框外衣（10）的顶面覆在悬浮框（2）上，所述端部矩形块外衣（11）的顶面覆在端部矩形块（8）上。
2.根据权利要求1所述桥梁测力测压模型，其特征是，所述多个竖向力传感器（13）按悬浮框（2）长边中心线对称设置。
3.根据权利要求1所述桥梁测力测压模型，其特征是，所述多个侧向力传感器（5）按悬浮框（2）长边中心线对称设置。
4.根据权利要求2或3所述桥梁测力测压模型，其特征是，所述连接机构包括一端固定到支撑框（1）外侧面或支撑框（1）底面而另一端向支撑框（1）外侧延伸的连接钢板和将轴向力传感器（12）、竖向力传感器（13）或侧向力传感器（5）的一端固定到连接钢板延伸至支撑框（1）外侧板面上的紧固件（4）。
5.根据权利要求4所述桥梁测力测压模型，其特征是，所述轴向力传感器（12）与固定在支撑框（1）宽边中心外侧面的轴向连接钢板（14）连接，所述轴向连接钢板（14）下部与支撑框（1）连接，轴向连接钢板（14）的上部向支撑框（1）上侧延伸，所述轴向力传感器（12）与延伸至支撑框（1）上侧的轴向连接钢板（14）板面通过紧固件（4）连接。
6.根据权利要求4所述桥梁测力测压模型，其特征是，所述竖向力传感器（13）与固定在支撑框（1）长边底面的竖向连接钢板（15）连接，所述竖向连接钢板（15）的中部与支撑框（1）连接，竖向连接钢板（15）的两端向支撑框（1）长边两侧延伸，所述竖向力传感器（13）与延伸至支撑框（1）长边内侧的竖向连接钢板（15）板面通过紧固件（4）连接。
7.根据权利要求4所述桥梁测力测压模型，其特征是，所述侧向力传感器（5）与固定在支撑框（1）长边外侧面的侧向连接钢板（3）连接，所述侧向连接钢板（3）中部与支撑框（1）连接，侧向连接钢板（3）的上、下两端向支撑框（1）上、下两侧延伸，所述侧向力传感器（5）与延伸至支撑框（1）上侧的侧向连接钢板（3）板面通过紧固件（4）连接。
8.根据权利要求6所述桥梁测力测压模型，其特征是，设有4个竖向力传感器（13），且4个竖向力传感器（13）按悬浮框（2）的中心对称设置。
9.根据权利要求7所述桥梁测力测压模型，其特征是，在悬浮框（2）的一个侧面设有两个侧向力传感器（5）。
10.根据权利要求1所述桥梁测力测压模型，其特征是，所述消扰构件（6）为实心长细不锈钢圆管。
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