CN104034504B - 悬浮隧道整体冲击响应试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种悬浮隧道整体冲击响应试验装置。本发明包括支撑框架、试验管、试验管支架、钢索丝拉紧梁、冲击加载装置和传感测量装置。支撑框架为立方体框架，试验管支架设置在置两根短底梁上，试验管的两端固定在两个试验管支架上，通过钢索丝拉紧，试验管上设置有位移传感器和加速度传感器。框架顶面上设置有活动框架，活动框架上活动设置有活动板，落锤导轨竖直固定在活动板上，落锤与落锤导轨活动连接，撞击传力杆穿过活动板设置在落锤下方。本发明构造明确，安装方便，性能可靠，可实现不同参数状态下水下悬浮隧道冲击动力响应的试验模拟。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域，具体涉及一种悬浮隧道整体冲击响应试验装置。
背景技术
悬浮隧道主要由管段、锚索、基础、驳岸段等组成，具有跨越能力大、适应深水施工、全天候运营，环保和经济性好等优点。它被认为是21世纪最有挑战和发展潜能的新型交通结构物。但目前世界上还没有悬浮隧道建成实例。人们对其复杂环境下的力学特性及安全性还存在担忧。
综合考虑各种因素，悬浮隧道一般应位于30米以下的深水中。由于内部车辆的撞击、沉船及渔船拖网、潜艇甚至恐怖袭击等引起的冲击荷载无疑对悬浮隧道结构的安全构成严重的威胁。在悬浮隧道冲击动力响应的理论计算中，由于结构的非线性和流固耦合效应，使得计算复杂，且不得不作较多的简化。因此，基于悬浮隧道缩尺模型的整体冲击响应试验则是一种有效的技术手段，不仅有助于验证理论模型的准确性，还能获得和修正相关的计算参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种悬浮隧道整体冲击响应的试验装置，为悬浮隧道在遭受内部车辆碰撞、沉船等冲击荷载下的整体动力响应提供了一种有效的试验方法。
本发明的悬浮隧道整体冲击响应试验装置包括支撑框架、试验管、试验管支架、钢索丝拉紧梁、冲击加载装置和传感测量装置。
所述的支撑框架为立方体框架，包括四根底梁、四根顶梁和四根侧梁；四根底梁为处于同一平面的两根长底梁和两根短底梁，四根底梁构成矩形的框架底面，两根短底梁上开有钢索丝拉紧梁固定槽；四根顶梁为处于同一平面的两根长顶梁和两根短顶梁，四根顶梁构成矩形的框架顶面。
所述的试验管包括位于同一轴向的铝合金管体和橡胶环，相邻的两根铝合金管体的端面之间设置有橡胶环，并通过试验管连接螺栓固定连接；试验管的两端固定设置在两个试验管支架上。
所述的传感测量装置包括位移传感器和加速度传感器，均设置在铝合金管体上。
两个试验管支架分别固定设置两根短底梁上；每个试验管支架包括斜梁和水平平台，斜梁的两端分别与水平平台的底面和短底梁固定连接；水平平台上设置有两个夹板，铝合金管体的一端位于两个夹板之间，试验管固定螺栓穿过试验管的管体和两个夹板设置，将试验管固定在试验管支架上。
两根平行的钢索丝拉紧梁设置在框架底面上，且与长底梁平行，钢索丝拉紧梁的两端分别开有钢索丝拉紧梁固定孔，钢索丝拉紧梁固定孔与短底梁的钢索丝拉紧梁固定槽位置对应，钢索丝拉紧梁固定螺栓穿过钢索丝拉紧梁固定孔和钢索丝拉紧梁固定槽设置，将钢索丝拉紧梁与短底梁固定连接；多根钢索丝的一端与铝合金管体固定连接，另一端与钢索丝拉紧梁固定连接。
框架顶面上设置有活动框架，活动框架对应的两边分别与两根长顶梁活动连接，活动框架可以沿长顶梁方向水平移动；活动框架上活动设置有活动板，活动板可以在活动框架上沿短顶梁方向水平移动。
所述的冲击加载装置包括落锤和撞击传力杆，撞击传力杆穿过活动板中心开设的穿孔，并与活动板之间通过复位弹簧连接；落锤导轨竖直固定在活动板上，落锤与落锤导轨活动连接，落锤可以沿落锤导轨垂直下落，落锤导轨边设置有标尺。
本发明构造明确，安装方便，性能可靠，可实现不同参数（如：边界条件、锚固方式、冲击位置、冲击荷载大小等）状态下水下悬浮隧道冲击动力响应的试验模拟。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中试验管的连接结构示意图；
图3为图1中试验管支架的结构示意图；
图4为图1中钢索丝拉紧梁与短底梁连接结构示意图；
图5为图1中冲击加载装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种悬浮隧道整体冲击动力响应试验装置，包括:支撑框架1、试验管2、试验管支架3、钢索丝拉紧梁4、冲击加载装置和传感测量装置。
支撑框架1为立方体框架，包括四根底梁1-1、四根顶梁1-2和四根侧梁1-3；四根底梁1-1为处于同一平面的两根长底梁和两根短底梁，四根底梁1-1构成矩形的框架底面，两根短底梁上开有钢索丝拉紧梁固定槽1-4；四根顶梁1-2为处于同一平面的两根长顶梁和两根短顶梁，四根顶梁1-2构成矩形的框架顶面。
如图1和2所示，试验管2包括位于同一轴向的三根铝合金管体2-1和两个橡胶环2-2，相邻的两根铝合金管体2-1的端面之间设置有橡胶环2-2；铝合金管体2-1的端部设置有环形凸起，试验管连接螺栓2-3穿过两个铝合金管体的环形凸起将相邻的两根铝合金管体2-1固定连接；试验管2的两端固定设置在两个试验管支架3上。传感测量装置包括位移传感器和加速度传感器，均设置在铝合金管体2-1上。
如图3所示，两个试验管支架3分别固定设置两根短底梁上。每个试验管支架3包括两根斜梁3-1和水平平台3-2，斜梁3-1的两端分别与水平平台3-2的底面和短底梁固定连接，两个截面为L形的夹板3-3固定设置在水平平台3-2上，铝合金管体2-1的一端位于两个夹板3-3之间，试验管固定螺栓3-4穿过试验管的管体4-1和两个夹板3-3设置，将试验管固定在试验管支架3上。三个试验管固定螺栓3-4位于同一竖直平面上，或其中两个位于同一竖直平面上。
如图1所示，两根平行的钢索丝拉紧梁4设置在框架底面上，且与长底梁平行。如图4所示，钢索丝拉紧梁4的两端分别开有钢索丝拉紧梁固定孔，钢索丝拉紧梁固定孔与短底梁的钢索丝拉紧梁固定槽1-4位置对应，钢索丝拉紧梁固定螺栓4-1穿过钢索丝拉紧梁固定孔和钢索丝拉紧梁固定槽设置，将钢索丝拉紧梁2与短底梁固定连接。多根钢索丝5的一端与铝合金管体2-1固定连接，另一端与钢索丝拉紧梁4固定连接，两根钢索丝拉紧梁4向外侧移动，将钢索丝拉紧，然后拧紧钢索丝拉紧梁固定螺栓4-1，即可将试验管2紧固在支撑框架内；同时，通过调节可实现锚索倾角、长度、锚固方式的转变。
如图1所示，活动框架6设置在框架顶面上，活动框架6对应的两边分别与两根长顶梁活动连接，活动框架可以沿长顶梁方向水平移动。活动板7设置在活动框架6上，并与活动框架6活动连接，活动板7可以在活动框架6上沿短顶梁方向水平移动。
如图5所示，冲击加载装置包括落锤11和撞击传力杆8。撞击传力杆8穿过活动板7中心开设的穿孔7-1，并与活动板7之间通过复位弹簧9连接。落锤导轨10竖直固定在活动板7上，落锤11与落锤导轨10活动连接，落锤11可以沿落锤导轨垂直下落；落锤导轨10边设置有标尺12。
将该悬浮隧道整体冲击动力响应试验装置安装后，置于水槽中，或者将支撑框架1的底面和四个侧面封闭起来，即可实现悬浮隧道冲击响应的试验模拟。
落锤11按标尺12指示的一定高度处下落，沿落锤导轨10确定的方向作用于撞击传力杆8，再由撞击传力杆8最终实现对试验管2的冲击荷载及扭矩的输入。完成冲击加载后撞击传力杆8在复位弹簧9作用下回复原位。通过移动活动框架6或活动板7，可实现不同位置的荷载输入。
位移传感器和加速度传感器与计算机相连，实现冲击荷载输入后对试验管2的加速度和位移进行测量并记录。
Claims (4)
1.悬浮隧道整体冲击响应试验装置，包括支撑框架(1)、试验管(2)、试验管支架(3)、钢索丝拉紧梁(4)、冲击加载装置和传感测量装置；其特征在于：
所述的支撑框架(1)为立方体框架，包括四根底梁(1-1)、四根顶梁(1-2)和四根侧梁(1-3)；四根底梁(1-1)为处于同一平面的两根长底梁和两根短底梁，四根底梁(1-1)构成矩形的框架底面，两根短底梁上开有钢索丝拉紧梁固定槽(1-4)；四根顶梁(1-2)为处于同一平面的两根长顶梁和两根短顶梁，四根顶梁(1-2)构成矩形的框架顶面；
所述的试验管(2)包括位于同一轴向的铝合金管体(2-1)和橡胶环(2-2)，相邻的两根铝合金管体(2-1)的端面之间设置有橡胶环(2-2)，并通过试验管连接螺栓(2-3)固定连接；试验管(2)的两端固定设置在两个试验管支架(3)上；
所述的传感测量装置包括位移传感器和加速度传感器，均设置在铝合金管体(2-1)上；
两个试验管支架(3)分别固定设置两根短底梁上；每个试验管支架(3)包括斜梁(3-1)和水平平台(3-2)，斜梁(3-1)的两端分别与水平平台(3-2)的底面和短底梁固定连接；水平平台(3-2)上设置有两个夹板(3-3)，铝合金管体(2-1)的一端位于两个夹板(3-3)之间，试验管固定螺栓(3-4)穿过试验管的管体(4-1)和两个夹板(3-3)设置，将试验管固定在试验管支架(3)上；
两根平行的钢索丝拉紧梁(4)设置在框架底面上，且与长底梁平行，钢索丝拉紧梁(4)的两端分别开有钢索丝拉紧梁固定孔，钢索丝拉紧梁固定孔与短底梁的钢索丝拉紧梁固定槽(1-4)位置对应，钢索丝拉紧梁固定螺栓(4-1)穿过钢索丝拉紧梁固定孔和钢索丝拉紧梁固定槽设置，将钢索丝拉紧梁(4)与短底梁固定连接；多根钢索丝(5)的一端与铝合金管体(2-1)固定连接，另一端与钢索丝拉紧梁(4)固定连接；
框架顶面上设置有活动框架(6)，活动框架(6)对应的两边分别与两根长顶梁活动连接，活动框架(6)可以沿长顶梁方向水平移动；活动框架(6)上活动设置有活动板(7)，活动板(7)可以在活动框架(6)上沿短顶梁方向水平移动；
所述的冲击加载装置包括落锤(11)和撞击传力杆(8)，撞击传力杆(8)穿过活动板(7)中心开设的穿孔(7-1)，并与活动板(7)之间通过复位弹簧(9)连接；落锤导轨(10)竖直固定在活动板(7)上，落锤(11)与落锤导轨(10)活动连接，落锤(11)可以沿落锤导轨垂直下落，落锤导轨(10)边设置有标尺(12)。
2.如权利要求1所述的悬浮隧道整体冲击响应试验装置，其特征在于：所述的试验管(2)包括位于同一轴向的三根铝合金管体(2-1)和两个橡胶环(2-2)，铝合金管体(2-1)的端部设置有环形凸起，试验管连接螺栓(2-3)穿过两个铝合金管体的环形凸起将相邻的两根铝合金管体(2-1)固定连接。
3.如权利要求1所述的悬浮隧道整体冲击响应试验装置，其特征在于：所述的夹板(3-3)的截面为L形，两个夹板(3-3)相对设置。
4.如权利要求1所述的悬浮隧道整体冲击响应试验装置，其特征在于：所述的试验管固定螺栓(3-4)为三个，其中至少两个位于同一竖直平面上。
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