CN106404330A - 桥梁结构动力学测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种桥梁结构动力学技术领域的桥梁结构动力学测试装置，包括：第一激励设备、第二激励设备、路轨和配重小车，其中：第一激励设备和第二激励设备通过路轨相连，路轨上设有配重小车；所述的第一激励设备和第二激励设备均设有：基座、转动框架、限位支座和偏心振动机构，其中：转动框架一端与基座转动连接，另一端与限位支座固定连接，基座上设有偏心振动机构，偏心振动机构的振动端与转动框架相接触；所述的路轨穿过限位支座与第一激励设备和第二激励设备相连。本发明能够模拟竖向地震，以研究在竖向地震作用下，桥梁结构的动力特性。

Description

桥梁结构动力学测试装置
技术领域
本发明涉及的是一种桥梁结构动力学领域的技术，具体是一种能够模拟竖向地震作用的桥梁结构动力学测试装置。
背景技术
竖向地震引起的剧烈地面运动会严重损坏桥梁结构，而损坏情形难以通过理论计算进行分析，因此需要在结构动力学理论计算的基础上进行模拟实验。现有检测装置将桥梁结构等效成集中质量，激励荷载模拟为正弦运动。此种装置适用于简单动力学问题，但是忽略了桥梁结构自身刚度和阻尼特性，正弦激励荷载不能适应实际复杂地震作用，造成桥梁结构动力特性的研究偏差。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种桥梁结构动力学测试装置，能够模拟竖向地震，以研究在竖向地震作用下桥梁结构的动力特性，并为桥梁结构设计提供指导。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：第一激励设备、第二激励设备、路轨和配重小车，其中：第一激励设备和第二激励设备通过路轨相连，路轨上设有配重小车；
所述的第一激励设备和第二激励设备均设有：基座、转动框架、限位支座和偏心振动机构，其中：转动框架一端与基座转动连接，另一端与限位支座固定连接，基座上设有偏心振动机构，偏心振动机构的振动端与转动框架相接触；
所述的路轨穿过限位支座与第一激励设备和第二激励设备相连。
所述的基座和转动框架均采用钢质。
所述的基座包括：水平框架和竖直框架，其中：竖直框架为门式结构，竖直固定在水平框架上，转动框架与竖直框架转动连接。
所述的限位支座包括：钢板、L型钢和限位件，其中：钢板相对于水平框架垂直设置，且钢板左右两侧设有两条平行的长条孔，L型钢长边与钢板平行设置并通过螺栓与长条孔相连，限位件设置在L型钢短边顶部两侧。
所述的振动端为偏心轮，偏心轮的形状和偏心距可调节。
所述的第一激励设备和第二激励设备分别设有第一调速电动机和第二调速电动机，所述的第一调速电动机和第二调速电动机独立运行。
技术效果
与现有技术相比，本发明的技术效果包括：
1)本发明中第一激励设备和第二激励设备的间距、限位支座的高度可根据桥梁模型的跨度和高度进行调整，因而能够用于研究各种桥梁结构体系；与现有技术等效集中质量的处理手段相比，能够更加准确地反映桥梁的刚度、自振周期和结构阻尼，更真实地反应桥梁结构的动力学特性，为桥梁设计提供指导；
2)本发明中通过改变偏心装置的外形、偏心距和转动频率，将不同振幅和频率的振动波叠加，模拟复杂竖向地震作用，整个过程简单且有效。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中第一激励装置结构示意图；
图3为本发明中第一激励装置的正立面结构示意图；
图4为本发明中第一激励装置俯视结构示意图；
图5为本发明中第一激励装置侧面结构示意图；
图6为本发明中限位支座的结构示意图；
图中：第一激励设备1、第二激励设备2、配重小车3、路轨4、桥梁模型5、木质桥岸6、第一调速电动机7、限位支座8、可转动绞盘9、振动端10、水平框架11、竖直框架12、转动框架13、带孔钢翼缘14、手柄转杆15、基座16、钢板17、螺杆18、L型钢19、限位件20、螺栓21、第二调速电动机22、测试台面23。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例包括：第一激励设备1、第二激励设备2、配重小车3和路轨4，其中：第一激励设备1和第二激励设备2通过路轨4相连，路轨4上设有配重小车3；
所述的第一激励设备1和第二激励设备2均设有：基座16、转动框架13、限位支座8和偏心振动机构，其中：转动框架13一端与基座16转动连接，另一端与限位支座8固定连接，基座16上底部固定有偏心振动机构，偏心振动机构的振动端10与转动框架13相接触；
所述的路轨4穿过限位支座8与第一激励设备1和第二激励设备2相连，路轨4底面与桥梁模型5相连，桥梁模型5底部设有与限位支座8相连的斜支撑结构；所述的路轨4一方面保证配重小车3的运行，另一方面模拟桥梁的均布载荷。
所述的基座16和转动框架13均采用钢质，保证测试装置有足够刚度，避免对桥梁动力测试产生干扰。
所述的基座16包括：水平框架11和竖直框架12，其中：竖直框架12为门式结构，竖直固定在水平框架11上，便于保证整个装置在竖向地震作用下的稳定性。
所述的水平框架11由横截面为30mm×30mm的五条方钢管焊接而成，形成“日”字形底盘，竖直框架12两立柱的底部和振动端10底部固定在“日”字形底盘的间隙中。
所述的竖直框架12由横截面为60mm×60mm的三条方钢管焊接而成。
优选地，所述的竖直框架12包括两方钢管立柱和焊接于两立柱顶部的水平方钢管，所述水平方钢管顶部两侧开口端分别焊接有带孔钢翼缘14；所述带孔钢翼缘14底部连接有螺杆18，转动框架13通过螺杆18与竖直框架12相连并形成铰接支点；所述带孔钢翼缘14上直径10mm的圆孔安装有手柄转杆15，从而形成可转动绞盘9，可转动绞盘9通过绳索与配重小车3相连，通过转动手柄转杆15牵引配重小车3，布置配重小车3的位置，实现对桥梁集中载荷和偏心载荷的模拟；所述带孔钢翼缘14的设计减小了螺杆18和手柄转杆15穿过竖直框架12两立柱对于加工精度的要求。
如图2和图3所示，所述的转动框架13由横截面为30mm×30mm的方钢管焊接形成“口”字形框架；所述的转动框架13顶部固定有木质桥岸6，以辅助支撑路轨4；与竖直框架12转动连接端、与限位支座8固定连接端的顶部直角处均设有垂直于“口”字形平面的方钢管，便于保持木质桥岸6位置的稳定性。
所述方钢管的厚度均为2mm。
如图4、图5和图6所示，所述的限位支座8包括：钢板17、L型钢19和限位件20，其中：钢板17相对于水平框架11垂直设置，且钢板17左右两侧设有两条平行的长条孔；L型钢19的长边通过螺栓21与钢板17固定连接，通过螺栓21可调节L型钢19与长条孔的相对位置；限位件20设置在L型钢19的短边顶部两侧，一方面通过桥梁模型5斜支撑结构限制了桥梁模型5在水平方向上移动，另一方面通过桥梁模型5斜支撑结构的配合，可使测试装置适应各种结构形式和高度的桥梁模型5。
所述限位支座8的顶部设有凹槽，凹槽底平面与转动框架13顶部齐平，木质桥岸6设有与凹槽对应的卡接结构，桥梁模型5与木质桥岸6相连且顶部齐平。
如图2所示，所述的振动端10为偏心轮，所述的偏心轮顶部与转动框架13底部相接触，所述的偏心轮与第一调速电动机7的转轴相连；第一调速电动机7通电后带动偏心轮转动，继而带动转动框架13绕铰接支点转动；通过第一调速电动机7的转速、改变偏心轮的形状和偏心距来模拟复杂地震作用。
所述配重小车3采用聚乙烯板和圆柱滚筒组装成型，所述圆柱滚筒作车轮，所述聚乙烯板形成双侧车厢。
本实施例在工作时，将第一激励设备1和第二激励设备2固定在测试台面23上，将桥梁模型5通过限位支座8安放在测试装置上，在桥梁模型5和木质桥岸6顶部铺设路轨4；第一激励设备1的第一调速电动机7和第二激励设备2的第二调速电动机22的控制电路彼此独立，根据电机的通电组合模拟桥梁模型5的单边竖向地震作用和双边竖向地震作用，并且根据第一调速电动机7和第二调速电动机22的转速、偏心轮的形状和偏心距调整模拟地震的频率和振幅；将牵引配重小车3行至桥梁模型5的不同位置，并改变第一调速电动机7和第二调速电动机22的转速，检测桥梁模型5各部分刚度是否满足要求。
对于图1所示的桥梁模型5，主要测试参数包括：自重3.0kg、4.0kg、5.0kg、6.0kg四种配重小车3、第一调速电动机7设有转速75r/min和250r/min，第二调速电动机22设有转速125r/min和150r/min，偏心轮10的偏心距为7mm；经测试，当配重小车3自重取6.0kg、第一调速电动机7的转速取250r/min、第二调速电动机22的转速取125r/min，配重小车5从第一激励设备1出发行至2/3行程时，配重小车3和桥梁模型5发生共振；经结构动力学分析，桥梁模型5在行程2/3对应位置处的刚度应加强，其余部分结构刚度满足设计要求。

Claims (10)

1.一种桥梁结构动力学测试装置，其特征在于，包括：第一激励设备、第二激励设备、路轨和配重小车，其中：第一激励设备和第二激励设备通过路轨相连，路轨上设有配重小车；
所述的第一激励设备和第二激励设备均设有：基座、转动框架、限位支座和偏心振动机构，其中：转动框架一端与基座转动连接，另一端与限位支座固定连接，基座上设有偏心振动机构，偏心振动机构的振动端与转动框架相接触；
所述的路轨穿过限位支座与第一激励设备和第二激励设备相连。
2.根据权利要求1所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的基座和转动框架均为钢质。
3.根据权利要求2所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的基座包括水平框架和竖直框架，其中：竖直框架为门式结构，竖直固定在水平框架上，转动框架与竖直框架转动连接。
4.根据权利要求3所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的竖直框架包括：两方钢管立柱和焊接于两立柱顶部的水平方钢管，所述水平方钢管顶部两侧开口端分别焊接有带孔钢翼缘；所述带孔钢翼缘上的圆孔上安装有手柄转杆，从而形成可转动绞盘，可转动绞盘通过绳索与配重小车相连；所述带孔钢翼缘底部连接有螺杆，转动框架通过螺杆与竖直框架转动连接。
5.根据权利要求2或3所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的转动框架围成“口”字形，与限位支座固定连接端的顶部直角处、与竖直框架转动连接端均设有垂直于“口”字形平面的方钢管。
6.根据权利要求1所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的限位支座包括：钢板、L型钢和限位件，其中：钢板相对于水平框架垂直设置，且钢板左右两侧设有两条平行的长条孔，L型钢长边与钢板平行设置并通过螺栓与长条孔相连，限位件设置在L型钢短边顶部两侧。
7.根据权利要求6所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的限位支座顶部设有凹槽，凹槽底平面与转动框架顶部齐平。
8.根据权利要求7所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的转动框架顶部固定有木质桥岸，所述木质桥岸设有与凹槽对应的卡接结构，桥梁模型与木质桥岸相连且顶部齐平。
9.根据权利要求1所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的振动端为偏心轮，该偏心轮与调速电动机的转轴相连。
10.根据权利要求9所述的桥梁结构动力学测试装置，其特征是，所述的第一激励设备和第二激励设备分别设有第一调速电动机和第二调速电动机，所述的第一调速电动机和第二调速电动机独立运行。
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