CN109540460A - 一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式 - Google Patents

一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式，包括双箱梁外模和芯梁；双箱梁外模包括左箱梁外模和右箱梁外模；左箱梁外模和右箱梁外模均包括多个顺桥向间隔设置的粱段外模；芯梁包括顺桥向设置的主芯梁和横桥向设置的副芯梁；主芯梁和副芯梁为一体结构；左箱梁外模和右箱梁外模内分别设有一根主芯梁，且主芯梁顺桥向贯穿所有粱段外模；主芯梁对应每个粱段外模的中部均向内凸出形成直角槽；左箱梁外模和右箱梁外模相对应的粱段外模均通过一根副芯梁贯穿连接。本发明改变了全桥气动弹性模型主梁芯梁的结构形式，将双芯梁中单个芯梁的拉压刚度转变成芯梁的弯曲刚度，可大幅减小全桥气动弹性模型主梁在横桥向的总刚度。

Description

一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式
技术领域
本发明涉及桥梁工程风洞试验技术领域，具体涉及到一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式。
背景技术
大跨度桥梁全桥气动弹性模型风洞试验是保证桥梁抗风安全性的重要检验手段。根据缩尺实验相似比的要求，桥梁主梁模型的竖向刚度、横向刚度和扭转刚度必须满足相似要求。为了满足上述刚度的需要，一般桥梁模型采用金属芯梁模拟，如钢质芯梁。对于单箱主梁，现普遍采用单芯梁模拟，并取得了非常好的效果；对于双箱主梁，现普遍借鉴单箱梁的模拟方式，用两根平行的矩形截面直芯梁模拟，满足上述三个主梁刚度的需要，其中芯梁位置受限于主梁箱体内。但是，对于超大跨度的双箱主梁，如果仍采用平行的直芯梁模拟，虽然可以满足竖向刚度和扭转刚度的需要，但是这种芯梁构造形式由于是框架结构，整体横向刚度不仅仅与单根芯梁的横向刚度有关。整个桥梁的横向刚度主要取决于每个芯梁的拉伸刚度。按照现有的加工手段和对芯梁的要求，往往得到的横桥向刚度远远大于模型设计值，无法满足相似要求。如果强行满足理论设计要求，必须使芯梁在横桥向的厚度不足1mm，这样有两个问题：(1)单个芯梁由于横向尺寸太小，芯梁本身横向翘曲失稳，无法使用；(2)现有的加工手段困难，无法与外模连接。基于上述原因，双箱梁气动弹性模型的横向刚度一直是个难题，根本无法满足实际操作需要，往往忽略，从而造成试验结果失真。
发明内容
本发明提供了一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式，用以满足桥梁全桥气动弹性模型风洞试验的竖向刚度、横向刚度和扭转刚度相似要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式，包括双箱梁外模和芯梁；双箱梁外模包括结构相同的左箱梁外模和右箱梁外模，左箱梁外模和右箱梁外模互相平行且对称设置；左箱梁外模和右箱梁外模均包括多个顺桥向间隔设置的粱段外模；左箱梁外模和右箱梁外模相对应的粱段外模之间通过横向连系梁连接；芯梁包括顺桥向设置的主芯梁和横桥向设置的副芯梁；主芯梁和副芯梁为一体结构；左箱梁外模和右箱梁外模内分别设有一根主芯梁，且主芯梁顺桥向贯穿所有粱段外模；主芯梁对应每个粱段外模的中部均向内凸出形成直角槽；左箱梁外模和右箱梁外模相对应的粱段外模均通过一根副芯梁贯穿连接，副芯梁同时与横向连系梁连接。
根据上述方案，所述直角槽的横桥向宽度为双箱梁外模的桥面宽度的6％；直角槽的顺桥向长度为粱段外模长度的77％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：改变了全桥气动弹性模型主梁芯梁的结构形式，将双芯梁中单个芯梁的拉压刚度转变成芯梁的弯曲刚度，可大幅减小全桥气动弹性模型主梁在横桥向的总刚度，进而使桥梁模型再满足刚度设计要求；并且结构简单，易于加工、操作。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图；
图2为图1中A-A向的剖切结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，图中各标号的释义为：粱段外模1，副芯梁2，直角槽3，横向连系梁4，主芯梁5，双箱梁外模6，芯梁7。
本发明包括双箱梁外模6和芯梁7。
双箱梁外模6包括结构相同的左箱梁外模和右箱梁外模，左箱梁外模和右箱梁外模互相平行且对称设置。左箱梁外模和右箱梁外模均包括多个顺桥向间隔设置的粱段外模1，左箱梁外模和右箱梁外模相对应的粱段外模1之间通过横向连系梁4连接。
芯梁7包括顺桥向设置的主芯梁5和横桥向设置的副芯梁2，主芯梁5和副芯梁2为一体结构。左箱梁外模和右箱梁外模内分别设有一个主芯梁5，且单个主芯梁5顺桥向贯穿左箱梁外模和或箱梁外模内的所有粱段外模1。主芯梁5对应每个粱段外模1的中部均向内凸出形成直角槽3。左箱梁外模和右箱梁外模相对应的粱段外模1之间均通过一个副芯梁2贯穿连接，副芯梁2同时与横向连系梁4连接。
本发明通过在双箱梁外模6内设置两根平行的主芯梁5，在每个粱段外模1内的主芯梁5均向内凸出形成直角槽3，每一个粱段外模1内的主芯梁5均设有一个直角槽3。由此，主梁模型的竖向刚度和扭转刚度分别由主芯梁5的竖向弯曲刚度和扭转刚度提供；而主梁模型的横向刚度由两部分组成：一部分是主芯梁5自身的横向弯曲刚度，另一部分是主芯梁5的顺桥向拉伸导致的整体横向刚度。
由于双箱梁间距较大，每个箱梁中面积很小的主芯梁5将会极大地影响双箱梁的整体横向刚度。为了保证芯梁7的横桥向截面厚度适中、便于加工等，同时保证芯梁7的横向刚度值满足设计要求，本发明在主芯梁5上设置直角槽3，使单个主芯梁5的拉伸受力转换为弯曲受力，芯梁轴向拉伸刚度转变成弯曲刚度，实现了整体横向刚度的模拟；且使芯梁的横向尺寸可以设置成较合适值，方便加工实用等。
直角槽3由两个参数进行控制，即横桥向宽度d和顺桥向长度D，横桥向宽度d表示向主梁中心线弯曲的距离，顺桥向长度D表示沿主梁跨向的长度。主芯梁5与副芯梁2所在的平面与主梁桥面保持平行。
以某在建的超大跨度悬索桥主梁为例，按照1:190的几何缩尺比制作了全桥主梁梁段的气动弹性模型，计算出主梁截面的三个刚度参数，再根据缩尺比计算主梁模型的三个刚度设计值。按照本发明制作并布置了模型芯梁，其中通过多次试算得到模型芯梁的具体尺寸。表1给出了该模型主梁芯梁的实际刚度值，以及按照缩尺比计算得到的设计值，最后比较了二者的误差，满足了刚度误差5％以内的规范要求。
以本发明所阐述的构造形式所设计的主梁芯梁刚度计算值和设计值对比表明：本发明构造形式可以有效减小主梁模型在横桥向的刚度，使其满足风洞模型设计需要。经多次试算，当直角槽3的横桥向宽度d为双箱梁外模6的桥面宽度W的6％、直角槽3的顺桥向长度D为粱段外模1长度L的77％时，横向刚度显著减小，和设计值误差为-2.06％；同时，扭转刚度和竖向刚度的误差分别为-2.57％和3.44％。

Claims (2)

1.一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式，其特征在于：包括双箱梁外模(6)和芯梁(7)；双箱梁外模(6)包括结构相同的左箱梁外模和右箱梁外模，左箱梁外模和右箱梁外模互相平行且对称设置；左箱梁外模和右箱梁外模均包括多个顺桥向间隔设置的粱段外模(1)；左箱梁外模和右箱梁外模相对应的粱段外模(1)之间通过横向连系梁(4)连接；芯梁(7)包括顺桥向设置的主芯梁(5)和横桥向设置的副芯梁(2)；主芯梁(5)和副芯梁(2)为一体结构；左箱梁外模和右箱梁外模内分别设有一根主芯梁(5)，且主芯梁(5)顺桥向贯穿所有粱段外模(1)；主芯梁(5)对应每个粱段外模(1)的中部均向内凸出形成直角槽(3)；左箱梁外模和右箱梁外模相对应的粱段外模(1)均通过一根副芯梁(2)贯穿连接，副芯梁(2)同时与横向连系梁(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式，其特征在于：所述直角槽(3)的横桥向宽度为双箱梁外模(6)的桥面宽度的6％；直角槽(3)的顺桥向长度为粱段外模(1)长度的77％。
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