CN112051028A - 一种户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，包括稳定底板、固定钢管、可拆装钢管、销轴、第一丝杠、扁担梁、第一螺母、第二丝杠和第二螺母，可以根据桥梁模型抗风需求，在模型主梁不同断面处，设置若干安全可靠、拆装方便、参数可调、费用低廉的临时固定支撑，由此大大降低模型跨度，大幅提高模型刚度和抗风能力，使其免遭强风破坏。另外，该装置可以实现单人快速拆装，工作量小，基本不影响试验进度。
Description
技术领域
本发明涉及一种户外超大比例全桥气弹模型的抗风保护装置，具体涉及到对于在户外风速又难以控制场地建造的大比例全桥气弹模型可能遇到超过其正常抗风能力的风速，此时无法开展抗风试验研究，需要采取临时有效措施，大大提高其抗风能力，防止其被强风破坏的保护装置。
背景技术
风洞试验和现场实测是桥梁抗风性能研究的两种常用研究方法，这两种方法有各自优缺点。针对风洞试验和现场实测方法研究桥梁抗风性能面临的不足，申请人提出在户外自然风场中开展超大比例全桥气弹模型抗风性能的试验方法。基于自然风场的大比例气弹模型试验研究方法，相对于风洞试验方法，其优点包括：①突破常规风洞尺寸限制，模型尺寸大、制作精度高、雷诺数效应弱；②无需长期占用风洞资源，大大节省电力能源，总体试验成本不高；③可充分研究复杂风场条件(大斜角、非平稳)下模型的响应；④可研究桥梁风致大幅振动，避免传统试验模型破坏损害风洞设备；⑤模型参数易调，可开展多因素(风、雨、温度)下的各类响应长期监测。相对实桥现场实测方法，其优点包括：①试验难度和试验成本大幅降低，传感器及测试设备方便拆装、检测；②方便开展静力试验研究，更准确地把握桥梁模型系统的参数特性；③对风速要求更低，在常遇风速(5-7级)下即可开展颤振后状态研究；④可直接测量缆索拉力及桥塔基底内力时程数据，研究范围更广；⑤模型气动外形、边界条件等参数方便调换，因此研究效率更高。户外自然风场中开展超大比例全桥气弹模型抗风性能的试验方法也面临一些问题：户外风速具有很强的不确定性，无法像风洞实验室可以人为控制，风速可能出现高于全桥气弹模型抗风临界风速。自然风场试验场地选址和全桥气弹模型设计时也考虑这个因素，其极限抗风能力需要低于现场常遇的强风风速，否则无法开展桥梁颤振后状态性能研究。试验需要根据当时风速条件择时开展，在全桥气弹模型有风致破坏风险时，需要提前采取临时措施保护模型，使其免遭破坏。有两类临时措施：一类是降低模型周围风速，如在模型周围设置防风网，防风墙等；另一类是为模型增加有效支撑，提高其刚度，增强模型抗风能力；也可以综合运用两类措施。措施的选取应该遵循安全、可靠、方便、实用、费用低等原则。第一类防风网和防风墙安装拆卸费时费力、投资大，而且自身也涉及抗风问题，因此一般不是优选方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为户外超大比例全桥气弹模型提供一种可靠、简便、实用的抗风保护装置。
本发明的技术方案：
一种户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，包括稳定底板1、固定钢管2、可拆装钢管3、销轴4、第一丝杠5、扁担梁6、第一螺母7、第二丝杠8和第二螺母9；稳定底板1平放于平坦地面，保证足够重量、刚度及抗倾覆能力，并且尽可能薄；固定钢管2一端焊接于稳定底板1上表面，并保证足够刚度；可拆装钢管3插入固定钢管2，并用销轴4配合将可拆装钢管3与固定钢管2固定；可拆装钢管3顶部焊接第一丝杠5；扁担梁6套装在第一丝杠5上，用上下第一螺母7将扁担梁6固定在第一丝杠5的指定位置；桥梁气弹模型的固定方式有两种：第一种，通过第二丝杠8和第二螺母9将桥梁气弹模型与扁担梁6固结；第二种，通过第一螺母7和扁担梁6直接将桥梁气弹模型与第一丝杠5固结。
所述的可拆装钢管3、销轴4、第一丝杠5、扁担梁6、第一螺母7、第二丝杠8和第二螺母9均可快速拆装，以适应不做试验时快速安装该装置为桥梁气弹模型提供支撑保护，做试验时快速拆卸不影响试验进度的需要。
所述的稳定底板1长期置于桥梁气弹模型需保护位置处的地面，无需经常移动，避免重复工作，且对风场影响忽略。
所述的扁担梁6根据桥梁气弹模型主梁高度调节固定在第一丝杠5上的高度。
所述的第二丝杠8适应桥梁气弹模型不同主梁高度。
本发明的有益效果：该户外超大比例全桥气弹模型的抗风保护装置具有如下优越性：(1)高度方便调整，以适应不同高度需求；(2)除置于地面上的比较重的稳定底板1和固定钢管2外，其他构件都非常轻型、方便拆装，一人即可完成，时间一般在10分钟内；3造价不高，一套装置一般在千元之内。
附图说明
图1是户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置一种构造图。
图2是户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置另一种构造图。
图中：1稳定底板；2固定钢管；3可移动钢管；4销轴；5第一丝杠；6扁担梁；7第一螺母；8第二丝杠；9第二螺母。
具体实施方式
以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。
如图1所示，户外超大比例全桥气弹模型一种抗风保护装置，该装置主要包括稳定底板1、固定钢管2、可移动钢管3、销轴4、第一丝杠5、扁担梁6、第一螺母7、第二丝杠8、第二螺母9。稳定底板1平放于平坦地面，保证足够重量、刚度及抗倾覆能力，且厚度尽可能小。固定钢管2焊接于底板1上表面，并保证足够刚度。支撑钢管3插入固定钢管2内部，并用销轴4将其与钢管2固定。支承钢管3长度根据模型主梁高度确定。在支撑钢管3顶部焊接第一丝杠5，可以模型主梁高度方便调整保护装置高度。第一丝杠5顶部一般低于模型主梁，因此可拆卸的支撑钢管3才能方便插入固定钢管2内部。扁担梁6套在第一丝杠5上，用上下第一螺母7将扁担梁固定在第一丝杠5的指定位置。通过第二丝杠8和第二螺母9将模型与扁担梁6固结。由此可以通过该保护装置将模型固定，且固定钢管2以上部分都可以方便拆装，加快试验进度。如图2所示，对于有些全桥气弹模型，也可以通过第一螺母7和扁担梁6将模型与第一丝杠5直接固结，省去了图1所示的第二丝杠8、第二螺母9，拆装更为方便，且由于连接过渡更少，装置刚度更大。图1和图2需根据模型实际情况选取。图1和图2所示提供的整个保护装置最终在该断面处起到固定支撑作用，相当于添加了一个临时固定支座，可以限制模型平动和转动。
实施例
一种户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，在超大比例全桥气弹模型跨中、1/4跨、3/4跨等关键位置安装一种临时固定支撑保护装置，以降低模型跨径，大幅提高其抗风能力。一旦被风摧毁，直接损失可能数万元，甚至更大，且影响试验进度，间接损失难以估量。户外全桥气弹模型在做抗风性能试验时，无需另外保护装置，不做试验时根据风场条件，可能试验间断几天甚至更长时间，一般都需要为模型添加固定支撑保护。因此，可能需要经常拆装保护装置，而拆装便利性会影响试验进度，是一个需要考虑的非常重要因素。该装置主要包括稳定底板1、固定钢管2、可移动钢管3、销轴4、第一丝杠5、扁担梁6、第一螺母7、第二丝杠8、第二螺母9。稳定底板1平放于平坦地面，保证足够重量、刚度及抗倾覆能力，并且尽可能薄，以尽量降低其对风场的影响。出于安全性和经济性考虑，根据全桥气弹模型比例，稳定底板1一般可采用长度1.5～2.0m、宽度1～1.5m、厚度10～15mm的钢板。由于稳定底板1比较重100～350kg不便移动，因此可以长期置于指定的地方。固定钢管2焊接于底板1上表面，并保证足够刚度，高度10cm左右。支撑钢管3插入固定钢管2内部，并用销轴4将其与钢管2固定。支承钢管3长度根据模型主梁离地高度确定。固定钢管2和支撑钢管3之所以选用而不选用钢棒，是在相同重量条件下具有更高的刚度，因此费用更低。在支撑钢管3顶部焊接第一丝杠5，第一丝杠5长度约15～20cm，直径30～40mm。之所以选用丝杠，主要是为方便调整保护装置的高度，以适应模型主梁不同高度。第一丝杠5顶部一般低于模型主梁，因此可拆卸的支撑钢管3才能方便插入固定钢管2内部。扁担梁6套在第一丝杠5上，用上下第一螺母7将扁担梁固定在第一丝杠5的指定位置。扁担梁6可以采用钢板和铝板制作，宽度6-8cm，厚度10-20mm，长度根据第一丝杠5的间距确定。通过第二丝杠8和第二螺母9将气弹模型与扁担梁6固结。对于有些气弹模型，通过第一螺母7和扁担梁6将模型与第一丝杠5固结，此时第一丝杠5顶部应高于模型主梁，且第一丝杠5的长度应大于模型主梁厚度，以便于调节需要的固定高度。最终整个保护装置在该断面处起到固定支撑作用，相当于添加了一个临时固定支座，可以限制模型平动和转动。
Claims (8)
1.一种户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，其特征在于，所述的户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置包括稳定底板(1)、固定钢管(2)、可拆装钢管(3)、销轴(4)、第一丝杠(5)、扁担梁(6)、第一螺母(7)、第二丝杠(8)和第二螺母(9)；稳定底板(1)平放于平坦地面，保证足够重量、刚度及抗倾覆能力，并且尽可能薄；固定钢管(2)一端焊接于稳定底板(1)上表面，并保证足够刚度；可拆装钢管(3)插入固定钢管(2)，并用销轴(4)配合将可拆装钢管(3)与固定钢管(2)固定；可拆装钢管(3)顶部焊接第一丝杠(5)；扁担梁(6)套装在第一丝杠(5)上，用上下第一螺母(7)将扁担梁(6)固定在第一丝杠(5)的指定位置；桥梁气弹模型的固定方式有两种：第一种，通过第二丝杠(8)和第二螺母(9)将桥梁气弹模型与扁担梁(6)固结；第二种，通过第一螺母(7)和扁担梁(6)直接将桥梁气弹模型与第一丝杠(5)固结。
2.根据权利要求1所述的户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，其特征在于，所述的可拆装钢管(3)、销轴(4)、第一丝杠(5)、扁担梁(6)、第一螺母(7)、第二丝杠(8)和第二螺母(9)均可快速拆装，以适应不做试验时快速安装该装置为桥梁气弹模型提供支撑保护，做试验时快速拆卸不影响试验进度的需要。
3.根据权利要求1或2所述的户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，其特征在于，所述的稳定底板(1)长期置于桥梁气弹模型需保护位置处的地面，无需经常移动，避免重复工作，且对风场影响忽略。
4.根据权利要求1或2所述的户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，其特征在于，所述的扁担梁(6)根据桥梁气弹模型主梁高度调节固定在第一丝杠(5)上的高度。
5.根据权利要求3所述的户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，其特征在于，所述的扁担梁(6)根据桥梁气弹模型主梁高度调节固定在第一丝杠(5)上的高度。
6.根据权利要求1、2或5所述的户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，其特征在于，所述的第二丝杠(8)适应桥梁气弹模型不同主梁高度。
7.根据权利要求3所述的户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，其特征在于，所述的第二丝杠(8)适应桥梁气弹模型不同主梁高度。
8.根据权利要求4所述的户外超大比例全桥气弹模型抗风保护装置，其特征在于，所述的第二丝杠(8)适应桥梁气弹模型不同主梁高度。
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