CN113834678A - 一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置及试验方法。一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置，包括：桥墩，所述桥墩中部固定有一环形齿条；球铰组件，所述球铰组件固定在所述桥墩的中心处；桥体，所述桥体中部连接在所述球铰组件上；驱动件，所述驱动件设置多个；所述驱动件下端啮合所述环形齿条，所述驱动件驱动所述桥体和桥墩发生相对转动。本发明的试验方法可以模拟转体过程中各部件的安装工序；同时可以量化不同转动速度下对上部桥体的影响程度，还可以掌握桥墩受力情况，探究不同配重、风荷载和转速等工序下桥墩的应力分布，提供桥体转体过程中提高安全性的措施和建议，为实际桥体的转体施工提供科学依据。

Description

一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体涉及一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置及试验方法。

背景技术

随着国内交通网的不断扩大完善，公路、铁路和市政道路之间的交叉越来越频繁。铁路是国家运输主要路线，不允许截断。为了保证铁路运输的顺畅，公路、市政道路与铁路交叉时，多采用桥梁上跨铁路的形式。上跨铁路桥梁的施工方法一般为先沿铁路方向施工桥梁，然后利用转盘将桥梁转体实现上跨铁路线的目的，与传统桥梁施工相比，转体桥具有不干扰交通、不间断通航和可跨交通频繁道路的特点且施工快速。但当桥梁跨铁路线较多、桥梁跨度较大时，转体桥梁的重量将会成倍增加，相应转体所需成本也会成倍增加。且目前施工技术实现大跨度桥梁转体时存在较大的安全和质量隐患。为了尽最大可能保障既有铁路线的运输安全，保证转体过程顺利进行，研究一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置及试验方法很有必要。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置及试验方法，其可以精确模拟转体全过程，为桥梁转体施工提供理论参考。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置，包括：

桥墩，所述桥墩中部固定有一环形齿条；

球铰组件，所述球铰组件固定在所述桥墩上并位于所述环形齿条中心处；

桥体，所述桥体中部连接在所述球铰组件上；

驱动件，所述驱动件在所述球铰组件上间隔设置多个；所述驱动件下端啮合所述环形齿条，所述驱动件驱动所述桥体和桥墩发生相对转动。

作为优选，所述环形齿条包括环形支撑架和齿条本体，所述环形支撑架固定在所述桥墩上；所述齿条本体套设在所述环形支撑架上并利用螺栓固定。

作为优选，所述球铰组件包括下支撑柱、下半球铰、上半球铰、上支撑柱和转体台，所述下支撑柱固定在所述桥墩上；所述下半球铰固定在所述下支撑柱的顶部；所述上半球铰位于所述下半球铰上方并与其铰接；所述上支撑柱固定在所述上半球铰顶部；所述转体台一体成型在所述上支撑柱的顶部且所述上支撑柱位于所述转体台的中心位置处。

作为优选，所述驱动件包括动力支腿、台车架、辅助支撑滚动车、机架、减速电机、驱动齿轮，所述动力支腿顶部固定在所述转体台上、底部竖直向下向所述桥墩延伸；所述台车架固定在所述动力支腿的底部；所述辅助支撑滚动车固定在所述台车架下端，且与所述桥墩接触；所述机架水平固定在所述台车架的侧面；所述减速电机固定在所述机架的外端头且其输出轴竖直向下；所述驱动齿轮固定在所述减速电机的输出轴上并传动连接所述环形齿条。

作为优选，所述机架下表面固定有一导向板，所述导向板上转动设置一导向轮，所述导向轮外侧面贴合在所述环形支撑架的内侧面。

作为优选，所述桥墩上固定有与所述辅助支撑滚动车对应的环形轨道；所述驱动齿轮通过一传动盒传动连接所述环形齿条，所述传动盒固定在所述机架上，所述传动盒间隔设有2个分别与所述环形齿条啮合的传动齿轮；所述驱动齿轮分别与2个所述传动齿轮啮合。

本发明的第二个目的在于提供上述多点支撑式转体桥梁模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1. 根据桥体实际大小采用1：10比例缩放搭建转体模型试验装置；

S2. 在转体模型试验装置的每个部件上设置弦式应变计和电阻应变计，并记录初始数据；

S3. 试验时在桥体上设置配重，并调整试验过程中的风荷载以及试验过程中桥体的转速，记录各部件受力时的变形数据；

S4. 对各部件受力时的变形数据并进行分析。

作为优选，S3中配重分为32吨、64吨和96吨三种。

作为优选，S3中风荷载分为六级风和八级风二种。

作为优选，S3中桥体的转速分为0.02 rad/s、0.04 rsd/s和0.06 rad/s三种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明的转体模型试验装置以实际桥体基础，采用缩放的方式搭建而成，可以精确的模拟转体的全过程，便于为转体的实际操作提供理论分析和参考。

（2）本发明的试验方法可以模拟转体过程中各部件的安装工序，便于施工的开展；同时可以量化不同转动速度下对桥体的影响程度，还可以掌握桥墩受力情况，探究不同配重、风荷载和转速等工况下桥墩的应力分布，提供桥体转体过程中提高安全性的措施和建议，为实际桥体的转体施工提供科学依据。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明桥墩、球铰组件和驱动件的连接示意图；

图3为本发明球铰组件的结构示意图；

图4为本发明驱动件的结构示意图；

图5为图4中A处的局部放大图；

图6为本发明环形齿条和驱动件的结构示意图；

图7为图6中B处的局部放大图；

关于附图标记的说明：

100、桥墩；101、环形齿条；1011、环形支撑架；1012、齿条本体；102、环形轨道；

200、球铰组件；201、下支撑柱；202、下半球铰；203、上半球铰；204、上支撑柱；205、转体台；2051、支撑脚；

300、桥体；

400、驱动件；401、动力支腿；402、台车架；403、辅助支撑滚动车；404、机架；4041、导向板；4042、导向轮；405、减速电机；406、驱动齿轮；407、传动盒；4071、传动齿轮。

具体实施方式

下面结合对本发明专利的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域所属的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参阅附图1-7，一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置，包括：

桥墩100，桥墩100中部固定有一环形齿条101；环形齿条101包括环形支撑架1011和齿条本体1012，环形支撑架1011固定在桥墩100上；齿条本体1012套设在环形支撑架1011上并利用螺栓固定；

球铰组件200，球铰组件200固定在桥墩100上并位于环形齿条中心101处；在本实施例中，球铰组件200包括下支撑柱201、下半球铰202、上半球铰203、上支撑柱204和转体台205，下支撑柱201固定在桥墩100上；下半球铰202固定在下支撑柱201的顶部；上半球铰203位于下半球铰202上方并与其铰接；上支撑柱204固定在上半球铰203顶部；转体台205一体成型在上支撑柱204的顶部且上支撑柱204位于转体台205的中心位置处；从图2中可以明显看出，下半球铰202中部向下凹设，上半球铰203中部向外凸出；两者实现铰接的方式为：在下半球铰202和上半球铰203的中心位置设置一销轴（附图未标识）；为了提高转动过程中的稳定性，上半球铰203上一体成型有滑块（附图未标识），下半球铰202上凹设与滑块滑动导向配合的滑槽（附图未标识）；

桥体300，桥体300中部连接在球铰组件200上，从图1中可以看出桥体300是连接在转体台205上；

驱动件400，驱动件400在球铰组件200上间隔设置多个，从图6可以看出驱动件400对称设置有6个，这样可以保持转体台205的转动过程中的平衡；驱动件400下端啮合环形齿条101，驱动件400驱动桥体300和桥墩100发生相对转动。在本实施例中，驱动件400包括动力支腿401、台车架402、辅助支撑滚动车403、机架404、减速电机405、驱动齿轮406，动力支腿401顶部固定在转体台205上、底部竖直向下向桥墩100延伸；台车架402固定在动力支腿401的底部；辅助支撑滚动车403固定在台车架402下端，且与桥墩100接触；机架404水平固定在台车架402的侧面；减速电机405固定在机架404的外端头且其输出轴竖直向下；驱动齿轮406固定在减速电机405的输出轴上并传动连接环形齿条101。

在本实施例中，机架404下表面固定有一导向板4041，导向板4041上转动设置一导向轮4042，导向轮4042外侧面贴合在环形支撑架1011的内侧面；另外，桥墩100上固定有与辅助支撑滚动车403对应的环形轨道102；在动力支腿401转动时，导向轮4042侧壁贴合在环形支撑架1011的内侧面上并沿其进行转动，这样可以起到限位和导向作用，保持转体台205转动过程中的稳定性。

驱动齿轮406通过一传动盒407传动连接环形齿条101，传动盒407固定在机架404上，传动盒407内间隔设有2个分别于环形齿条101啮合的传动齿轮4071；驱动齿轮406分别与2个传动齿轮4071啮合；这样在需要进行转体模拟试验时，减速电机405工作带动驱动齿轮406转动，驱动齿轮406通过传动齿轮4071进而和环形齿条101发生相对转动，由于环形齿条101是固定在桥墩100上的，减速电机405就会沿着环形齿条101转动，进而带动力支腿401沿环形齿条101转动，动力支腿401带动转体台205转动，实现桥体300的转体。

另外，为了防止桥体300出现倾斜时直接倾倒，转体台205下表面间隔设置多个支撑脚2051，支撑脚2051由2个钢管组成，支撑脚2051的下端竖直向下且距桥墩100上表面2公分，当桥体300出现倾斜时，支撑脚2051的下端会抵接在桥墩100上，这样可以有效防止桥体300直接倾倒；

上述多点支撑式转体桥梁模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1. 根据实际桥体300大小采用1：10比例缩放搭建转体模型试验装置；

S2. 在转体模型试验装置的每个部件上设置弦式应变计和电阻应变计，并记录初始数据；

S3. 试验时在桥体300上设置配重，并调整试验过程中的风荷载以及试验过程中桥体300的转速，记录各部件受力时的变形数据；其中，配重分为32吨、64吨和96吨三种；风荷载分为六级风和八级风二种；桥体300的转速分为0.02 rad/s、0.04 rsd/s和0.06 rad/s三种；这样可以模拟多种情况下桥体300转体的情形；

S4. 对各部件受力时的变形数据并进行分析，通过对数据的分析可以直观了解到桥体300转体的过程中，并了解各部位在转体过程中的受力情况，为桥体300施工提供理论分析支持。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种多点支撑式转体桥梁模型试验装置，其特征在于，包括：

桥墩，所述桥墩中部固定有一环形齿条；

球铰组件，所述球铰组件固定在所述桥墩上并位于所述环形齿条中心处；

桥体，所述桥体中部连接在所述球铰组件上；

驱动件，所述驱动件在所述球铰组件上间隔设置多个；所述驱动件下端啮合所述环形齿条，所述驱动件驱动所述桥体和桥墩发生相对转动。

2.根据权利要求1所述的多点支撑式转体桥梁模型试验装置，其特征在于，所述环形齿条包括环形支撑架和齿条本体，所述环形支撑架固定在所述桥墩上；所述齿条本体套设在所述环形支撑架上并利用螺栓固定。

3.根据权利要求2所述的多点支撑式转体桥梁模型试验装置，其特征在于，所述球铰组件包括下支撑柱、下半球铰、上半球铰、上支撑柱和转体台，所述下支撑柱固定在所述桥墩上；所述下半球铰固定在所述下支撑柱的顶部；所述上半球铰位于所述下半球铰上方并与其铰接；所述上支撑柱固定在所述上半球铰顶部；所述转体台一体成型在所述上支撑柱的顶部且所述上支撑柱位于所述转体台的中心位置处。

4.根据权利要求3所述的多点支撑式转体桥梁模型试验装置，其特征在于，所述驱动件包括动力支腿、台车架、辅助支撑滚动车、机架、减速电机、驱动齿轮，所述动力支腿顶部固定在所述转体台上、底部竖直向下向所述桥墩延伸；所述台车架固定在所述动力支腿的底部；所述辅助支撑滚动车固定在所述台车架下端，且与所述桥墩接触；所述机架水平固定在所述台车架的侧面；所述减速电机固定在所述机架的外端头且其输出轴竖直向下；所述驱动齿轮固定在所述减速电机的输出轴上并传动连接所述环形齿条。

5.根据权利要求4所述的多点支撑式转体桥梁模型试验装置，其特征在于，所述机架下表面固定有一导向板，所述导向板上转动设置一导向轮，所述导向轮外侧面贴合在所述环形支撑架的内侧面。

6.根据权利要求4所述的多点支撑式转体桥梁模型试验装置，其特征在于，所述桥墩上固定有与所述辅助支撑滚动车对应的环形轨道；所述驱动齿轮通过一传动盒传动连接所述环形齿条，所述传动盒固定在所述机架上，所述传动盒间隔设有2个分别与所述环形齿条啮合的传动齿轮；所述驱动齿轮分别与2个所述传动齿轮啮合。

7.一种利用权利要求6所述多点支撑式转体桥梁模型试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 根据桥体实际大小采用1：10比例缩放搭建转体模型试验装置；

S2. 在转体模型试验装置的每个部件上设置弦式应变计和电阻应变计，并记录初始数据；

S3. 试验时在桥体上设置配重，并调整试验过程中的风荷载以及试验过程中桥体的转速，记录各部件受力时的变形数据；

S4. 对各部件受力时的变形数据并进行分析。

8.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于，S3中配重分为32吨、64吨和96吨三种。

9.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于，S3中风荷载分为六级风和八级风二种。

10.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于，S3中桥体的转速分为0.02 rad/s、0.04 rsd/s和0.06 rad/s三种。

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