CN114778063A - 竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，包括弹簧装置，用于设置在桥梁节段模型的两端，弹簧装置包括支撑机构、吊臂、竖向弹簧、横向弹簧、轮毂以及节段模型连接件，吊臂设置于支撑机构且能够沿支撑机构竖向运动，竖向弹簧的一端连接于支撑机构，另一端与吊臂相连接，横向弹簧的一端连接于吊臂，另一端与轮毂相连接，节段模型连接件的一端连接于桥梁节段模型，另一端依次分别与轮毂固定连接、与吊臂转动连接。本发明可以保证竖弯和扭转两自由度的运动可以独立支承，而且能为竖弯和扭转两个自由度提供完全线性的刚度，以便于保证桥梁节段模型的竖弯和扭转频率不随振幅和攻角变化，以确保桥梁抗风试验的准确性。

Description

竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置

技术领域

本发明涉及桥梁节段模型试验技术领域，特别涉及一种竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置。

背景技术

在桥梁结构模型试验中，弹簧悬挂节段模型试验是研究桥梁风致振动性能的最常用和最经济的手段，也是桥梁涡振模拟和颤振模拟的一种重要风洞试验装置。

对于传统的节段模型弹簧悬挂装置，当节段模型初始攻角过大时，弹簧轴线会明显偏离桥面的法向，从而引起模型系统的刚度变化。此外，由于受风洞高度和弹簧长度的限制，弹簧的线弹性伸缩范围有限，模型的允许的竖向和扭转振动的幅度往往较小。

然而，随着现代大跨度桥梁跨度的不断增加，尤其是跨度突破千米后，风荷载静力作用下的桥梁变形和主梁扭转角越来越显著，风致振动的幅值也越来越大，从而导致大跨度桥梁气动弹性效应的非线性也随之增强。在节段模型风洞试验中，当扭转振幅较大时，如果采用传统的弹簧悬挂节段模型，竖向拉伸弹簧会发生明显侧向倾斜，弹簧几何刚度呈非线性变化，尤其竖向拉伸弹簧提供的扭转刚度随振幅产生复杂的非线性特征，因此竖向扭转两自由度的自由振动系统的竖向和扭转刚度将不再保持常数，而是与振幅相关，同时据以往试验经验，传统竖向和扭转两自由度耦合自由振动装置大振幅下竖向拉伸弹簧会发生大幅舞动甚至脱落，致使根本无法模拟大扭转振幅的试验现象。其对后续试验结果将产生不可接受的方法误差，对大跨度桥梁的颤振和涡振性能的影响不容忽视。此外，在实际的风洞试验中需要测试节段模型在不同风攻角下的振动情况，传统弹簧悬挂节段模型的初始风攻角虽然可调，但其可调范围较小，减弱了设备实现不同试验环境的能力。因此，要求采用节段模型试验研究大跨度桥梁非线性自激力数学模型及其参数识别时，必须要求刚度保持常数，并考虑大初始攻角和大振幅的情况。

发明内容

针对现有的弹簧构造不能满足大风攻角下节段试验模型竖直扭转两自由度上大振幅自由振动从而造成实验误差较大的不足，本发明在于提供一种竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，包括弹簧装置，用于设置在桥梁节段模型的两端，所述弹簧装置包括支撑机构、吊臂、竖向弹簧、横向弹簧、轮毂以及节段模型连接件，所述吊臂设置于所述支撑机构且能够沿所述支撑机构竖向运动，所述竖向弹簧的一端连接于所述支撑机构，另一端与所述吊臂相连接，所述横向弹簧的一端连接于所述吊臂，另一端与所述轮毂相连接，所述节段模型连接件的一端连接于所述桥梁节段模型，另一端依次分别与所述轮毂固定连接、与所述吊臂转动连接。

作为本发明的进一步改进，所述支撑机构包括支撑架、风攻角调节圈、框架和竖向弹簧挂板，所述风攻角调节圈设置于所述支撑架，所述框架设置于所述风攻角调节圈，所述竖向弹簧挂板设置于所述框架，所述竖向弹簧的一端连接于所述竖向弹簧挂板，所述吊臂设置于所述框架且能够沿所述框架竖向运动，所述吊臂上设置有横向弹簧挂板，所述横向弹簧的一端连接于所述横向弹簧挂板。

作为本发明的进一步改进，所述支撑机构上设置有导轨组件，所述吊臂设置于所述导轨组件。

作为本发明的进一步改进，所述导轨组件包括导轨托槽、设于所述导轨托槽上的导轨以及设于所述导轨上的滑块，所述导轨托槽上设置有倾角调节螺丝孔、固定螺丝孔和导轨固定孔。

作为本发明的进一步改进，所述导轨托槽上设置有侧板，所述侧板上设置有预压调节螺丝孔。

作为本发明的进一步改进，所述导轨托槽的中部设置有止挡槽。

作为本发明的进一步改进，所述横向弹簧的另一端与所述轮毂之间连接有拉动件。

作为本发明的进一步改进，所述轮毂包括轮毂外圈、连接于所述轮毂外圈内的轮毂内圈，所述拉动件的一端与所述横向弹簧的另一端相连接，所述拉动件的另一端绕过所述轮毂外圈且穿过所述轮毂外圈固定在所述轮毂内圈上。

作为本发明的进一步改进，所述吊臂设置有轴承件，所述节段模型连接件的另一端穿过所述轮毂的中心且与所述轴承件相连接。

作为本发明的进一步改进，所述节段模型连接件包括连接板、与所述连接板相连接的连接管，所述连接板与所述桥梁节段模型相连接，所述连接管的自由端穿过所述轮毂的中心且与所述轴承件相连接。

本发明的有益效果是：

(1)本发明突破了传统的自由振动弹簧悬挂装置在较大扭转振幅下如大于15°时刚度为非线性的限制，可以同时进行竖弯和扭转两自由度的大振幅振动试验，且可以保证竖弯和扭转两自由度的独立支承，因此两个自由度可以互不干扰；并且为桥梁节段模型的扭转和竖弯运动自由度分别施加完全独立的、线性度非常好的刚度，可以保证竖弯和扭转两个自由度的刚度具有非常好的线性度，从而保证在大振幅大攻角的情况下模型的竖弯和扭转运动自由度的频率始终为定值，并且与此同时使得竖弯和扭转频率不随振幅和攻角产生变化，以确保桥梁抗风试验的准确性，这是其他类似的装置无法实现的。采用本发明进行桥梁节段模型风洞试验，竖弯总振幅可达到30cm，扭转振幅可达45°，初始风攻角可达20°。

(2)本发明在一个试验需要多种扭弯频率比的时候，可以很容易地改变竖弯和扭转两个自由度的刚度，从而使得两自由度的频率更改为所需值，以满足不同的试验需求。如需改变一个自由度的刚度，只需更换合适的弹簧即可达到调节刚度及扭弯频率比的目的，无需改变其它任何构件，省时省力，可以实现快速低成本地更改频率，不必像已有类似装置一样更换造价较高的轮毂。

(3)本发明相比已有的类似改进装置，其主要优点是采用一套设备就可以适用于所有的节段模型试验，特别是对于大扭弯频率比的桥梁节段模型试验。本发明的轮毂相比于现有类似装置，其尺寸大大减小，可以减小装置的总质量和质量惯矩，这对于节段模型试验来说至关重要；一套轮毂可以适用于所有的节段模型试验，通用性好，无需更换，大大节约了试验成本和试验时间。

(4)本发明为竖向弹簧和横向弹簧提供了足够的空间，可以选择较长的弹簧，以保证模型在竖弯和扭转大振幅的情况下，所有弹簧仍处于拉伸状态和线性状态，完全可以避免弹簧处于压缩状态，或者弹簧因为拉伸变形过大而进入材料塑性状态，从而确保了刚度的高度线性和大振幅扭转试验的正常进行。

(5)本发明采用的导轨托槽可以进行预压力的调节及倾角扭角的调整，轴承件采用多层嵌套形式，通过这些技术既能进一步保证本发明装置的高速稳定运行，保证竖弯和扭转的阻尼比都较小，完全满足节段模型大攻角大振幅试验的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的优选实施例的轴测图；

图2为图1中A的放大示意图；

图3为本发明的优选实施例设置旋转机构的主视图；

图4为本发明的优选实施例的俯视图；

图5为本发明的优选实施例的导轨托槽的结构示意图；

图6为本发明的优选实施例的轮毂的结构示意图；

图7为本发明的优选实施例的嵌套轴承的结构示意图；

图8为本发明的优选实施例的嵌套轴承的分解结构示意图；

图9为本发明的优选实施例的节段模型连接件的结构示意图；

图中：1、弹簧装置，2、桥梁节段模型，12、吊臂，14、竖向弹簧，16、横向弹簧，18、轮毂，181、轮毂外圈，182、轮毂内圈，183、连接柱，184、V形槽，185、通孔，186、圆柱形孔，187、第三安装孔，20、节段模型连接件，201、连接板，202、连接管，203、第一安装孔，204、套筒，205、第二安装孔，22、支撑架，221、支撑柱，24、风攻角调节圈，26、框架，261、外框架，262、内框架，263、竖直杆，264、水平杆，28、竖向弹簧挂板，30、横向弹簧挂板，32、滑轮，34、旋转齿条，36、转角齿轮，40、导轨组件，401、导轨托槽，402、导轨，403、滑块，4011、倾角调节螺丝孔，4012、固定螺丝孔，4013、导轨固定孔，4014、侧板，4015、预压调节螺丝孔，4016、止挡槽，42、竖向花篮螺栓，44、横向花篮螺栓，46、钢丝绳，48、嵌套轴承，481、轴承板，482、第一轴承，483、第二轴承，484、第三轴承。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，本申请实施例提供一种竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，包括弹簧装置1，用于设置在桥梁节段模型2的两端，弹簧装置1包括包括支撑机构、吊臂12、竖向弹簧14、横向弹簧16、轮毂18以及节段模型连接件20，吊臂12和横向弹簧16均沿水平方向延伸，竖向弹簧14沿竖直方向延伸，吊臂12设置于支撑机构且能够沿支撑机构竖向运动，竖向弹簧14的一端连接于支撑机构，另一端与吊臂12相连接，横向弹簧16的一端连接于吊臂12，另一端与轮毂18相连接，节段模型连接件20的一端连接于桥梁节段模型2，另一端依次分别与轮毂18固定连接、与吊臂12转动连接。可以保证桥梁节段模型2能够在竖向和扭转两个自由度都能实现大振幅运动，而且竖向和扭转两自由度的运动可以做到完全分离，互不干扰；竖向和扭转的刚度分别由竖向弹簧14和横向弹簧16提供，在大振幅大攻角的情况下仍能保证刚度为完全线性，以便于保证桥梁节段模型2的竖向和扭转频率不随振幅和攻角变化，以确保桥梁抗风试验的准确性。

在一实施例中，支撑机构包括支撑架22、风攻角调节圈24、框架26和竖向弹簧挂板28，风攻角调节圈24设置于支撑架22，框架26设置于风攻角调节圈24，竖向弹簧挂板设置于框架26，竖向弹簧14的一端连接于竖向弹簧挂板28，吊臂12设置于框架26且能够沿框架26竖向运动，吊臂12上设置有横向弹簧挂板30，横向弹簧16的一端连接于横向弹簧挂板30。

具体地，支撑架22包括一对支撑柱221，支撑柱221的底端可以固定在地板上，支撑柱221的顶端可以固定在屋顶上，支撑架22不可移动，保证有可靠的基础连接。

在本发明实施例中，风攻角调节圈24能够绕其圆心旋转一定的角度。具体地，风攻角调节圈24呈圆环盘结构，并且风攻角调节圈24的底部与旋转机构相连，可以通过旋转机构使得风攻角调节圈24产生转动，从而使得风攻角调节圈24上的框架26和竖向弹簧挂板28以及吊臂12、竖向弹簧14、横向弹簧16、轮毂18、节段模型连接件20都产生与风攻角调节圈24同样的转角，从而改变桥梁节段模型2的风攻角大小，模拟实际环境中来流风方向和桥梁断面有一定夹角的情况。具体地，支撑柱221上设置有滑轮32，通过滑轮32限位风攻角调节圈24，避免风攻角调节圈24的平移，同时能够便于风攻角调节圈24的转动。具体地，旋转机构包括旋转齿条34、与旋转齿条34相啮合的转角齿轮36，旋转齿条34呈圆弧形，旋转齿条34与风攻角调节圈24的底部固定连接。可在相对的两个转角齿轮36之间固定连接轴(图中未示出)，连接轴由电机(图中未示出)驱动转动。可以理解的是，还可以直接将风攻角调节圈24的底部设置能够与转角齿轮36相啮合的齿结构。

在一实施例中，框架26包括外框架261和连接于外框架261内的内框架262，外框架261固定在风攻角调节圈24上。外框架261呈中空的矩形。内框架262包括竖直杆263和水平杆264，形成H形，便于加固，以保证在桥梁节段模型2运行的过程中不产生变形和扭转。竖直杆263上开设有腰型孔(图中未示出)。

具体地，框架26、竖向弹簧挂板28分别设置于风攻角调节圈24的两轴侧，便于预留空间在框架26上设置吊臂12，使得吊臂12与竖向弹簧挂板28在竖直方向相对设置，避免竖向弹簧14的歪斜，使得竖向弹簧14沿竖直方向延伸设置。

在一实施例中，支撑机构上设置有导轨组件40，吊臂12设置于导轨组件40，通过导轨组件40保证吊臂12在沿竖直方向运动时避免其它方向的运动和偏转。具体地，导轨组件40设置在框架26上。更具体地，导轨组件40固定在框架26的内框架262上。

请参阅图2、图3、图5，导轨组件40包括导轨托槽401、设于导轨托槽401上的导轨402以及设于导轨402上的滑块403，导轨托槽401上设置有倾角调节螺丝孔4011、固定螺丝孔4012和导轨固定孔4013。通过倾角调节螺丝孔4011处设置倾角调节螺丝，调节倾角调节螺丝与内框架262之间的配合间距，便于导轨托槽401与内框架262之间形成夹角，经过反复调整，可以使得四个导轨托槽401互相保持平行，并且垂直于地面，以更正因为支撑柱221和框架26与地面不垂直而导致的累积误差，从而减小滑块403和导轨403之间的摩擦力，使得竖向运动更加顺畅，测试结果更好。滑块403可以保证在导轨402上进行高精度竖直运动，可以保证在竖向运动的同时不产生侧向运动和扭转运动，这样为竖向和扭转运动的支承分离提供了很好的条件，避免了竖向和扭转的支承产生相互干扰，也避免了本不应该存在的侧向振动，确保了桥梁节段模型2试验结果的准确性。

具体地，导轨托槽401固定在内框架262的竖直杆263的腰型孔处，腰型孔的直径比安装导轨托槽401时采用的固定螺丝直径大2mm，因此可以使得导轨托槽401能够进行一定程度的平移，而且最大可产生3°左右的平面转角。在实际操作中可以根据桥梁节段模型2试验的具体情况进行调节，以保证所有导轨402的平行和受力均衡，尽量使得每个滑块403受到较小的安装应力和不平衡力，以减小导轨402与滑块403之间的摩擦。安装时，先放松与固定螺丝孔4012配合的固定螺丝，然后不断调节各个与倾角调节螺丝孔4011相配合的倾角调节螺丝，也就是调节倾角调节螺丝与竖直杆263之间的间距，使得导轨托槽401的平面相对于内框架262所在的平面产生一个倾角，也就是导轨托槽401的平面与内框架262所在的平面之间形成一个夹角，随后人为激励桥梁节段模型2产生竖向振动，并测试其竖向阻尼比，若竖向阻尼比比较大，则继续调节导轨托槽401的倾角调节螺丝，直到竖向阻尼比在允许范围内，这样就可以保证各个导轨之间均已平行，最后锁紧固定螺丝，即可保证导轨托槽401固定于较为合适的倾角角度。其中，人为激励桥梁节段模型2指的是拉动与桥梁节段模型2相连接的激励绳后释放，使得节段模型2产生自由衰减振动。通过在风洞内设置激光位移计，激光打在桥梁节段模型2上，可以记录节段模型2自由衰减振动的位移数据，然后计算得到整个装置的竖向阻尼比。这样，在桥梁节段模型2振动过程中，导轨托槽401的位置和倾角都不会产生变化。通过导轨固定孔4013来固定导轨402，导轨152一套分为左右两个，使得滑块403能够在两个导轨402之间进行高精度竖直运动。优选导轨402为交叉滚子导轨，采用滑轨保持器和滚柱来支撑滑块403。

导轨托槽401上设置有侧板4014，侧板4014上设置有预压调节螺丝孔4015，可以用螺栓或顶丝调节两个导轨402之间的间隙大小，从而很容易地调节导轨组件40的预压力，保证滑块403既不因与导轨402之间的预压力过小而左右晃动，又不因为与导轨402之间的预压力过大而导致竖向阻尼太大。

导轨托槽401的中部设置有止挡槽4016，止挡槽4016沿竖直方向延伸，通过在滑块403底端中部安装限位螺丝(图中未示出)，限位螺丝在导轨托槽401的止挡槽4016中运动，当超过设计行程时，限位螺丝会与止挡槽4016的槽壁碰撞，从而限制滑块403运行过度超过量程，保证内部零件不受损坏。优选止挡槽4016为腰型槽。优选止挡槽4016四壁采用橡胶包覆，对限位螺丝和止挡槽4016的撞击起到缓冲作用，提高滑块403和导轨托槽401的寿命。

优选吊臂12采用铝合金或不锈钢空心方管制作而成，长度为100cm～130cm，具体可以根据实际桥梁节段模型2的需要进行调节。优选的，吊臂12的壁厚大小需经过力学计算，在保证其不产生变形的情况下尽量减小质量。吊臂12用螺栓分别固定于左右滑块403上，可以随着滑块403进行竖直运动，由于滑块403的限制，吊臂21不能产生其它方向的运动和扭转，以保证竖向与扭转支承的精确分离和刚度的高度线性。

两个竖向弹簧挂板28分别固定于风攻角调节圈12的上下两端。竖向弹簧挂板28的左右两端各安装一个竖向花篮螺栓42。吊臂12通过四根竖向弹簧14与四角的四个竖向花篮螺栓42进行连接。竖向花篮螺栓42可以轻松地调节自身长度，从而调节每根竖向弹簧14的长度，保证每根竖向弹簧14的长度相同并且达到试验预期的目标长度，并且可以保证滑块403的中心处于导轨402的中间位置。四根竖向弹簧14可以为竖向振动提供所需的刚度，每根竖向弹簧14的长度、线径和圈径都经过选型和计算，可以保证其刚度为试验需要的预期值。

优选横向弹簧挂板30上固定有横向花篮螺栓44，横向弹簧16的一端与横向花篮螺栓44固定连接。横向花篮螺栓44可以轻松地调节自身长度，从而调节每根横向弹簧16的长度，保证每根横向弹簧16的长度相同并且达到试验预期的目标长度。优选横向弹簧挂板30固定在吊臂12的端部，避免对其它部件安装的干涉。横向弹簧16用于提供桥梁节段模型2的扭转刚度，当桥梁节段模型2产生一个扭转角的时候，轮毂18也会相应产生一个同样的扭转角度，由于横向弹簧16的一端与轮毂18固定连接，所以横向弹簧16的长度会发生变化，由此产生拉力，并且四根横向弹簧16的拉伸方向与轮毂18的中心有一定的距离，因此产生了抗扭力矩，这就是横向弹簧16能够提供扭转恢复力矩和扭转刚度的主要原因。由于横向弹簧16的力-变形曲线基本为直线，而且横向弹簧挂板30与轮毂18竖向运动相同，所以由四根横向弹簧16形成的扭转系统可以提供线性度非常好的扭转刚度，即使扭转振幅达到90°，装置提供的扭转恢复力矩也与扭转角成正比。

为了便于进行扭转运动，优选横向弹簧16的另一端与轮毂18之间连接有拉动件。

优选地，竖向弹簧14和横向弹簧16均采用圆柱形拉伸螺旋弹簧，圆柱形拉伸螺旋弹簧的力-变形曲线线性度非常好，因此可以为整个装置提供线性度非常好的竖弯和扭转刚度，因此保证桥梁节段模型2在大振幅大攻角试验中竖弯和扭转频率为定值，以确保试验的准确性和可靠性。

在一实施例中，请参阅图6，轮毂18包括轮毂外圈181、连接于轮毂外圈181内的轮毂内圈182，拉动件的一端与横向弹簧16的另一端相连接，拉动件的另一端绕过轮毂外圈181且穿过轮毂外圈181上的通孔185，最后固定在轮毂内圈182上。

优选拉动件为钢丝绳46。具体地，轮毂18采用PVC塑料整体车削而成，直径为30cm左右。轮毂外圈181为实心轮毂，轮毂内圈182与轮毂外圈181之间形成的中圈为镂空状，该镂空处设置有连接柱183以连接轮毂外圈181和轮毂内圈182，比起非镂空的形式，可以减轻质量和质量惯矩。连接柱183采用塑料制成。轮毂18的外周面设置有限位槽，通过限位槽便于钢丝绳46的绕设。具体地，限位槽为双V形槽，包括两个V形槽184，每个V形槽184中可以绕设钢丝绳46。每根钢丝绳46在V形槽184中绕过1/4轮毂18周长，然后通过轮毂外圈181上的通孔185穿过轮毂外圈181，并最终固定在轮毂内圈182上。

在一实施例中，吊臂12设置有轴承件，节段模型连接件20的另一端穿过轮毂18的中心且与轴承件相连接。具体地，轴承件为嵌套轴承48。更具体地，请参阅图7、图8，嵌套轴承48包括轴承板481、第一轴承482、第二轴承483和第三轴承484，第一轴承482的内径等于第二轴承483的外径，第二轴承483的内径等于第三轴承484的外径。轴承板481固定于吊臂12，第一轴承482的外圈固定于轴承板481，第二轴承483的外圈固定于第一轴承482的内圈，第三轴承484的外圈固定于第二轴承483的内圈。如此设置，将第一轴承482、第二轴承483和第三轴承484装配起来，并且在各个轴承的连接处进行点焊，嵌套轴承的形式可以大大减小装置的扭转摩擦，并且因为是嵌套形式，所以即使有一个轴承因为灰尘堆积而抱死停转，其余轴承也可以正常运行，从而提高装置的容错程度和对环境的适应性。

请参阅图9，节段模型连接件20包括连接板201、与连接板201相连接的连接管202，连接板201与桥梁节段模型2相连接，连接管202的自由端穿过轮毂18的中心且与轴承件相连接，实现将大攻角大振幅弹簧装置与桥梁节段模型2进行连接和同步竖弯扭转运动的作用，保证本发明装置产生的扭转角和竖向振幅与桥梁节段模型2的扭转角和竖向振幅相同。

在本实施例中，将连接管202与连接板201焊接固定，但并不局限于此种方式，也可以将连接管202与连接板201一体成型。

连接板201上开有四个第一安装孔203，通过螺栓可以将连接板201和桥梁节段模型2进行固定。轮毂内圈182开有圆柱形孔186，圆柱形孔186直径与节段模型连接件20的连接管202外径相同，连接管202穿过轮毂内圈182的圆柱形孔186并与轮毂内圈182相固定，保证轮毂18与节段模型连接件20、桥梁节段模型2的扭转运动完全相同。具体地，连接管202上设置有套筒204，套筒204上设置有第二安装孔205，轮毂内圈182上设置有第三安装孔187，通过螺栓穿过第二安装孔205旋入第三安装孔187实现套筒204与轮毂内圈182的固定。更具体地，套筒204与连接管202焊接固定。更具体地，套筒204为法兰套筒。嵌套轴承48的第三轴承484的内径与连接管202的外径相同，节段模型连接件20的连接管202穿过第三轴承484，并且第三轴承484的轴承内壁安装有顶丝，可将第三轴承484的轴承内壁与节段模型连接件20的连接管202外壁进行固定，以保证节段模型连接件20与吊臂12具有相同的竖向运动，但是因为采用了嵌套轴承48，使得节段模型连接件20与吊臂12能够产生相对扭转运动。具体安装顺序为，将节段模型连接件20的连接板201与桥梁节段模型201通过螺栓固定连接，再将节段模型连接件20的连接管202穿过轮毂内圈182，将套筒204与轮毂内圈182通过螺栓固定，最后将连接管202穿过嵌套轴承48的第三轴承484并用顶丝固定。

本发明的工作原理是：

桥梁节段模型2在风洞中来流风的作用下，由于受到静风力和自激力的作用，会同时进行包含竖弯和扭转两自由度的复杂震荡运动。桥梁节段模型2的振动带动节段模型连接件20进行同步运动，节段模型连接件20的扭转运动传导至轮毂18，由于轮毂18通过钢丝绳46与横向弹簧16连接，所以轮毂18扭转运动的同时横向弹簧16会伸缩，从而为这个装置提供扭转恢复力矩和扭转刚度；节段模型连接件20的竖向运动通过嵌套轴承48传导至吊臂12，吊臂12与竖向弹簧14相连，因此吊臂12竖向运动的同时竖向弹簧14会伸缩，从而为这个装置提供竖向恢复力和竖向刚度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，包括弹簧装置，用于设置在桥梁节段模型的两端，所述弹簧装置包括支撑机构、吊臂、竖向弹簧、横向弹簧、轮毂以及节段模型连接件，所述吊臂设置于所述支撑机构且能够沿所述支撑机构竖向运动，所述竖向弹簧的一端连接于所述支撑机构，另一端与所述吊臂相连接，所述横向弹簧的一端连接于所述吊臂，另一端与所述轮毂相连接，所述节段模型连接件的一端连接于所述桥梁节段模型，另一端依次分别与所述轮毂固定连接、与所述吊臂转动连接。

2.根据权利要求1所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述支撑机构包括支撑架、风攻角调节圈、框架和竖向弹簧挂板，所述风攻角调节圈设置于所述支撑架，所述框架设置于所述风攻角调节圈，所述竖向弹簧挂板设置于所述框架，所述竖向弹簧的一端连接于所述竖向弹簧挂板，所述吊臂设置于所述框架且能够沿所述框架竖向运动，所述吊臂上设置有横向弹簧挂板，所述横向弹簧的一端连接于所述横向弹簧挂板。

3.根据权利要求1或2所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述支撑机构上设置有导轨组件，所述吊臂设置于所述导轨组件。

4.根据权利要求3所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述导轨组件包括导轨托槽、设于所述导轨托槽上的导轨以及设于所述导轨上的滑块，所述导轨托槽上设置有倾角调节螺丝孔、固定螺丝孔和导轨固定孔。

5.根据权利要求4所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述导轨托槽上设置有侧板，所述侧板上设置有预压调节螺丝孔。

6.根据权利要求4所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述导轨托槽的中部设置有止挡槽。

7.根据权利要求1或2所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述横向弹簧的另一端与所述轮毂之间连接有拉动件。

8.根据权利要求7所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述轮毂包括轮毂外圈、连接于所述轮毂外圈内的轮毂内圈，所述拉动件的一端与所述横向弹簧的另一端相连接，所述拉动件的另一端绕过所述轮毂外圈且穿过所述轮毂外圈固定在所述轮毂内圈上。

9.根据权利要求1所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述吊臂设置有轴承件，所述节段模型连接件的另一端穿过所述轮毂的中心且与所述轴承件相连接。

10.根据权利要求9所述的竖弯和扭转独立支承大攻角大振幅节段模型风洞试验装置，其特征在于，所述节段模型连接件包括连接板、与所述连接板相连接的连接管，所述连接板与所述桥梁节段模型相连接，所述连接管的自由端穿过所述轮毂的中心且与所述轴承件相连接。

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