CN117073961A - 一种原型吊索节段模型驰振试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及桥梁节段模型风洞试验技术领域，具体是一种原型吊索节段模型驰振试验装置，包括顶部框架、底部框架以及用于将所述底部框架悬吊于所述顶部框架的下侧的悬挂组件，所述顶部框架包括相对设置的第一顶梁以及架设于所述第一顶梁上侧的第二顶梁，所述底部框架包括相对设置的第一底梁以及若干弹簧，所述悬挂组件包括若干悬挂绳，所述悬挂绳的一端沿所述第一顶梁的长度方向活动设于所述第一顶梁上，另一端连接所述第一底梁，所述弹簧的一端固定于所述第一底梁，另一端固定于风洞地面。本发明中试验装置能模拟实际桥梁中吊索的实际频率、实际尺寸，以及质量，以保证桥梁吊索的雷诺数效应，使弹性悬挂系统能够开展原型长吊索驰振风洞试验。
Description
【技术领域】
本发明涉及桥梁节段模型风洞试验技术领域，具体是一种可模拟实际桥梁吊索原型尺寸的节段模型驰振试验装置。
【背景技术】
随着悬索桥跨径的不断提升，大跨悬索桥的主要承重构件之一吊索的风致振动所带来的考验也越来越重要。骑跨式和销接式吊索与主梁连接方式使得每个吊点有2根或4根密集布置的吊索，吊索的气动干扰效应使得吊索的风致振动问题十分复杂，是大跨悬索桥抗风设计必须解决的问题。风洞试验是研究吊索气动干扰效应最常用的方法，而传统的弹性悬挂节段模型风洞试验中常对模型进行缩尺，圆形截面的雷诺数效应显著，缩尺的节段模型难以有效模拟吊索的雷诺数效应。超长吊索的频率低，传统的弹性悬挂系统因弹簧净伸长量问题而难以实现低频悬挂，从而无法开展原型长吊索驰振风洞试验。因此，需要开发一种超低频节段模型悬吊装置，实现原型吊索节段模型驰振风洞试验。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种原型吊索节段模型驰振试验装置，解决传统的的弹性悬挂系统不能开展原型长吊索驰振风洞试验的难题。
本发明提供技术方案如下：一种原型吊索节段模型驰振试验装置，包括顶部框架、底部框架以及用于将所述底部框架悬吊于所述顶部框架的下侧的悬挂组件，所述顶部框架包括相对设置的第一顶梁以及架设于所述第一顶梁上侧的第二顶梁，所述底部框架包括相对设置的第一底梁以及若干弹簧，所述悬挂组件包括若干悬挂绳，所述悬挂绳的一端沿所述第一顶梁的长度方向活动设于所述第一顶梁上，另一端连接所述第一底梁，所述弹簧的一端固定于所述第一底梁，另一端固定于风洞地面。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，所述悬挂绳为钢丝绳。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，所述底部框架还包括多个配重块套件，所述第一底梁上设有多条竖直设置的螺纹杆，多条所述螺纹杆分别靠近所述第一底梁与所述悬挂绳连接处，所述配重块套件可拆卸穿接于所述螺纹杆。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，所述第一底梁之间连接有第二底梁，所述第二底梁的中部架设有竖直设置的竖梁。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，所述第二底梁为相对的两条设置，所述底部框架还包括架设于两条所述第二底梁的中部之间的承载板，所述竖梁为相对的两条设置，两条所述竖梁固定于所述承载板上。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，两条所述第二底梁的中部之间连接设有承接梁，底部框架还包括设于所述承接梁上的分度盘，所述分度盘的顶部连接于所述承载板且位于两条所述竖梁之间。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，所述竖梁的底端连接设有法兰盘，所述竖梁通过所述法兰盘固定于所述承载板的上表面。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，所述第一顶梁与所述第一底梁上均设有沿梁的长度方向延伸的滑槽，多个所述滑槽中活动设有多个滑块，所述悬挂绳的两端分别连接位于所述第一顶梁上与所述第一底梁上的所述滑块。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，所述第二顶梁上排布设有多个磁铁，用于将所述第二顶梁吸附于风洞顶部以将所述顶部框架固定于风洞顶部。
如上所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，所述弹簧上远离所述第一底梁的一端设有第二磁铁，用于吸附风洞底面以固定所述弹簧上远离所述第一底梁的一端，所述第一底梁的一端与两条所述弹簧对应设置，一条所述弹簧沿所述第一底梁的长度方向延伸设置，另一条所述弹簧沿所述第二底梁的长度方向延伸设置。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
1、本发明中试验装置的弹性悬挂系统，采用了连接风洞顶部的顶部框架与连接风洞地面的底部框架，其中，采用了悬挂组件，将底部框架悬吊与顶部框架的下侧，悬挂组件采用了悬挂绳，悬挂绳一端活动连接在第一顶梁上，另一端连接在第一底梁的端部，配合连接第一底梁的端部与风洞地面的弹簧，使弹性悬挂系统能模拟实际桥梁中吊索的低频弹性悬挂效果，保证了桥梁吊索的雷诺数效应且该弹性悬挂系统能够还原实际吊索的动力参数。
2、本发明中的悬挂绳采用了钢丝绳，替代现有试验装置所采用的弹簧，实现模型大振幅振动和低频悬挂。
3、本发明中的底部框架采用了增加分度盘的设置，精度可达1分能精准调节节段模型的风偏角，以研究桥梁在不同风偏角下驰振性能。
【附图说明】
图1为本发明的原型吊索节段模型驰振试验装置的立体图；
图2为图1中A部的透视图；
图3为本发明的原型吊索节段模型驰振试验装置中第一顶梁的横截面示意图；
图4为本发明的原型吊索节段模型驰振试验装置的俯视图。
【具体实施方式】
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅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，都属于本发明的保护范围。
实施例1：请参阅附图1至附图4，本实施例提供一种原型吊索节段模型驰振试验装置，包括顶部框架1、底部框架2以及用于将底部框架2悬吊于顶部框架1的下侧的悬挂组件3，顶部框架1包括相对设置的第一顶梁11以及架设于第一顶梁11上侧的第二顶梁12，第二顶梁12固定于风洞顶部以将顶部框架1固定于风洞顶部，底部框架2包括相对设置的第一底梁21以及若干弹簧23，悬挂组件3包括若干悬挂绳31，悬挂绳31的一端分别沿第一顶梁11的长度方向活动设于相对的第一顶梁11上，悬挂绳31远离第一顶梁11的一端连接第一底梁21的端部，弹簧23的一端固定于第一底梁21的端部，另一端固定于风洞地面。本实施例中试验装置的弹性悬挂系统，采用了连接风洞顶部的顶部框架1与连接风洞地面的底部框架2，其中，采用了悬挂组件3，将底部框架2悬吊与顶部框架1的下侧，悬挂组件3采用了悬挂绳31，悬挂绳31一端活动连接在第一顶梁11上，另一端连接在第一底梁21的端部，配合连接第一底梁21的端部与风洞地面的弹簧23，使弹性悬挂系统能模拟实际桥梁中吊索的低频弹性悬挂效果，保证了桥梁吊索原型的雷诺数效应，使弹性悬挂系统能够开展原型长吊索驰振风洞试验。
优选的是，悬挂绳31为钢丝绳。本实施例中的悬挂绳31采用了钢丝绳，替代现有试验装置所采用的弹簧，在弹性悬挂系统模拟吊索的实际质量时，能够解决现有的弹簧因为刚度呈非线性变化从而导致对后续试验结果将产生严重误差的问题。此外，对于传统弹性悬挂系统在模型发生驰振时的振幅是受限制的，振幅一般不超过模型一倍的直径，本实施例中试验装置能实现模型的大振幅现象。
底部框架2还包括多个配重块套件24，第一底梁21上设有多条竖直设置的螺纹杆211，多条螺纹杆211分别靠近第一底梁21与悬挂绳31连接处，配重块套件24可拆卸穿接于螺纹杆211。配重块套件24的设置能保证整个系统的稳定性，并能根据试验需要，灵活调节底部框架2的质量，便于数据的收集。
第一底梁21之间连接有第二底梁22，第二底梁22的中部架设有竖直设置的竖梁25。其中，优选的是，第二底梁22为相对的两条设置，底部框架2还包括架设于两条第二底梁22的中部之间的承载板26，竖梁25为相对的两条设置，两条竖梁25固定于承载板26上，形成节段模型。竖梁25的设置能用于增大底部框架2的刚度。
两条第二底梁22的中部之间连接设有承接梁221，底部框架2还包括设于承接梁221上的分度盘27，分度盘27的顶部连接于承载板26且位于两条竖梁25之间。本实施例中的底部框架2采用了增加分度盘27的设置，使模型可根据桥梁驰振、驰振性能的试验需要，精准调节节段模型的风偏角，以研究桥梁驰振、驰振性能需要测试节段模型不同风偏角的振动情况。
进一步地，竖梁25的底端连接设有法兰盘251，竖梁25通过法兰盘251固定于承载板26的上表面。承载板26采用PVC板，法兰盘251的设置能将竖梁25稳定地固结于承载板26上。
第一顶梁11与第一底梁21上均设有沿梁的长度方向延伸的滑槽101，多个滑槽101中活动设有多个滑块102，悬挂绳31的两端分别连接位于第一顶梁11上与第一底梁21上的滑块102。滑槽101的设置，使滑块102的活动更为稳定，利于底部框架2在悬吊时，对悬挂绳31两端的位置调节。
第二顶梁12上排布设有多个磁铁103，用于将第二顶梁12吸附于风洞顶部以将顶部框架1固定于风洞顶部。
弹簧23上远离第一底梁21的一端设有第二磁铁201，用于吸附风洞底面以固定弹簧23上远离第一底梁21的一端，第一底梁21的一端与两条弹簧23对应设置，一条弹簧23沿第一底梁21的长度方向延伸设置，另一条弹簧23沿第二底梁22的长度方向延伸设置，具有抑振的效果，能用于进一步稳定模型，减小底部框架2的振幅。该节段模型的频率，取决于模型悬挂的高度，也就是悬挂绳31的高度，如果第一底梁21不连接弹簧23时，频率为(g为大地加速度，L为悬挂高度),因此可以实现节段模型低频弹性悬挂的效果，如果需要提高频率时，可以通过增加弹簧23的数量来实现。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：包括顶部框架(1)、底部框架(2)以及用于将所述底部框架(2)悬吊于所述顶部框架(1)的下侧的悬挂组件(3)，所述顶部框架(1)包括相对设置的第一顶梁(11)以及架设于所述第一顶梁(11)上侧的第二顶梁(12)，所述底部框架(2)包括相对设置的第一底梁(21)以及若干弹簧(23)，所述悬挂组件(3)包括若干悬挂绳(31)，所述悬挂绳(31)的一端沿所述第一顶梁(11)的长度方向活动设于所述第一顶梁(11)上，另一端连接所述第一底梁(21)，所述弹簧(23)的一端固定于所述第一底梁(21)，另一端固定于风洞地面。
2.根据权利要求1所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：所述悬挂绳(31)为钢丝绳。
3.根据权利要求1所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：所述底部框架(2)还包括多个配重块套件(24)，所述第一底梁(21)上设有多条竖直设置的螺纹杆(211)，多条所述螺纹杆(211)分别靠近所述第一底梁(21)与所述悬挂绳(31)连接处，所述配重块套件(24)可拆卸穿接于所述螺纹杆(211)。
4.根据权利要求1所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：所述第一底梁(21)之间连接有第二底梁(22)，所述第二底梁(22)的中部架设有竖直设置的竖梁(25)。
5.根据权利要求4所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：所述第二底梁(22)为相对的两条设置，所述底部框架(2)还包括架设于两条所述第二底梁(22)的中部之间的承载板(26)，所述竖梁(25)为相对的两条设置，两条所述竖梁(25)固定于所述承载板(26)上。
6.根据权利要求5所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：两条所述第二底梁(22)的中部之间连接设有承接梁(221)，底部框架(2)还包括设于所述承接梁(221)上的分度盘(27)，所述分度盘(27)的顶部连接于所述承载板(26)且位于两条所述竖梁(25)之间。
7.根据权利要求5所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：所述竖梁(25)的底端连接设有法兰盘(251)，所述竖梁(25)通过所述法兰盘(251)固定于所述承载板(26)的上表面。
8.根据权利要求1所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：所述第一顶梁(11)与所述第一底梁(21)上均设有沿梁的长度方向延伸的滑槽(101)，多个所述滑槽(101)中活动设有多个滑块(102)，所述悬挂绳(31)的两端分别连接位于所述第一顶梁(11)上与所述第一底梁(21)上的所述滑块(102)。
9.根据权利要求4所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：所述第二顶梁(12)上排布设有多个第一磁铁(103)，用于将所述第二顶梁(12)吸附于风洞顶部。
10.根据权利要求9所述的一种原型吊索节段模型驰振试验装置，其特征在于：所述弹簧(23)上远离所述第一底梁(21)的一端设有第二磁铁(201)，用于吸附风洞底面以固定所述弹簧(23)上远离所述第一底梁(21)的一端，所述第一底梁(21)的一端与两条所述弹簧(23)对应设置，一条所述弹簧(23)沿所述第一底梁(21)的长度方向延伸设置，另一条所述弹簧(23)沿所述第二底梁(22)的长度方向延伸设置。
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