CN209858168U - 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置 - Google Patents

自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN209858168U
CN209858168U CN201921003764.0U CN201921003764U CN209858168U CN 209858168 U CN209858168 U CN 209858168U CN 201921003764 U CN201921003764 U CN 201921003764U CN 209858168 U CN209858168 U CN 209858168U
Authority
CN
China
Prior art keywords
rigid
model
strength
tension spring
light high
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn - After Issue
Application number
CN201921003764.0U
Other languages
English (en)
Inventor
许福友
张明杰
马召宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN201921003764.0U priority Critical patent/CN209858168U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN209858168U publication Critical patent/CN209858168U/zh
Withdrawn - After Issue legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本实用新型提供了一种自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,包括刚性模型、轻质高强细绳、线性拉伸弹簧、刚性支架、弹簧护筒、转盘、刚性立柱、电机、重力块和刚性细圆杆。利用本装置可在良好的自然风场中开展桥梁刚性模型自由振动试验,无需大型风洞设备,试验模型尺寸不受风洞尺寸限制,因此可实现大比例模型试验。相比于传统风洞试验方法,本装置不仅可以大大减弱大幅振动时的几何非线性,而且可以解决大幅振动风洞试验中阻塞率过高的问题,因此适合于研究大幅振动;利用转盘非常容易地调节模型风偏角,进而方便地全面研究不同风偏角下桥梁的抗风性能,相对传统风洞试验更为便利。

Description

自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置
技术领域
本实用新型涉及在自然风场而非风洞实验室中研究桥梁大比例主梁刚性模型风致大幅竖向和扭转耦合自由振动的一种试验装置,具体涉及到通过轻质高强细绳、线性拉伸弹簧将大比例刚性模型悬吊在立于良好自然风场中的塔架的转盘上,通过电机驱动转盘带动悬吊系统调节刚性模型相对自然风向的偏角,从而模拟实际桥梁主梁的相对风向姿态。由于置于自然风场,模型尺寸基本不受限制,因此可实现大比例模型试验。此外,相比于传统风洞试验方法,本装置具有便于实现大振幅、任意风偏角、节省能耗、且无需占用风洞实验室等诸多优势。
背景技术
桥梁主梁节段模型竖向和扭转耦合自由振动法是研究桥梁结构风致振动(涡振、抖振、驰振、颤振)的一种重要方法,也是识别桥梁主梁颤振导数的一种常用试验方法。以往桥梁主梁风致弯扭耦合自由振动试验通常在风洞实验室中开展,优点在于流场风速可控,流场品质良好。弹簧悬挂系统分为内支架和外支架两种。外支架是将弹簧悬挂系统支撑在位于风洞外的支架上,弹簧不受风荷载作用,适用于风洞宽度较小场合。此时,往往利用风洞洞壁作为端板来尽可能保证二元流动。对于宽度较大的风洞(如大于4m),模型难以甚至无法横跨风洞,则需要在风洞内部设置支架以支撑悬挂系统。此时,需将弹簧封闭起来,避免其承受风荷载,一定程度上增加了试验难度。如果弹簧置于风场中,则影响试验精度。受风洞尺寸限制,风洞试验模型长宽比一般不超过4,需要专门设置端板(或利用风洞壁作为端板)来尽可能保证二元流动。风洞试验一般只适用于小比例模型情况。然而模型太小,难以准确模拟外形、保证模型刚度,有时系统质量和质量惯矩难以满足要求。
另外,现有自由振动风洞试验装置难以调节风偏角。由于风洞风向是固定的,因此只能通过调整模型相对风洞风向的角度来调节风偏角。对于外支架弹簧悬挂系统,其风偏角基本无法调节。对于内支架系统,调节风偏角的操作十分繁杂,不便全面研究各种风向角条件下结构的抗风性能。此外,传统风洞试验方法较难实现大幅振动,主要原因如下:(1)用于悬挂模型的拉伸弹簧长度较短(通常在40~80cm范围内),模型大幅扭转振动时弹簧发生明显侧向倾斜,系统刚度出现明显非线性,进而对后续试验结果造成不可接受的误差;(2)大幅扭转振动时阻塞率较高,阻塞率可能不满足试验要求;小比例模型虽然可以降低阻塞率,但其气动外形、模型刚度、模型质量及质量惯矩等难以准确模拟;(3)模型大幅振动时存在安全隐患,一旦发生破坏,可能对风洞及设备造成巨大破坏。将风洞中的自由振动测试装置移到室外自然风场,对装置的某些参数(主要是尺寸)加以调整,并增加驱动机构调节试验风偏角,可以有效解决风洞试验面临的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对桥梁抗风设计中主梁节段模型竖向和扭转耦合大振幅自由振动试验的需要,提供一种可以有效解决目前风洞试验方法所面临的瓶颈问题,在良好的自然风场中开展不同风向条件下大振幅耦合自由振动的试验装置。该装置包括桥梁主梁刚性模型、轻质高强细绳、线性拉伸弹簧、弹簧护筒、刚性支架、转盘、刚性立柱、电机、重力块和刚性细圆杆。
本实用新型的技术方案:
自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,置于具有良好自然风场条件的试验场地(如广阔平坦的海岸、广场、旷野等),场地满足风速高、风场稳、紊流度低,风场持时长等条件。符合上述特征的场地在受季风、地方性的海陆风影响明显的区域并不难寻。试验装置包括刚性模型1、第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、刚性支架4、第一弹簧护筒5、转盘6、刚性立柱7、电机8、第二轻质高强细绳9、第二线性拉伸弹簧10、重力块11、第二弹簧护筒12、刚性细圆杆13和第三轻质高强长细绳14。刚性模型1通过第一轻质高强细绳2与第一线性拉伸弹簧3下端连接,第一线性拉伸弹簧3上端悬挂在刚性支架4上;第一线性拉伸弹簧3置于第一弹簧护筒5内,避免第一线性拉伸弹簧3承受风荷载作用;第一弹簧护筒5固定在刚性支架4上;刚性支架4固定于转盘6上部,转盘6固定在刚性立柱7顶部,固定在刚性立柱上的电机8驱动转盘6、进而带着刚性支架4及刚性模型1转动,从而调节刚性模型1的试验风向角。刚性模型1通过第二轻质高强细绳9与第二线性拉伸弹簧10上端连接,第二线性拉伸弹簧10下端连接在地面上可移动的重力块11上,重力块11位置随模型位置调整,保证第二线性拉伸弹簧10轴线竖直;第二线性拉伸弹簧10置于第二弹簧护筒12内,避免第二线性拉伸弹簧10承受风荷载作用;第二弹簧护筒12固定在重力块11上;刚性模型1两端设置刚性细圆杆13,其轴线通过模型扭转中心线,刚性细圆杆13通过第三轻质高强长细绳14限制刚性模型1的风致侧向振动,并能保证模型竖向和扭转振动基本不受约束。刚性模型1静止时,第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、第二轻质高强细绳9和第二线性拉伸弹簧10垂直共线;沿刚性模型1宽度方向,第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、第二轻质高强细绳9和第二线性拉伸弹簧10吊点间距均可调节,以调节刚性模型1的扭转和竖弯频率比;通过调节刚性模型1上下游吊点相对高度可以实现试验风攻角的变化。
所述的刚性模型1尺寸不受风洞条件限制,可在大比例、大振幅、不同风偏角条件下开展试验。出于经济性和安全性考虑,所述的刚性模型1长度一般在10~12m范围内,宽度在1.0~2.0m范围内,长宽比在5~12范围内,悬挂系统等效质量在500~2000kg范围内。
所述的刚性模型1尺寸不受风洞条件限制,在大比例、大振幅、不同风偏角条件下开展竖向和扭转耦合自由振动试验。
所述的第一线性拉伸弹簧3和第二线性拉伸弹簧10刚度根据刚性模型1的质量和竖弯频率确定,强度根据刚性模型1的质量、竖弯和扭转振幅确定,所述的第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、第二轻质高强细绳9和第二线性拉伸弹簧10吊点横向间距根据刚性模型1的扭转频率与竖弯频率的比值及悬挂系统的回转半径确定。在大幅自由振动过程中,第一轻质高强细绳2和第二轻质高强细绳9始终处于张紧状态,第一线性拉伸弹簧3和第二线性拉伸弹簧10始终处于线性弹性状态。在大幅自由振动过程中,第一轻质高强细绳2和第二轻质高强细绳9始终处于张紧状态,第一线性拉伸弹簧3和第二线性拉伸弹簧10始终处于线性弹性状态。
所述的刚性立柱7应有足够的高度、强度和刚度。出于经济性和安全性考虑,所述的刚性立柱7一般可以采用钢管混凝土制作,高度一般为15~20m,钢管外径一般为0.8~1.0m,钢管壁厚一般为8.0~10.0mm。若刚性立柱7外径太大,不仅会提高造价,且会增加钢管对流场的干扰效应;刚性立柱7外径太小则难以保证其强度和刚度,可能存在安全隐患。
本实用新型的有益效果:在良好的自然风场中开展桥梁主梁大比例刚性节段模型竖向和扭转耦合大振幅自由振动试验,具有如下优越性:(1)无需大型风洞设备,装置成本低;(2)相对风洞占地面积小,本装置占地不超过100平方米;(3)无需大功率设备,节省能耗;(4)模型比例相对风洞试验模型可以提高3倍,甚至更大;(5)可以放心实现大振幅耦合自由振动,减少安全隐患;(6)弹簧长度为风洞试验弹簧长度的5倍以上,大大减轻大幅振动时由弹簧倾斜导致的几何非线性问题;(7)可以解决大幅振动风洞试验中阻塞率过高的问题;(8)便于调节风偏角。
附图说明
图1是自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置的构造图。
图中:1刚性模型;2第一轻质高强细绳;3第一线性拉伸弹簧;4刚性支架;5第一弹簧护筒;6转盘;7刚性立柱;8电机;9第二轻质高强细绳;10第二线性拉伸弹簧;11重力块;12第二弹簧护筒;13刚性细圆杆;14第三轻质高强长细绳。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图,详细叙述本实用新型的具体实施方式:
如图1所示,自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,包括刚性模型1、第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、刚性支架4、第一弹簧护筒5、转盘6、刚性立柱7、电机8、第二轻质高强细绳9、第二线性拉伸弹簧10、重力块11、第二弹簧护筒12、刚性细圆杆13和第三轻质高强长细绳14。刚性模型1通过第一轻质高强细绳2与第一线性拉伸弹簧3下端连接,第一线性拉伸弹簧3上端悬挂在刚性支架4上;第一线性拉伸弹簧3置于第一弹簧护筒5内,避免第一线性拉伸弹簧3承受风荷载作用;第一弹簧护筒5固定在刚性支架4上;刚性支架4固定于转盘6上部,转盘6固定在刚性立柱7顶部,固定在刚性立柱上的电机8驱动转盘6、进而带着刚性支架4及刚性模型1转动,从而调节刚性模型1的试验风向角。刚性模型1通过第二轻质高强细绳9与第二线性拉伸弹簧10上端连接,第二线性拉伸弹簧10下端连接在地面上可移动的重力块11上,重力块11位置随模型位置调整,保证第二线性拉伸弹簧10轴线竖直;第二线性拉伸弹簧10置于第二弹簧护筒12内,避免第二线性拉伸弹簧10承受风荷载作用;第二弹簧护筒12固定在重力块11上;刚性模型1两端设置刚性细圆杆13,其轴线通过模型扭转中心线,刚性细圆杆13通过第三轻质高强长细绳14限制刚性模型1的风致侧向振动,并能保证模型竖向和扭转振动基本不受约束。刚性模型1静止时,第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、第二轻质高强细绳9和第二线性拉伸弹簧10垂直共线;沿刚性模型1宽度方向,第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、第二轻质高强细绳9和第二线性拉伸弹簧10吊点间距均可调节,以调节刚性模型1的扭转和竖弯频率比;通过调节刚性模型1上下游吊点相对高度可以实现试验风攻角的变化。

Claims (8)

1.一种自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,其特征在于,所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置包括刚性模型(1)、第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、刚性支架(4)、第一弹簧护筒(5)、转盘(6)、刚性立柱(7)、电机(8)、第二轻质高强细绳(9)、第二线性拉伸弹簧(10)、重力块(11)、第二弹簧护筒(12)、刚性细圆杆(13)和第三轻质高强长细绳(14);刚性模型(1)上表面通过多根第一轻质高强细绳(2)与第一线性拉伸弹簧(3)下端连接,第一线性拉伸弹簧(3)上端悬挂在刚性支架(4)上;第一线性拉伸弹簧(3)置于第一弹簧护筒(5)内,避免第一线性拉伸弹簧(3)承受风荷载作用;第一弹簧护筒(5)固定在刚性支架(4)上;刚性支架(4)固定于转盘(6)上表面,转盘(6)下表面固定在刚性立柱(7)顶部,通过固定在刚性立柱(7)上的电机(8)驱动,进而带着刚性支架(4)及刚性模型(1)转动,从而调节刚性模型(1)的试验风向角;刚性模型(1)下表面通过第二轻质高强细绳(9)与第二线性拉伸弹簧(10)上端连接,第二线性拉伸弹簧(10)下端连接在地面上可移动的重力块(11)上,重力块(11)位置随刚性模型(1)位置调整,保证第二线性拉伸弹簧(10)的轴线竖直;第二线性拉伸弹簧(10)置于第二弹簧护筒(12)内,避免第二线性拉伸弹簧(10)承受风荷载作用;第二弹簧护筒(12)固定在重力块(11)上;刚性模型(1)两端设置刚性细圆杆(13),其轴线通过刚性模型(1)扭转中心线,刚性细圆杆(13)通过第三轻质高强长细绳(14)限制刚性模型(1)的风致侧向振动,并能保证刚性模型(1)竖向和扭转振动基本不受约束;刚性模型(1)静止时,第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)竖直共线;沿刚性模型(1)宽度方向,第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点间距均可调节,以调节刚性模型(1)的扭转和竖弯频率比;通过调节刚性模型(1)上下游吊点相对高度实现试验风攻角的变化。
2.根据权利要求1所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,其特征在于,出于经济性和安全性考虑,所述的刚性模型(1)长度在10~12m范围内,宽度在1.0~2.0m范围内,长宽比在5~12范围内,悬挂系统等效质量在500~2000kg范围内。
3.根据权利要求1或2所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,其特征在于,所述的第一线性拉伸弹簧(3)和第二线性拉伸弹簧(10)刚度根据刚性模型(1)的质量和竖弯频率确定,强度根据刚性模型(1)的质量、竖弯和扭转振幅确定。
4.根据权利要求1或2所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,其特征在于,所述的第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点间距根据刚性模型(1)的扭转频率与竖弯频率的比值确定,所述的第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点横向间距根据刚性模型(1)的扭转频率与竖弯频率的比值及悬挂系统的回转半径确定。
5.根据权利要求3所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,其特征在于,所述的第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点间距根据刚性模型(1)的扭转频率与竖弯频率的比值确定,所述的第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点横向间距根据刚性模型(1)的扭转频率与竖弯频率的比值及悬挂系统的回转半径确定。
6.根据权利要求1、2或5所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,其特征在于,所述的刚性立柱(7)应有足够的高度、强度和刚度;出于经济性和安全性考虑,所述的刚性立柱(7)采用钢管混凝土制作,高度为15~20m,钢管外径为0.8~1.0m,钢管壁厚为8.0~10.0mm。
7.根据权利要求3所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,其特征在于,所述的刚性立柱(7)应有足够的高度、强度和刚度;出于经济性和安全性考虑,所述的刚性立柱(7)采用钢管混凝土制作,高度为15~20m,钢管外径为0.8~1.0m,钢管壁厚为8.0~10.0mm。
8.根据权利要求4所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置,其特征在于,所述的刚性立柱(7)应有足够的高度、强度和刚度;出于经济性和安全性考虑,所述的刚性立柱(7)采用钢管混凝土制作,高度为15~20m,钢管外径为0.8~1.0m,钢管壁厚为8.0~10.0mm。
CN201921003764.0U 2019-06-28 2019-06-28 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置 Withdrawn - After Issue CN209858168U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201921003764.0U CN209858168U (zh) 2019-06-28 2019-06-28 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201921003764.0U CN209858168U (zh) 2019-06-28 2019-06-28 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN209858168U true CN209858168U (zh) 2019-12-27

Family

ID=68942720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201921003764.0U Withdrawn - After Issue CN209858168U (zh) 2019-06-28 2019-06-28 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN209858168U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110207925A (zh) * 2019-06-28 2019-09-06 大连理工大学 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置
CN111238761A (zh) * 2020-02-06 2020-06-05 大连理工大学 扭转和竖弯振动频率比可调的耦合自由振动风洞试验装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110207925A (zh) * 2019-06-28 2019-09-06 大连理工大学 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置
CN110207925B (zh) * 2019-06-28 2023-12-29 大连理工大学 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置
CN111238761A (zh) * 2020-02-06 2020-06-05 大连理工大学 扭转和竖弯振动频率比可调的耦合自由振动风洞试验装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110207925B (zh) 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置
CN209858168U (zh) 自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置
CN108225715B (zh) 一种三自由度大振幅自由振动风洞试验装置
CN103175565A (zh) 一种高度与角度可自动调整的隧道衬砌检测支架
CN111238761B (zh) 扭转和竖弯振动频率比可调的耦合自由振动风洞试验装置
CN204694441U (zh) 内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置
CN104833474A (zh) 内支架式弹簧悬挂导线节段模型测振试验装置
CN205743235U (zh) 一种自立式测风塔
CN207793902U (zh) 基于plc的桥梁转体北斗定位系统
CN114215048A (zh) 一种大直径桩基础钢筋笼对中装置
CN206233122U (zh) 用于桥梁悬臂施工的随挂篮移动式塔吊
Xu et al. A new method for studying wind engineering of bridges: Large-scale aeroelastic model test in natural wind
US4972614A (en) Rotatable sign carrying device
CN109018418B (zh) 一种发射器的弹射轨道装置
CN214843874U (zh) 一种桥墩撞击试验装置
CN203376338U (zh) 一种测风塔用超声波风速仪支撑杆
CN209429019U (zh) 一种公路施工用易拆装稳固缓冲防护栏
CN211735071U (zh) 空心高墩翻模体系
Bosch et al. Wind tunnel experimental investigation on tapered cylinders for highway support structures
CN113063561A (zh) 一种保证节段模型二元流动特性的风洞内支架测试装置
CN112694016A (zh) 一种桥式起重机钢丝绳安装辅助装置及其使用方法
CN206158205U (zh) 一种用于大跨度钢桁架吊装的辅助装置
CN111879492A (zh) 自然风场中超长吊索气弹模型风致振动试验装置
CN101750252A (zh) 可用于混凝土块体面面对心碰撞试验的方法、系统及应用
CN212779285U (zh) 一种地铁联系测量钢丝悬挂装置

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
AV01 Patent right actively abandoned

Granted publication date: 20191227

Effective date of abandoning: 20231229

AV01 Patent right actively abandoned

Granted publication date: 20191227

Effective date of abandoning: 20231229

AV01 Patent right actively abandoned
AV01 Patent right actively abandoned