CN210108669U - 桥梁撞击试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及桥梁撞击试验装置，具有模拟桥墩的剪力墙,剪力墙内设有若干个测试性能指标的传感器,剪力墙的正前方设有模拟车船移动的撞击车,撞击车通过缆绳连接有作下落运动而牵引撞击车移动撞击至剪力墙上的落锤,落锤的下落高度小于撞击车移动起点至剪力墙之间的水平距离；本实用新型通过一定质量的落锤的自由落体运动，采用滑轮改变拉力方向，拉动撞击车水平方向运动，达到所需速度后对试样进行撞击试验，从而较好地模拟了车船实际撞击桥墩状况，获取了理想的试验指标，为提高和改进桥梁质量性能提供了可靠的技术依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种桥梁撞击试验装置。
背景技术
资料表明，目前有记载的船撞桥结构试验数量较少，且具有很大的局限性, 主要体现在两个方面。一是由于桥和船的尺寸巨大，足尺试验操作性差、费用高且不具有普遍适用性。美国陆军工兵部队(USACE)先后开展了数次驳船撞击水上建筑的足尺试验。Patev(2003a)报道了一组在Pittsburgh的Allegheny闸墙与2号坝进行的全尺寸驳船撞击试验；同年，Patev(2003b)与Arroyo(2003) 又报道了在West Virginia Gallipolis Ferry附近Robert C.Byrd闸墙及大坝进行的另一组足尺试验。试验中驳船速度较低(0.15～1.25m/s),并考虑了不同的碰撞角度(0～20°)。虽然导致的撞深较小，但为全尺寸下驳船撞击桥墩的力学特性提供了有力的佐证。Consolazio(2005)设计了一系列足尺试验量测中度驳船变形下的碰撞力。试验在Florida的St.George Island±一座退役的桥梁上开展，但由于环境限制，并不能做到使桥墩破坏的工况。USACE的Ebeing 和Mrren(2009)利用静动法试验设备开展了足尺了驳船队撞击试验。Yangetal. (2015)则采用实船对带有SWRC防撞设施的桥墩进行了12次不同载重(25～400t) 和速度(2.3～3.5m/s)的撞击试验，并考虑了不同撞击角度。试验结果表明防撞设施是有效的，但这种试验方法并不具有普适性，且由于试验场地的限制，所测得的数据十分有限，并容易受水流、风速和天气等的影响。
二是采用缩尺的模型试验时，模型与原型之间的相似关系较难满足，为减小模型尺寸，往往采用“小质量、大速度撞击”的研究思路模拟实际船撞桥的情况。1947年至1976年，德国的Woisin进行了一系列高能动态船舶模型试验，采用的结构模型比例为1:12与1:7.5。总共进行了24次试验，结果表明由于碰撞船赠部形状的不同造成了碰撞力的显著差异。Meier-Ddmberg(1983)对船撞桥进行了比例尺为145的动力模型试验，并与1:6的静力模型试验进行了对比。试验采用落锤的方式进行加载，观测到了单调的系统硬化现象。唐长刚(2010) 用几何缩比为100的模型实验模拟了满载排水量为1010t总长为49m的货船在水中以4～5m/s的速度，不同初始撞击角撞击桥墩的情况，并进行了分析。高家铺(2011)结合杭州湾大桥柔性防撞设施及东海大桥独立式防撞体设计方案，在实验室水箱中以小尺寸物理模型模拟了10000吨级(满载排水＞16000t)、150m 长的货船,以2.4m/s和5m/s的速度撞击防撞设施的情形。Sha和Hao(2013)开展了1:35比例尺的缩尺试验，利用摆锤撞击进行加载。并用试验数据验证了带裂缝工作的混凝土桥墩。Consolazio(2012,2014)利用FDOT摆锤加载系统进行了1：2.5的模型试验。试验中，驳船船头固定不动，用刚性摆锤撞击船头模拟实际驳船撞击桥墩的情形。
但是实际上，“大质量、小速度撞击”更接近实际情况。如何提供一种能较好地模拟实际船撞撞击桥状况而获取理想试验指标的桥梁撞击试验装置成为了本企业研发人员亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本实用新型提供一种能较好地模拟实际撞击状况而获取理想试验指标的桥梁撞击试验装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种桥梁正面撞击试验装置，具有模拟桥墩的剪力墙，剪力墙内设有若干个测试性能指标的传感器，所述的剪力墙的正前方设有模拟车船移动的撞击车，撞击车通过缆绳连接有作下落运动而牵引撞击车移动撞击至剪力墙上的落锤，所述落锤的下落高度小于撞击车移动起点至剪力墙之间的水平距离。
具体说，所述的剪力墙正面的地面上铺设有铁轨，撞击车滚动设在铁轨上，撞击车后方设有将撞击后的撞击车拉回原位的卷扬机。
进一步地，为方便整体布局，所述的落锤位于剪力墙后方，至少在落锤两侧分别安装有竖直的轨道，落锤与所述轨道滚动配合，轨道上端和轨道与剪力墙之间的地面上分别设有缠绕缆绳的滑轮，缆绳一端连接落锤，缆绳另一端在撞击时与撞击车上的挂钩连接。
为提高试验安全性，所述的落锤呈方形，落锤四周均安装有轨道，落锤通过设在其四周面上的滚轮与轨道滚动连接。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过一定质量的落锤的自由落体运动，采用滑轮改变拉力方向，拉动撞击车水平方向运动，达到所需速度后对试样进行撞击试验，从而较好地模拟了车船实际撞击状况，获取了理想的试验指标，为提高和改进桥梁质量提供了可靠的技术依据。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图。
图中：1.剪力墙 2.复合材料 3.传感器 4.撞击车 5.缆绳 6.落锤 7.导轨 8. 卷扬机 9.轨道 10.滑轮 11.滚轮 12.模拟船头。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
实施例1：
如图1所示的一种桥梁撞击试验装置，具有模拟桥墩的剪力墙1，待试验的复合材料2安装于剪力墙1正面，剪力墙1内设有若干个测试复合材料2性能指标的传感器3。
剪力墙1的正前方的地面上铺设有两条平行的导轨7,模拟车船移动的撞击车4滚动设在导轨7上，位于撞击车4后方设有将撞击后的撞击车4拉回原位的卷扬机8,卷扬机8与撞击车4之间通过脱钩器连接。
因此，剪力墙正面还可以安装有复合材料，既能获得撞击时的数据，又能用于检测复合材料的相关性能。
模拟车船移动的撞击车4前端设置有模拟船头12，通过模拟船头12撞击复合材料2能够得到更加准确的仿真数据。
位于剪力墙1后方设有方形的落锤6,落锤6四周均安装有竖直的轨道9,落锤6通过设在其四周面上的滚轮11与轨道9滚动连接。
其中落锤6包括主锤体，以及吊设在主锤体上的多个砝码；主锤体的质量为500Kg，单个砝码的质量为50Kg，落锤6的质量在500Kg～2000Kg，根据小车的质量在主锤体上添加相应数量的砝码。
轨道9上端和轨道9与剪力墙1之间的地面上分别设有缠绕缆绳5的滑轮 10,缆绳5—端连接落锤6,缆绳5另一端在撞击时与撞击车4上的挂钩连接。
在落锤6所在位置搭建有方形的钢结构架，四根竖直的轨道9分别安装于钢结构架内框四周，落锤6四周面的滚轮11与轨道9滚动配合，在钢结构架上设置一套提升机构，将落锤6提升至合适的高度，确保落锤6的下落高度小于撞击车4移动起点至剪力墙1之间的水平距离。
钢结构架的高度为30m，从而保证了落锤6的冲击高度为30m。
卷扬机8将撞击车4拉回至起点位置，缆绳5连接在撞击车4正面的挂钩上，通过脱钩器使撞击车4脱离卷扬机8的约束，然后提升机构松开落锤6,使得落锤6以一种近似自由落体的方式向下沿轨道9落下，落锤6的下落运动通过缆绳5拉动撞击车4在导轨7加速向剪力墙1方向移动，当撞击车4速度达到所需速度时，落锤6落到地面，缆绳5从撞击车4上掉落，拉力消失，由于落锤6的下落高度小于撞击车4移动起点至剪力墙1之间的水平距离，因此撞击车4在惯性作用下依然在导轨7上自由向剪力墙1正面前进，速度减慢，直至最后撞上剪力墙1正面的复合材料2上,并通过传感器3测得的碰撞力、变形曲线等验证原有的有限元模型,为进一步的研究提供强有力的试验依据和分析方法；其中撞击车4速度测量精度0.5级精度；双束激光测量，且激光测量感光元件不受户外光的影响；速度的测量使用三轴加速传感器，放置于撞击车4 的重心位置，实时测量撞击车4的加速度；
力的测量采用压电式力传感器，精度等级为0.5级，模拟船头12上装有力传感器，每次冲击的力值都可以完整的采集出来，力值传感器的固有频率为 200KHz：可以满足对墙体的水平撞击试验；可以满足对桥梁的水平撞击试验；
卷扬机8采用JM 16B型，且由三相五线/380V/10A的主机电源进行控制。
考虑到公路防撞的需要，本试验装置也可以实现1.5T小型汽车以60KM/s 的速度撞击，可进行公路防车撞设施的实尺检验和测试。
实施例2：
上述撞击车4总重1.6t,撞击车4到剪力墙1的距离L为30m，撞击车4四周用钢板围住，防止内部的铁矿砂溅出；缆绳5选用直径24mm型号6x37-24-170- Ⅰ-甲-镀-右交GB1102-74的钢丝绳；当撞击车4以16.7m/s的速度撞击剪力墙1时，假定小车与轨道摩擦系数μ＝0.1(忽略滑轮与钢丝绳的摩擦)；
V平均＝V0+V1/2＝8.35m/s
t＝L/V平均＝3.6s
a＝V1/t＝4.64m/s2
小车所需拉力T＝μm1g+m1a＝0.1x1600x10+1600x4.64＝9024N
∵m2g-T＝m2a∴m2＝T/g-a＝1684kg
落锤的质量为1.684t。
撞击车上安装有多个加速度测量使用的三轴加速传感器，实时测量撞击车的加速度；力的测量采用传感器3、传感器3是压电式力传感器，精度等级为 0.5级，并安装在剪力墙内，每次冲击的力值都可以完整的采集出来，力值传感器的固有频率200KHz。
实施例3：
上述撞击车4总重50t,撞击车4到剪力墙1的距离L为30m，撞击车4四周用钢板围住，防止内部的铁矿砂溅出；缆绳5选用直径24mm型号为
6x37-24-170-Ⅰ-甲-镀-右交GB1102-74的钢丝绳；当撞击车4以16.7m/s的速度撞击剪力墙1时，假定小车与轨道摩擦系数μ＝0.05(忽略滑轮与钢丝绳的摩擦)；
V平均＝V0+V1/2＝2.5m/s
t＝L/V平均＝12s
a＝V1/t＝0.42m/s2
小车所需拉力T＝μm1g+m1a＝0.05x50000x9.8+50000x0.42＝45500N
∵m2g-T＝m2a∴m2＝T/g-a＝4850kg
落锤的质量为4.85t。
撞击车上安装有多个加速度测量使用的三轴加速传感器，实时测量撞击车的加速度；力的测量采用传感器3、传感器3是压电式力传感器，精度等级为 0.5级，并安装在剪力墙内，每次冲击的力值都可以完整的采集出来，力值传感器的固有频率200KHz。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (4)
1.一种桥梁撞击试验装置，具有模拟桥墩的剪力墙(1),剪力墙(1)内设有若干个测试性能指标的传感器(3),其特征是：所述的剪力墙(1)的正前方设有模拟车船移动的撞击车(4),撞击车(4)通过缆绳(5)连接有作下落运动而牵引撞击车(4)移动撞击至所述剪力墙(1)上的落锤(6),所述落锤(6)的下落高度小于撞击车(4)移动起点至剪力墙(1)之间的水平距离。
2.如权利要求1所述的桥梁撞击试验装置，其特征是：所述的剪力墙(1)正面的地面上铺设有导轨(7),撞击车(4)滚动设在导轨(7)上，撞击车(4)后方设有将撞击后的撞击车(4)拉回原位的卷扬机(8)。
3.如权利要求2所述的桥梁撞击试验装置，其特征是：所述的落锤(6)位于剪力墙(1)后方，至少在落锤(6)两侧分别安装有竖直的轨道(9),落锤(6)与所述轨道(9)滚动配合，轨道(9)上端和轨道(9)与剪力墙(1)之间的地面上分别设有缠绕缆绳(5)的滑轮(10),缆绳(5)—端连接落锤(6),缆绳(5)另一端在撞击时与撞击车(4)上的挂钩连接。
4.如权利要求3所述的桥梁撞击试验装置，其特征是：所述的落锤(6)呈方形，落锤(6)四周均安装有轨道(9),落锤(6)通过设在其四周面上的滚轮(11)与轨道(9)滚动连接。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201921167819.1U CN210108669U (zh) | 2019-07-24 | 2019-07-24 | 桥梁撞击试验装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN210108669U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113390733A (zh) * | 2021-05-07 | 2021-09-14 | 河海大学 | 一种桥梁柱桩浸水段临界动载荷破坏实验装置及方法 |
| CN114354114A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-04-15 | 中国矿业大学 | 一种可拆卸多功能落锤冲击试验装置 |
| CN115839813A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-03-24 | 杭州国电机械设计研究院有限公司 | 升船机刚性梁防撞系统撞击试验方法及相关组件 |
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