CN212363607U - 风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置 - Google Patents

Abstract

一种风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，采用桥梁刚性节段模型的两个端面与风向及风洞侧壁平行；桥梁刚性节段模型通过第一轻质高强细绳与第一线性拉伸弹簧下端连接，第一线性拉伸弹簧上端通过强力吸盘固定在风洞顶板；桥梁刚性节段模型通过第二轻质高强细绳与第二线性拉伸弹簧上端连接，第二线性拉伸弹簧下端通过强力吸盘固定在风洞底板。本装置的优点：风偏角调整更为简便易行；无需制作专门支架；对风洞无损伤；取消模型端部横向吊臂及吊臂与模型之间的连接装置，既消除了吊臂对模型气动荷载的影响，又降低了模型制作难度；模型悬吊位置根据需要选取，降低了模型刚度要求和设计难度；装置总体造价更低，更为实用。

Description

风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置

技术领域

本实用新型涉及一种在风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，是一种可以方便地安装模型、调节风偏角的自由振动风洞试验装置，具体涉及到通过桥梁刚性节段模型、轻质高强细绳、线性拉伸弹簧和强力吸盘构成的测振系统，由于采用一种新的吊装方式，即采用强力吸盘可以非常方便地调整模型相对风向的姿态，以满足不同风偏角试验条件。相比于传统斜风内支架桥梁测振试验装置，本装置优势包括：风偏角调整更为简便；无需专门测振支架；不会对风洞造成任何损伤；无需端部横向吊臂及连接装置，既消除了气动干扰，模型制作也更为简单；模型悬吊位置不必局限在端部，两端可以有部分对称悬臂，减小了跨度，模型设计制作的刚度要求更低；装置总体造价更低，省时省力，更为实用。

背景技术

桥梁主梁刚性模型风洞试验是研究大跨桥梁抗风性能的重要手段，相比于全桥气弹模型风洞试验，节段模型试验具备较好的便利性和经济性，是研究桥梁风致振动(驰振、颤振、抖振、涡激振动)的一种重要方法。传统风洞试验研究主要基于正交风假定，即认为来流风向与桥轴线垂直时为最不利工况。然而，相关现场实测数据表明风向经常偏离桥轴线的法向，即风向并非与桥轴线垂直，并且大跨桥梁在设计时也会尽量规避主导风向。相关研究结果表明，斜风作用下的桥梁响应可能比同等风速的法向风作用下的响应更大。然而，目前桥梁斜风效应研究相对较少，试验研究方法及装置发展也较为滞后。

桥梁刚性模型弹簧悬挂测振系统分为内支架和外支架两种。由于风洞来流风向不变，对于外支架弹簧悬挂系统而言，若要满足斜风条件，则必须对风洞壁开孔，以实现弹簧悬挂系统倾斜放置，且不同倾斜角度，开孔的位置也不同。另外，弹簧吊点位置需要跟随倾斜角大小做相应调整，实施难度很大，所以这种方案一般仅用于常规正交风试验条件，而难以用于斜风试验条件。因此，斜风条件下的桥梁节段模型试验装置传统为内支架形式。其问题包括：风偏角调节费时费力，且一般难以实现连续调节；置于风洞内的支架会干扰流场；弹簧吊点局部构造通常采用焊接或栓接，必然对风洞造成一些破坏；连接模型与弹簧的吊臂局部构造复杂，且会影响模型的气动外形，造成试验误差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对风洞中在斜风条件下桥梁刚性节段模型测振试验需求，提供了一种可以方便地安装模型、调节风偏角、对风洞无任何损伤、且对流场干扰小的自由振动试验装置。该装置包括桥梁刚性节段模型、轻质高强细绳、线性拉伸弹簧和强力吸盘。

本实用新型的技术方案：

一种风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，包括桥梁刚性节段模型1、第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、强力吸盘4、第二轻质高强细绳5和第二线性拉伸弹簧6；桥梁刚性节段模型1的两个端面与风向及风洞侧壁平行，以尽量降低端部三维绕流效应；桥梁刚性节段模型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上端通过吸附在风洞顶板的强力吸盘4固定在风洞顶板；强力吸盘4的最大优势是价格低廉，拆装方便，可以根据需要随意快速调整位置，节省时间，且对风洞不会造成任何损伤；桥梁刚性节段模型1通过第二轻质高强细绳5与第二线性拉伸弹簧6上端连接，第二线性拉伸弹簧6下端通过吸附在风洞底板的强力吸盘4固定在风洞底板；第一轻质高强细绳2和第二轻质高强细绳5主要目的是用来方便第一线性拉伸弹簧3和第二线性拉伸弹簧6设计长度的选取，以调整桥梁刚性节段模型1与风洞顶板和底板之间距离；沿桥梁刚性节段模型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5和第二线性拉伸弹簧6吊点横向连线与桥梁纵轴线垂直，吊点水平间距方便调整，以调节振动系统的扭转和竖弯频率比；通过调整桥梁刚性节段模型1相对风洞的夹角，即调节强力吸盘4的吸附位置实现模型风偏角的变化。

所述的桥梁刚性节段模型1可以采用两种做法：一种是先做一个模型主体，然后根据不同风偏角做不同形式补偿端块，再将补偿端块固定到模型主体两端上，形成一个最终需要的模型。另一种是直接做一组适应不同风偏角的模型。

所述的桥梁刚性节段模型1在合适位置设置刚性骨架，刚性骨架上下表面预留轻质高强细绳2和5的吊点。横桥向吊点关于模型纵轴线对称，且模型上下吊点在水平面的投影到桥梁刚性节段模型1形心的距离相等。

所述的第一线性拉伸弹簧3和第二线性拉伸弹簧6的刚度根据桥梁刚性节段模型1的质量和竖弯频率决定。所述的弹簧横桥向吊点间距根据桥梁刚性节段模型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。

所述的强力吸盘4的吸附能力根据悬挂系统的自重及弹簧拉力确定，并保证足够安全。

所述的第一轻质高强细绳2和第二轻质高强细绳5可根据风洞高度和弹簧长度方便地调整模型离地高度。

所述的桥梁刚性节段模型1绕自身扭转轴线振动时，模型的两个端面并非与来流风向平行。因此，为减小端部三维绕流所引起的气动力对整个模型的气动力影响，所述的桥梁刚性节段模型1的长宽比建议不小于4。

本实用新型的有益效果：(1)强力吸盘拆装方便，风偏角调整更为简便，省时省力；(2)无需专门测振支架，不会对风洞造成任何损伤；(3)无需端部横向吊臂及连接装置，既消除了气动干扰，又降低了模型制作难度。(4)模型悬吊位置不必局限在端部，两端可以有部分对称悬臂，减小了跨度，对模型刚度要求更低，设计制作难度降低。(5)装置强力吸盘在市面上容易购买、价格低廉(几十元到一两百元即可满足要求)。

附图说明

图1是斜风条件下桥梁刚性节段模型风洞试验测振装置的构造图。

图2是斜风条件下桥梁刚性节段模型风洞试验测振装置的俯视图。

图3是斜风条件下桥梁刚性节段模型风洞试验测振装置的侧视图。

图中：1桥梁节段模型；2第一轻质高强细绳；3第一线性拉伸弹簧；4强力吸盘；5第二轻质高强细绳；6第二线性拉伸弹簧。

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、图2和图3所示，风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，包括桥梁刚性节段模型1、第一轻质高强细绳2、第一线性拉伸弹簧3、强力吸盘4、第二轻质高强细绳5和第二线性拉伸弹簧6；桥梁刚性节段模型1的两个端面与风向及风洞侧壁平行，以尽量降低端部三维绕流效应；桥梁刚性节段模型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上端通过吸附在风洞顶板的强力吸盘4固定在风洞顶板；强力吸盘4的最大优势是价格低廉，拆装方便，可以根据需要随意快速调整位置，节省时间，且对风洞不会造成任何损伤；桥梁刚性节段模型1通过第二轻质高强细绳5与第二线性拉伸弹簧6上端连接，第二线性拉伸弹簧6下端通过吸附在风洞底板的强力吸盘4固定在风洞底板；第一轻质高强细绳2和第二轻质高强细绳5长度根据第一线性拉伸弹簧3和第二线性拉伸弹簧6长度及桥梁刚性节段模型1的离地高度来调整确定；沿桥梁刚性节段模型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5和第二线性拉伸弹簧6吊点横向连线与桥梁纵轴线垂直，吊点水平间距方便调整，以调节振动系统的扭转和竖弯频率比；通过调整桥梁刚性节段模型1相对风洞的夹角，即调节强力吸盘4的吸附位置实现模型风偏角的变化。

Claims (10)

1.一种风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，该风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置包括桥梁刚性节段模型(1)、第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、强力吸盘(4)、第二轻质高强细绳(5)和第二线性拉伸弹簧(6)；桥梁刚性节段模型(1)的两个端面与风向及风洞侧壁平行，以尽量降低端部三维绕流效应；桥梁刚性节段模型(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)上端通过吸附在风洞顶板的强力吸盘(4)固定在风洞顶板；桥梁刚性节段模型(1)通过第二轻质高强细绳(5)与第二线性拉伸弹簧(6)上端连接，第二线性拉伸弹簧(6)下端通过吸附在风洞底板的强力吸盘(4)固定在风洞底板；第一轻质高强细绳(2)和第二轻质高强细绳(5)主要目的是用来方便第一线性拉伸弹簧(3)和第二线性拉伸弹簧(6)设计长度的选取，以调整桥梁刚性节段模型(1)与风洞顶板和底板之间距离；沿桥梁刚性节段模型(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(5)和第二线性拉伸弹簧(6)吊点横向连线与桥梁纵轴线垂直，吊点水平间距方便调整，以调节振动系统的扭转和竖弯频率比；通过调整桥梁刚性节段模型(1)相对风洞的夹角，即调节强力吸盘(4)的吸附位置实现模型风偏角的变化。

2.根据权利要求1所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，所述的桥梁刚性节段模型(1)设置有刚性骨架，刚性骨架上下表面预留轻质高强细绳的吊点；横桥向吊点关于桥梁刚性节段模型(1)纵轴线对称，且桥梁刚性节段模型(1)上下吊点在水平面的投影到桥梁刚性节段模型(1)形心的距离相等。

3.根据权利要求1或2所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，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(6)的刚度根据桥梁刚性节段模型(1)的质量和竖弯频率决定；所述的弹簧横桥向吊点间距根据桥梁刚性节段模型(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。

4.根据权利要求1或2所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，所述的第一轻质高强细绳(2)和第二轻质高强细绳(5)根据风洞高度和弹簧长度方便地调整模型离地高度。

5.根据权利要求3所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，所述的第一轻质高强细绳(2)和第二轻质高强细绳(5)根据风洞高度和弹簧长度方便地调整模型离地高度。

6.根据权利要求1、2或5所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，所述的强力吸盘(4)的吸附能力根据悬挂系统的自重及弹簧拉力确定，并保证足够安全。

7.根据权利要求3所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，所述的强力吸盘(4)的吸附能力根据悬挂系统的自重及弹簧拉力确定，并保证足够安全。

8.根据权利要求4所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，所述的强力吸盘(4)的吸附能力根据悬挂系统的自重及弹簧拉力确定，并保证足够安全。

9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，所述的梁刚性节段模型(1)的长宽比不小于4。

10.根据权利要求6所述的风洞中模拟斜风试验条件的桥梁刚性节段模型测振装置，其特征在于，所述的梁刚性节段模型(1)的长宽比不小于4。

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