CN216433087U - 一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置。包括试验管道、管道端部抱箍、管道锚固支架、管道中部抱箍、管道支承构件、支承构件锚固支架、拟失效的管道支承构件、支承构件失效触发装置和传感器测量装置。试验管道通过端部抱箍、支架固定，试验管道上安装管道支承构件。试验管道、支承构件上安装传感器。拟失效的管道支承构件，中部切割成可啮合的锯齿状。支承构件失效触发装置为气动机械爪，可抱紧锯齿部位，也可突然松开，模拟支承构件失效。本发明可实现水中悬浮隧道支承构件突然失效情况下的试验模拟与数据记录。
Description
技术领域
本实用新型属于土木工程技术领域，具体涉及一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置。
背景技术
随着我国经济、科学技术的不断发展，跨越我国三大海峡、连通大陆与部分海岛的需求更加迫切，这也是推进我国“海洋强国”战略的必经之路。悬浮隧道主要由：1)依靠浮力悬浮在水下30m左右的隧道管体；2)驳岸段构筑物；3)隧道管体的支承构件；4)海底锚固支承构件的深水基础，四部分组成。悬浮隧道这种新型结构，具有诸如跨越能力大、运营阶段不受恶劣气候影响、造价相对较低等独特优势，被认为是21世纪最具前瞻性的新型跨海交通结构形式。近些年来，国内外学者已经对悬浮隧道展开了广泛研究，但目前世界范围内悬浮隧道还未付诸实践，究其原因主要是公众对悬浮隧道的安全性仍存在疑虑。
悬浮隧道的支承构件一般为细长结构，抗弯刚度小，主要承受轴力(拉力或压力)，一方面起到平衡管体浮力、重力的作用，另一方面能够限制水下隧道管体在复杂水流环境中的过大振动。支承构件是悬浮隧道重要的承载构件，而悬浮隧道管体与支承构件的连接部位又被认为是整个结构中较为薄弱的区域，悬浮隧道支承构件在海水腐蚀、振动疲劳、甚至外部沉船、潜艇的冲击等作用下，有突然失效的风险。一旦局部支承构件突然失效，必然引起悬浮隧道整体的强烈振动及其余支承构件应力突然增大，都将严重威胁悬浮隧道的安全运营。
目前，有关悬浮隧道在支承构件突然失效时的动力响应研究还非常缺乏。因此，有必要基于缩尺模型，发明一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置，进行局部支承构件突然失效动力响应试验，不仅有助于掌握悬浮隧道的振动机理，验证相关悬浮隧道理论和数值模型的准确性，同时为今后的悬浮隧道工程实践积累经验。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置，为悬浮隧道在遭受支承构件突然失效这种偶然作用的动力响应和剩余结构内力重分布分析，提供一种有效的试验手段。
本实用新型用于模拟悬浮隧道管体支承构件的突然失效，并记录这一过程中悬浮隧道的动力响应数据，试验装置包括试验管道、管道端部抱箍、管道锚固支架、管道中部抱箍、管道支承构件、支承构件锚固支架、拟失效的支承构件、支承构件失效触发装置和传感器测量装置。
所述的试验管道为等截面的铝合金管体；
试验管道恰好穿过管道端部抱箍；试验管道锚固支架为三角形型钢支架，包括固定螺丝、水平平台和斜撑；固定螺丝把管道端部抱箍固定到水平平台上，水平平台和斜撑固定连接；
试验管道的中部，间隔一定距离安装管道中部抱箍；
所述的管道中部抱箍，包括两个相同的环形抱箍、管道中部抱箍固定螺丝和支承构件固定螺丝；将两个环形抱箍安装到试验管道中部，两个环形抱箍用螺丝连接并夹紧试验管道；
所述的管道支承构件为铝合金空心管，并在两端开孔便于螺栓连接；管道支承构件的一端通过支承构件固定螺丝与管道中部抱箍连接，另一端与支承构件锚固支架连接；
所述的支承构件锚固支架，包括两根L形梁和支承构件锚固支架固定螺丝，将管道支承构件夹在两根L形梁之间，用螺丝穿过并固定连接；
所述的拟失效的管道支承构件的材质，与试验管道支承构件相同，仅在构件中部断开，并切割成两个能够相互啮合的锯齿状形式；一端通过支承构件固定螺丝与管道中部抱箍连接，另一端通过支承构件锚固支架固定螺丝与两根L形梁连接；
所述的支承构件失效触发装置为气动机械爪，安装在拟失效的管道支承构件的锯齿状啮合部，当机械爪抱紧时，可以将拟失效的支承构件啮合起来，正常传递轴力；当机械爪松开时，拟失效的支承构件将在轴力作用下快速脱开；
所述的传感器测量装置包括位移传感器、应变传感器和加速度传感器，设置在试验管道上；
所述的传感器测量装置还包括拉压力传感器，设置在试验管道支承构件和拟失效的支承构件上；
本实用新型构造明确，便于安装，安全可靠。可实现不同试验工况(如：悬浮隧道支承构件的失效位置，支承构件的数量等)设置下，悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验模拟。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构立面示意图；
图2为图1中试验管道、管道端部抱箍和试验管道锚固支架的A-A 横断面图；
图3为图1中管道中部抱箍和管道支承构件的B-B横断面图；
图4为图1中C部分支承构件锚固支架的详图；
图5为图1中D部分拟失效的支承构件和支承构件失效触发装置的详图。
图中结构：试验管道1、管道端部抱箍2、管道锚固支架3、管道中部抱箍4、管道支承构件5、支承构件锚固支架6、拟失效的支承构件7、支承构件失效触发装置8。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施对本实用新型进行说明。
如图1所示，一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置，包括：试验管道1、管道端部抱箍2、管道锚固支架3、管道中部抱箍4、管道支承构件5、支承构件锚固支架6、拟失效的支承构件7、支承构件失效触发装置8和传感器测量装置。
试验管道1为等截面的铝合金管体。
如图1和图2所示，试验管道1恰好穿过管道端部抱箍2，端部抱箍夹紧试验管道。试验管道锚固支架3为三角形型钢支架，包括固定螺丝3-1、水平平台3-2和斜撑3-3；水平平台3-2和斜撑3-3固定连接，固定螺丝3-1把管道端部抱箍2固定到水平平台3-2上，从而经过管道端部抱箍2把试验管道1与试验管道锚固支架3连接、固定起来。
如图1和图3所示，管道上等间距安装三对管道中部环形抱箍4，每对抱箍4包括两个相同的环形抱箍4-1，两个环形抱箍4-1用螺丝4-2连接并夹紧试验管道1。传感器测量装置，包括位移传感器、应变传感器和加速度传感器，设置在铝合金试验管道1上。
如图1、图3和图4所示，管道支承构件5为铝合金空心管，并在两端开孔便于螺栓连接；管道支承构件5的一端通过支承构件固定螺丝4-3与管道中部抱箍4连接。
如图1和图4所示，支承构件锚固支架6包括两根L形梁6-1和支承构件锚固支架固定螺丝6-2，将管道支承构件5夹在两根L形梁6-1之间，用螺丝6-2 穿过并固定连接。这样，实现了管道支承构件5的一端与管道中部抱箍4连接，另一端与支承构件锚固支架6铰接，可承受沿空心管轴向的拉、压力。
如图1和图5所示，拟失效的管道支承构件7的材质，与其余试验管道支承构件5相同，仅在构件中部断开，并切割成两个能够相互啮合的锯齿状形式；同样，拟失效的管道支承构件7一端通过支承构件固定螺丝4-3与管道中部抱箍4连接，另一端通过支承构件锚固支架固定螺丝6-2与两根L形梁6-1连接。试验管道1上，共计安装五根管道支承构件5和一根拟失效的管道支承构件7。
如图1和图5所示，支承构件失效触发装置8为气动控制机械爪，外接压缩气源控制机械爪的夹紧或松开；当机械爪抱紧时，原本断开成两段的拟失效管道支承构件7，在机械爪环向压力作用下，锯齿状部分紧密贴合、合二为一，且能够承受一定的沿支承构件轴向的拉压力；拉压力传感器，设置在试验管道支承构件5和拟失效的支承构件7上。
将该悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置安装后，将铝合金管体1的开口封闭起来，置于水槽中。由于试验管道同时受到重力和水的浮力，重浮力之间存在不平衡，管道支承构件5和啮合起来的拟失效支承构件7将处于拉伸或压缩的状态，以平衡试验管道受到的重、浮力。
当机械爪在外接气源控制开关的控制下突然松开时，机械爪环向压力消失，原本啮合的拟失效的管道支承构件7在轴力作用下快速脱开，从而人为控制和模拟悬浮隧道支承构件的突然失效，即可实现悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验模拟。
通过改变拟失效的管道支承构件7的安装位置，可实现支承构件不同失效位置的试验模拟。
位移传感器、应变传感器和加速度传感器与计算机相连，实现支承构件突然失效后对试验管道1的位移、应变和加速度进行测量并记录；同时，拉压力传感器与计算机相连，实现拟失效的支承构件7轴力损失的记录，同时测量、记录其余管道支承构件5的轴力变化量。
Claims (5)
1.一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置，用于模拟悬浮隧道管体支承构件的突然失效，并记录这一过程中悬浮隧道的动力响应数据，包括试验管道(1)、管道端部抱箍(2)、管道锚固支架(3)、管道中部抱箍(4)、管道支承构件(5)、支承构件锚固支架(6)、拟失效的支承构件(7)、支承构件失效触发装置(8)和传感器测量装置；其特征在于：
所述的试验管道(1)为等截面的铝合金管体；
试验管道(1)穿过管道端部抱箍(2)；试验管道锚固支架(3)为三角形型钢支架，包括固定螺丝(3-1)、水平平台(3-2)和斜撑(3-3)；固定螺丝(3-1)把管道端部抱箍(2)固定到水平平台(3-2)上，水平平台(3-2)和斜撑(3-3)固定连接；
试验管道(1)的中部，间隔一定距离安装管道中部抱箍(4)；
所述的管道中部抱箍(4)，包括两个相同的环形抱箍(4-1)、管道中部抱箍固定螺丝(4-2)和支承构件固定螺丝(4-3)；将两个环形抱箍(4-1)安装到试验管道(1)中部，两个环形抱箍(4-1)用螺丝(4-2)连接并夹紧试验管道(1)；
所述的管道支承构件(5)为铝合金空心管，并在两端开孔便于螺栓连接；管道支承构件(5)的一端通过支承构件固定螺丝(4-3)与管道中部抱箍(4)连接，另一端与支承构件锚固支架(6)连接；
所述的支承构件锚固支架(6)，包括两根L形梁(6-1)和支承构件锚固支架固定螺丝(6-2)，将管道支承构件(5)夹在两根L形梁(6-1)之间，用螺丝(6-2)穿过并固定连接；
所述的拟失效的管道支承构件(7)的材质，与试验管道支承构件(5)相同，仅在构件中部断开，并切割成两个能够相互啮合的锯齿状形式；一端通过支承构件固定螺丝(4-3)与管道中部抱箍(4)连接，另一端通过支承构件锚固支架固定螺丝(6-2)与两根L形梁(6-1)连接；
所述的支承构件失效触发装置(8)为气动机械爪，安装在拟失效的管道支承构件(7)的锯齿状啮合部，当机械爪抱紧时，可以将拟失效的支承构件(7) 啮合起来，正常传递轴力；当机械爪松开时，拟失效的支承构件(7)将在轴力作用下快速脱开；
所述的传感器测量装置包括位移传感器、应变传感器和加速度传感器，设置在试验管道(1)上；
所述的传感器测量装置还包括拉压力传感器，设置在试验管道支承构件(5)和拟失效的支承构件(7)上。
2.如权利要求1所述的一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置，其特征在于：端部抱箍(2)为Ω形整体，试验管道(1)能够恰好穿过端部抱箍(2)的圆环，端部抱箍(2)的环形上设置有凸出板，便于用固定螺丝(3-1)连接到管道锚固支架水平平台(3-2)上。
3.如权利要求1所述的一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置，其特征在于：试验管道(1)上，等间距布置三对相同的环形抱箍(4-1)，进而安装五根管道支承构件(5)和一根拟失效的管道支承构件(7)。
4.如权利要求1所述的一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置，其特征在于：管道支承构件(5)为铝合金空心管，并在两端开孔，通过螺丝(4-2)和固定螺丝(6-2)分别两端固定到管道中部抱箍(4)和支承构件锚固支架(6)上；管道支承构件(5)的边界条件为铰接，承受沿空心管轴向的拉、压力。
5.如权利要求1所述的一种悬浮隧道支承构件突然失效作用下的动力响应试验装置，其特征在于：支承构件失效触发装置(8)为气动控制机械爪，外接压缩气源控制机械爪的夹紧或松开；当机械爪抱紧时，原本断开成两段的拟失效的管道支承构件(7)，在机械爪环向压力作用下，锯齿状部分紧密贴合、合二为一，且能够承受一定的沿支承构件轴向的拉压力；当机械爪突然松开时，机械爪环向压力消失，原本啮合的拟失效管道支承构件(7)快速脱开，从而人为控制和模拟悬浮隧道支承构件的突然失效。
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