桥梁抗风浪风洞试验模拟波浪装置及其模拟方法

摘要

本发明涉及一种桥梁试验装置及其模拟方法，具体为桥梁抗风浪风洞试验模拟波浪装置，包括发动机、套筒、多个振动单体和橡胶覆盖层；所述的发动机输出端与齿轮传动系统连接，所述的多个振动单体通过套筒与齿轮传动系统连接，所述的振动单体包括曲轴、两个连杆，所述的曲轴包括主轴颈和两个连杆轴颈，两个连杆下端分别铰接在两个连杆轴颈上；两个连杆的上端通过弹簧与橡胶覆盖层连接；曲轴的主轴颈通过支架支撑。本发明提供的桥梁抗风浪风洞试验模拟波浪装置，通过控制橡胶覆盖层移动和升降来模拟波浪运动，测得在波浪的影响下，桥梁等建筑物在风作用下的受力情况。

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种桥梁试验装置及其模拟方法，具体为桥梁抗风浪风洞 试验模拟波浪装置及其模拟方法。

背景技术

风对桥梁造成的危害是多种多样的，桥面风致振动会导致人失去安全感， 严重了甚至会中断交通。随着时间的积累，桥梁结构可能会提前疲劳破坏，最 严重是造成桥毁人亡的惨剧。现在的桥梁风工程主要研究各种桥梁在不同风场 条件下，桥梁结构静力效应与动力响应。然而，对于跨海跨河大跨度桥梁来 说，风对桥梁的影响不单纯是风对结构的作用力和结构本身在风作用下的动力 响应。由于其柔性较大，设计时需要考虑桥下风浪对风产生的影响作用。因为 在某些情况下，该影响作用会影响并改变桥梁周围风场特性，尤其是自然风场 在时间和空间上都是典型的随机过程，随时会出现一些突发情况。随着现代结 构安全系数的不断提高，人们安全意识的不断增强，在风浪较大甚至出现飓风 巨浪时，这个问题就会显得尤为重要。通过风洞模型试验来确定桥梁风荷载效 应和抗风性能是大跨度桥梁抗风研究的主要手段。但是迄今为止的试验中，都 没有考虑在较大风浪的情况下，波浪对风场的影响。当大风浪产生时，在一定 程度上会成为桥下风场的障碍物，这时候的桥梁周围风场特性与没有风浪的时 候相比，风对桥梁产生的作用是不同的，特别是大跨度、柔性桥梁，这种作用 更不容忽视。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种试验装置及其模拟方法，研究波浪运 动对桥梁风效应产生的影响。

具体的技术方案为：

桥梁抗风浪风洞试验模拟波浪装置，包括发动机、套筒、多个振动单体和 橡胶覆盖层；所述的发动机输出端与齿轮传动系统连接，所述的多个振动单体 通过套筒与齿轮传动系统连接，所述的振动单体包括曲轴、两个连杆，所述的 曲轴包括主轴颈和两个连杆轴颈，两个连杆下端分别铰接在两个连杆轴颈上； 两个连杆的上端通过弹簧与橡胶覆盖层连接；曲轴的主轴颈通过支架支撑。

水体波浪的波高即为曲轴的两个连杆轴颈之间竖直距离；水体波浪的半个 波长为两个连杆轴颈之间主轴颈长度；水体波浪的周期和传播速度通过齿轮传 动系统的传动比调节。由曲轴带动连杆上下运动，从而带动橡胶覆盖层产生波 动形成桥下模拟波浪，进行风洞试验。

本发明提供的桥梁抗风浪风洞试验模拟波浪装置及其模拟方法，通过控制 橡胶覆盖层水平移动和升降来模拟波浪运动，测得在波浪的影响下，桥梁等建 筑物在风作用下的静动力特性。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明及其实施方法进一步说明。

图1是本发明的一个装置的剖面图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1所示，桥梁抗风浪风洞试验模 拟波浪装置，包括发动机1、套筒5、多个振动单体和橡胶覆盖层8；所述的发动 机1输出端与齿轮传动系统4连接，所述的多个振动单体通过套筒5与齿轮传动系 统4连接，所述的振动单体包括曲轴13、两个连杆7，所述的曲轴13包括主轴颈 和两个连杆轴颈，两个连杆7下端分别铰接在两个连杆轴颈上；两个连杆7的上 端通过弹簧9与橡胶覆盖层8连接；曲轴13的主轴颈通过支架11支撑。

桥梁抗风浪风洞试验模拟波浪装置需要风洞的实验段长32m、宽3m、高 2m，风机驱动功率为160KW。

根据实际被测桥梁设计寿命年限，取其所在地区100年一遇最大风速、风玫 瑰图以及多年风速等基本信息，按照设计需要，取不超过最大风速的不同风速 值，并通过线性相关关系及相关经验得到每个风速值对应水体波浪的波速、周 期以及波高等相关数据。

取最大风速值进行试验，然后递减风速，直到某一风速不会对桥梁造成不 利影响。通过上述步骤确定的风速得到的对应波高来确定曲轴13的尺寸。水体 波浪的波高作为即为曲轴13的两个连杆轴颈之间竖直距离；水体波浪的半个波 长为两个连杆轴颈之间主轴颈长度；水体波浪的周期和传播速度通过齿轮传动 系统4的传动比调节。

连杆7的长度根据试验需要确定，主要是与桥梁的模型有关，目的是确保波 浪与桥梁之间的距离适宜。连杆7上端的弹簧9长度依据连杆7的长度来确定，为 连杆7长度的1/5即可。

采用桥梁主梁节段模型来进行试验，在风洞试验段地面上，顺风向根据波 浪影响区域将多个振动单体依次连接，横风向依据波浪宽度设置橡胶覆盖层，层 下并列布置多台波浪模拟波浪装置并同步运行。曲轴13旋转，连杆7上下运动， 带动上面橡胶覆盖层8形成波浪形状。待达到稳定可靠地模拟波浪运动后，进行 风洞试验，按照上述符合要求的风速值逐一进行试验，因为每个风速对应不同 的波高、波长、周期和波速，所以将会得到对应数据。将受波浪影响的风速逐 一进行试验，即可得到在波浪影响情况下，桥梁对不同风速的荷载响应，通过 对各组数据的分析比较即可得到波浪对风特性的影响进而对桥梁结构的影响， 然后根据设计要求对桥梁采取相应的安全防护措施。