[发明专利]大跨连续钢箱梁桥超大比例气弹模型自然风场涡振试验装置

说明书

本发明提供了一种大跨连续钢箱梁桥超大比例气弹模型自然风场涡振试验装置，包括起固定支撑作用的桥墩、模拟主梁边界条件的支座、模拟箱梁刚度的芯梁和模拟气动外形的外衣。装置主要部件可以多次重复利用，并可方便调整多种参数，以适应不同桥梁工程的模拟需求。相比于风洞试验方法，基于该试验装置可以使得试验模型不受风洞尺寸限制，模型缩尺比例可以数倍于大型风洞试验模型，可以提高模型刚度、频率比、风速比，大幅提高雷诺数，试验精度也得以提高；而且无需占用大型风洞试验设备，也可节省大量能耗。相比于实桥现场试验，本装置方便改变桥梁模型参数，可以多次重复利用，因此更便于开展全面系统的涡振研究，试验难度和成本大幅降低。

技术领域

本发明属于桥梁抗风设计中连续钢箱梁桥涡振试验研究技术领域，涉及大跨连续钢箱梁桥超大比例气弹模型自然风场中涡振研究的一种试验装置。

背景技术

大跨连续钢箱梁桥具有跨越能力强、结构刚度大、抗震性能好、施工方便、高速行车平顺等优点备受桥梁设计者青睐，在世界各地已经建造大量大跨连续钢箱梁桥，将来还将建造更多、更大跨度的连续钢箱梁桥。大跨连续钢箱梁桥由于断面较钝、质量较轻、阻尼较小、频率较低，实桥发生大幅竖弯涡振案例不乏枚举，例如俄罗斯伏尔加河桥、日本东京湾桥和中国崇启桥等均发生过大幅竖向涡振。幸运的是，至今未发现有大跨连续钢箱梁桥扭转涡振的相关报道，因此可以暂且对其不予关注。

大跨连续钢箱梁桥涡振尽管不会导致结构灾难性的破坏，但会影响行车舒适性和安全性，引发构件疲劳损伤甚至破坏，且会造成广泛的不良社会影响。因此，大跨连续钢箱梁桥涡振需要严格控制。对于大跨连续钢箱梁桥涡振研究，以往主要包括两种方法：气弹模型风洞试验和实桥现场监测。风洞试验优点包括：(1)风场参数(如风速、风向、风攻角、紊流度等)可控，可以根据需要设定；(2)风洞试验在室内进行，一般不受大气环境(如季节、昼夜、风雨、气温等)变化的影响；(3)模型和测试仪器的安装、操作、使用比较方便，可以连续试验。缺点包括：(1)风洞试验模型较小(比例1:100-1:50)，雷诺数效应明显；(2)需要专门大型风洞实验室，且有较高的能耗；(3)风洞难以模拟复杂的自然风场特性。实桥现场监测优点包括：(1)通过现场布设风速仪、加速度等传感器，可获取桥梁结构在实际来流条件下的涡振，属于一手真实资料；(2)不受相似准则限制，细部构造、几何非线性和材料非线性等均为真实体现；(3)结合桥梁健康监测系统可对桥梁风致响应进行长期监测。缺点包括：(1)实桥传感器布置存在诸多问题，难度大、投入高、维护成本高；(2)桥梁涡振发生频次有限，实测数据少，难以获得大量有研究价值的实测数据资料；(3)桥梁一旦建成，很难调整系统参数(气动外形、模态参数、边界条件等参数)，研究效率低。