[发明专利]一种竖直扭转两自由度的节段模型风洞试验系统

说明书

本发明涉及一种竖直扭转两自由度的节段模型风洞试验系统，包括结构相同且对称设置于两端的两组悬挂支撑装置，每组悬挂支撑装置分别包括刚性支撑、风攻角调节板、支撑框架、竖直颤振测量组件和扭转颤振测量组件，刚性支撑立于地面，风攻角调节板安装于刚性支撑上，支撑框架通过竖直颤振测量组件安装于风攻角调节板上，能够沿竖直方向运动，扭转颤振测量组件安装于支撑框架上，且与节段试验模型连接，能够与节段试验模型共同做扭转运动，竖直颤振测量组件通过竖向弹簧提供节段试验模型竖直方向的刚度，扭转颤振测量组件通过横向弹簧提供节段试验模型扭转方向的刚度，与现有技术相比，本发明具有测量精度高、稳定可靠等优点。

技术领域

本发明涉及桥梁节段模型试验装置，尤其是涉及一种竖直扭转两自由度的节段模型风洞试验系统。

背景技术

在桥梁结构模型试验中，弹簧悬挂节段模型试验是研究桥梁风致振动性能的最常用和最经济的手段，也是桥梁颤振导数识别的一种重要风洞试验装置。

对于传统的弹簧悬挂构造，当节段模型初始攻角过大时，弹簧轴线会明显偏离桥面的法向，从而引起模型系统的刚度变化。此外，由于受风洞高度和弹簧长度的限制，弹簧的线弹性伸缩范围有限，模型的允许振动幅度往往较小。

然而，随着现代大跨度桥梁跨度的不断增加，尤其是跨度突破千米后，风荷载静力作用下的桥梁变形和主梁扭转角越来越显著，风致振动的幅值也越来越大，从而导致大跨度桥梁气动弹性效应的非线性也随之增强。在节段模型风洞试验中，当扭转振幅较大时，如果采用传统的弹簧悬挂节段模型，竖向拉伸弹簧会发生明显侧向倾斜，弹簧几何刚度呈非线性变化，尤其竖向拉伸弹簧提供的扭转刚度随振幅产生复杂的非线性特征，因此竖向扭转两自由度的自由振动系统的竖向和扭转刚度将不再保持常数，而是与振幅相关，同时据以往试验经验，传统竖向和扭转两自由度耦合自由振动装置大振幅下竖向拉伸弹簧会发生大幅舞动甚至脱落，致使根本无法模拟大扭转振幅的试验现象。其对后续试验结果将产生不可接受的方法误差，对大跨度桥梁的颤振和涡振性能的影响不容忽视。

此外，在实际的风洞试验中需要测试节段模型在不同风攻角下的振动情况，传统弹簧悬挂节段模型的初始风攻角虽然可调，但其可调范围较小，减弱了设备实现不同试验环境的能力。因此，要求采用节段模型试验研究大跨度桥梁非线性自激力数学模型及其参数识别时，必须要求刚度保持常数，并考虑大初始攻角和大振幅的情况。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种竖直扭转两自由度的节段模型风洞试验系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种竖直扭转两自由度的节段模型风洞试验系统，包括结构相同的两组悬挂支撑装置，所述的两组悬挂支撑装置分别与节段试验模型的两端连接，且相互对称设置，每组悬挂支撑装置分别包括刚性支撑、风攻角调节板、支撑框架、竖直颤振测量组件和扭转颤振测量组件，所述的刚性支撑立于地面，所述的风攻角调节板安装于刚性支撑上，所述的支撑框架通过竖直颤振测量组件安装于风攻角调节板上，能够沿竖直方向运动，所述的扭转颤振测量组件安装于支撑框架上，且与节段试验模型连接，能够与节段试验模型共同做扭转运动，所述的竖直颤振测量组件通过竖向弹簧提供节段试验模型竖直方向的刚度，所述的扭转颤振测量组件通过横向弹簧提供节段试验模型扭转方向的刚度。

进一步地，所述的竖直颤振测量组件包括导轨和竖向弹簧，所述的支撑框架上开设竖向滑槽，所述的导轨插设于竖向滑槽内，且顶端固定安装于风攻角调节板上，所述的支撑框架能且仅能沿导轨沿竖直方向运动，所述的竖向弹簧的一端与风攻角调节板固定连接，另一端与支撑框架固定连接。

进一步优选地，所述的竖向滑槽分别开设于支撑框架的两侧，所述的导轨设置两根，与支撑框架两侧的竖向滑槽对应设置，所述的竖向弹簧设置两根，分别设置于支撑框架的两侧。