跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法技术

跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法：1）桥梁基础模型的制作；2）波浪要素的率定，根据设计波浪要素，按重力相似原则率定试验中的波浪要素；3）固定支架、桥梁基础模型及总力传感器的安装；4）正式实验前对水平向和垂向的总力系数进行标定；5）标定完成后开始正式的试验测量，同步采集水平向和垂向总力传感器试验数据；6）横桥向水平总力、顺桥向水平总力及垂向波浪总力的计算。本发明专利技术利用常规的单向总力传感器，通过在横桥向、顺桥向以及承台顶面布置一定数量的传感器测点，对试验数据的分方向处理，并合成，实现了桥墩+承台+群桩基础所受水平波浪总力和垂向波浪总力的同步测量。本发明专利技术具有成本低，操作方便、效率高的优点。

【技术实现步骤摘要】
跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法
本专利技术是一种实验室水动力测量技术，属于流体动力学试验领域。今天涉及一种跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法。
技术介绍
近年来，随着跨海桥梁建设飞速发展，跨海桥梁多采用桥墩+承台+群桩的基础形式。由于基础所受的波浪力是结构安全的控制荷载之一，故需要准确判断其大小。目前，在工程设计阶段，一般在试验室通过正态物理模型试验对缩放的基础模型所受的波浪力进行测量，再按一定的比例换算至原型，进而得到结构所受的波浪力。实验室中对跨海桥梁波浪力的测量方法中常用的有波压力测量方法和六分力天平测量法。波压力方法是一种间接测量方法，利用压力传感器测得结构物表面上的点压强，积分后得到总力。该方法需要沿结构物表面布置很多的测点，效率较低。六分力天平测量法是一种直接测量方法，是在应变式测力传感器的基础上应用电阻应变式原理，实现总力的测量。但这种测量方法需要的仪器设备一般较贵，且不适宜于桥墩+承台+群桩此类形式的桥梁基础波浪力的测量。为克服以上测量方式的缺点，研发一种跨海桥梁基础波浪力的简便测量方法是必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种跨海桥梁基础波浪力测量方法，此方法可方便实现桥梁基础所受水平和垂向波浪力的同步测量。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法，其特征在于，步骤如下：1)桥梁基础模型的制作，选择几何比尺，按几何相似制作模型；2)波浪要素的率定，根据设计波浪要素，按重力相似原则率定试验中的波浪要素；3)固定支架、桥梁基础模型以及总力传感器的安装；4)正式实验之前，需要对水平向和垂向的总力系数进行标定；5)标定完成后，开始正式的试验测量，同步采集水平向和垂向总力传感器试验数据；6)横桥向水平总力、顺桥向水平总力及垂向波浪总力的计算。其中，步骤1)中的待测跨海桥梁基础模型包括桥墩、承台和群桩，所述桥墩为一个单墩或双墩，下端设有承台，所述承台为一整体结构，底端设有若干单桩，所述群桩包括若干单桩，下端连接海底。步骤3)中总力传感器的布置方法是：对于波浪传播方向与横桥向交角为0°的情况，在承台背浪面上部区域布置1至2个总力传感器，在桩基背浪面中部区域附近布置1至2个总力传感器，总共布置的传感器数量不少于3个，用于测量水平向波浪总力；在承台顶面四个角区域附近布置4个总力传感器，用于测量垂向波浪总力。步骤3)中的各个总力传感器，都固定安装在固定支架(也称为“固定铁架”或“铁架”)上。换言之，本专利技术的方案是(参照附图)：采用常规的单向总力测量仪器，通过在不同方向合理布置测量点，实现对一种跨海桥梁基础水平波浪总力和垂向波浪总力的同步测量。其特征在于：所述跨海桥梁基础包括桥墩1、承台2和群桩3，所述桥墩1为一个单墩或双墩，下端设有承台2，所述承台2为一整体结构，底端设有若干单桩31，所述群桩3包括若干单桩31，下端连接海底。根据波浪传播方向与横桥向之间的交角不同，总力传感器测点分两种布置方案。在上述技术方案的基础上，对于波浪传播方向与横桥向交角为0°的情况，在承台背浪面上部区域布置1至2个总力传感器，在桩基背浪面中部区域附近布置1至2个总力传感器，总共布置的传感器数量不少于3个，用于测量水平向波浪总力；在承台顶面四个角区域附近布置4个总力传感器，用于测量垂向波浪总力。试验过程中，桥墩、承台和群桩作为一个整体，群桩结构不接触地面，并与地面之间保持5mm左右的缝隙，保证结构在波浪作用下除和总力传感器接触外不受其他外力作用。所有总力传感器用铁架和金属螺杆固定住。在固定钢架、模型以及总力传感器安装完成以后，并在正式实验之前，需要对水平向和垂向的总力系数进行标定。标定方法为：选用同类型的一块总力传感器作为标定传感器，把标定传感器靠在承台迎浪面，沿波浪传播方向推压标定传感器，推压时间大约10s。完成一次标定，水平总力系数表示为：上述测得的水平总力系数大致在0.9至1.1之间，若超出此范围，需要调节水平向总力传感器上的金属螺杆，直至满足要求。为保证总力系数的可靠性，总共标定三次，最终系数取三次标定的平均值。垂向总力系数的标定与水平总力系数标定方法基本一致，只是需要将标定传感器靠在承台底面中间位置附近，向上推压。同样标定三次，最终系数取三次标定的平均值。上述测得的垂向总力系数大致在0.9至1.1之间，若超出此范围，需要调节垂向总力传感器上的金属螺杆，直至满足要求。标定完成后，开始正式的试验测量。同步采集水平向和垂向总力传感器试验数据。水平向波浪总力为：垂向波浪总力为：在上述技术方案的基础上，对于波浪传播方向与横桥向交角为45°的情况，由于波浪与桥梁基础斜向作用，在横桥向和顺桥向均产生水平波浪力。故除须测量横桥向波浪力外，还须同时测量顺桥向波浪力，水平总力为横桥向水平力与顺桥向水平力的合力。横桥向水平力的测点布置与波浪传播方向与横桥向交角为0°时的水平力测点布置相同，顺桥向水平力测点布置参照横桥向水平力的测点布置，在侧面同样布置3至4个测点，测点高度与横桥向水平力的测点高度一致。垂向力测点布置与波浪沿横桥向传播时垂向力测点布置相同。水平总力系数标定方法与波浪传播方向与横桥向交角为0°时的标定方法基本一致。只是水平总力系数标定又细分为横桥向和顺桥向，横桥向和顺桥向的水平总力系数均需处于0.9至1.1之间。垂向总力系数的标定保持不变，变化范围同样处于0.9至1.1之间。分不同方向，分析同步测量数据，得到，垂向波浪总力的计算与波浪传播方向与横桥向交角为0°时的计算方法相同。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术基于常规的单向总力传感器，实现对跨海桥梁基础整体和各部分水平和垂向波浪力的同步测量，测量仪器为常规仪器，市场上较易买到，且价格相对便宜，总力传感器安装方便，试验数据处理简便，测量精度可以满足工程需求。附图说明图1为本专利技术实施例中跨海桥梁基础的结构示意图；图2为波浪传播方向与横桥向交角为0°时的波浪力测力点布置图；图3为波浪传播方向与横桥向交角为45°时的波浪力测力点布置图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。参见图1所示，本专利技术实施例提供一种跨海桥梁基础所受波浪力的计算方法，所述跨海桥梁基础包括桥墩1、承台2和桩基3，所述桥墩1为一个单墩或双墩，下端联结承台2，所述承台2为一整体结构，底端联结所有所述单桩31，所述群桩3包括若干单桩31，底端连接海床。图中，A表示横桥向，B表示顺桥向，C为固定支架，D为桥墩，E为承台，F为群桩，G为群桩底面，H为波浪方向。如图2所示，对于波浪沿横桥向传播的情况，在承台背浪面上部区域布置1个总力传感器(1#)，在桩基背浪面中部区域附近布置2个总力传感器(2#、3#)，共布置3个总力传感器，用于测量水平向波浪总力；在承台顶面四个角区域附近布置4个总力传感器(4#、5#、6#、7#)，用于测量垂向波浪总力。具体实验步骤如下：1)桥梁基础模型的制作，选择几何比尺，按几何相似制作模型；2)波浪要素的率定，根据设计波浪要素，按重力相似原则率定试验中的波浪要素；3)固定铁架、桥梁基础模型以及总力传感器的安装；桥墩、承台和群桩作为一个整体，群桩结构不接触地面，并与地面之间保持5mm左右的缝隙，保证结构在波浪作用下除和总力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法，其特征在于，步骤如下：1)桥梁基础模型的制作，选择几何比尺，按几何相似制作模型；2)波浪要素的率定，根据设计波浪要素，按重力相似原则率定试验中的波浪要素；3)固定支架、桥梁基础模型以及总力传感器的安装；4)正式实验之前，需要对水平向和垂向的总力系数进行标定；5)标定完成后，开始正式的试验测量，同步采集水平向和垂向总力传感器试验数据；6)横桥向水平总力、顺桥向水平总力及垂向波浪总力的计算。

【技术特征摘要】
2019.01.03 CN 20191000437581.一种跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法，其特征在于，步骤如下：1)桥梁基础模型的制作，选择几何比尺，按几何相似制作模型；2)波浪要素的率定，根据设计波浪要素，按重力相似原则率定试验中的波浪要素；3)固定支架、桥梁基础模型以及总力传感器的安装；4)正式实验之前，需要对水平向和垂向的总力系数进行标定；5)标定完成后，开始正式的试验测量，同步采集水平向和垂向总力传感器试验数据；6)横桥向水平总力、顺桥向水平总力及垂向波浪总力的计算。2.根据权利要求1所述的跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法，其特征在于，步骤1)中的待测跨海桥梁基础模型包括桥墩、承台和群桩，所述桥墩为一个单墩或双墩，下端设有承台，所述承台为一整体结构，底端设有若干单桩，所述群桩包括若干单桩，下端连接海底。3.根据权利要求1所述的跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法，其特征在于，步骤3)中总力传感器的布置方法是：对于波浪传播方向与横桥向交角为0°的情况，在承台背浪面上部区域布置1至2个总力传感器，在桩基背浪面中部区域附近布置1至2个总力传感器，总共布置的传感器数量不少于3个，用于测量水平向波浪总力；在承台顶面四个角区域附近布置4个总力传感器，用于测量垂向波浪总力。4.根据权利要求1所述的跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法，其特征在于，步骤3)中的各个总力传感器，都固定安装在固定支架上。5.根据权利要求1所述的跨海桥梁基础波浪力的实验室测量方法，其特征在于，步骤4)对水平向和垂向的总力系数进行标定的具...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清君，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32