一种悬浮隧道物理模型试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种悬浮隧道物理模型试验装置，包括水池以及物理模型，所述物理模型通过弹性件与浮筒/水池/固定块/底座/悬挂支架相连接，所述弹性件的刚度为悬浮隧道原型的整体/某一节段的真实刚度k

A physical model test device for suspended tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种悬浮隧道物理模型试验装置
本技术涉及悬浮隧道
，特别涉及一种悬浮隧道物理模型试验装置。
技术介绍
水中或海中悬浮隧道，又称阿基米德桥，是一种潜浮于水面下一定深度、利用其自身浮力为支撑，通过锚索、桩柱等固定的一种新型跨水域交通方案。对于水域跨度很大或地质不稳定以至于不宜建造桥梁和水底隧道的地区，或有环境保护要求地区，采用阿基米德桥是跨越水域交通连接的优选方案。目前世界上仍然没有一座建成的水中或海中悬浮隧道。对于这种新型的交通结构来说，进行针对性的模型试验，通过对研究悬浮隧道的结构动力特性、验证结构安全性是十分重要的，能够为后续悬浮隧道提供可靠的设计与建造依据。当前有关悬浮隧道的物理模型试验一般都没有考虑试验节段的真实刚度，而是简单地通过固定式或锚拉式进行模拟，这样试验得到的结果往往没有覆盖工程实际刚度以及自振频率，固定式物模试验得到的刚度值往往比实际刚度大，锚拉式物模试验得到的刚度值往往比实际刚度小。虽然整体式模型可以考虑结构刚度和质量，但是模型工况有限，也不能覆盖所有的设计工况。物理模型的刚度作为悬浮隧道物模试验的基本输入，刚度的不准确性会对模拟结果的准确性造成极大的影响，因此有必要研究一种可以反映悬浮隧道真实刚度的物理模型试验装置及试验方法。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种悬浮隧道物理模型试验装置及试验方法。为了实现上述专利技术目的，本技术提供了以下技术方案：一种悬浮隧道物理模型试验方法，包括以下步骤：步骤一：计算悬浮隧道原型的整体/某一节段的真实刚度k0；步骤二：根据相似准则，将所述真实刚度k0按照比尺换算成物理模型的模型刚度k1，并通过弹性件来对模型刚度k1进行模拟；步骤三：将所述物理模型放置至水池中进行试验。本技术首先通过理论计算得到悬浮隧道原型的真实刚度k0，并按照真实刚度值和相似准则，对物理模型的模型刚度k1进行配置，使得模型刚度k1能反映原型真实刚度k0，再将能反映真实刚度k0的模型刚度k1作为输入量进行物模试验，从而保证了各种物模试验的试验结果的准确性。优选的，所述步骤一中，真实刚度k0的计算方法包括刚度定义法，可以根据悬浮隧道在某一自由度方向所受的力以及发生的位移得到该悬浮隧道的刚度值k0，刚度等于发生单位位移时对应的力：其中，k0-真实刚度；F-在某一自由度方向所受的力；δ-在某一自由度方向发生的位移。优选的，所述步骤一中，真实刚度k0的计算方法包括等效固有振频法，可以根据悬浮隧道在空气中或者在水中的第n阶固有频率，以及重量计算得到该悬浮隧道的刚度值k0：其中，k0-真实刚度；m-重量；T-在空气中或者在水中的第N阶固有频率，N＝1～99。优选的，所述步骤二中，所述相似准则包括柯西相似准则、重力相似准则和应变相似准则。优选的，所述步骤二中，所述弹性件为弹簧，或缆索上串联弹簧。锚索的作用是让水深真实，弹簧的作用是让刚度真实，两者的结合，可以让物理模型反应真实情况。优选的，所述步骤二中，所述弹簧包括水平弹簧、竖向弹簧和斜向弹簧，从而能真实模拟悬浮隧道各个方向的刚度。优选的，所述步骤二中，所述弹簧还包括扭转弹簧，通过扭转弹簧可以直接模拟扭转刚度。优选的，所述步骤一中，将所述真实刚度k0按照比尺换算成物理模型的模型刚度k1时，首先确定物模模型在水平和竖向的刚度，再确定物理模型的扭转刚度。首先，按照比尺，计算得到物理模型的模型刚度k1，水平弹簧、竖向弹簧就按照模型刚度k1来配置。如果水平弹簧、竖向弹簧兼用作提供扭转刚度，根据原型扭转刚度缩比尺计算物理模型的扭转刚度，并用物理模型所需的扭转刚度分别除以每个弹簧的刚度，得到力臂，再将弹簧按照力臂距离进行设置。如此，水平弹簧、竖向弹簧就可以同时兼顾水平刚度、竖向刚度和扭转刚度的模拟。另外一个办法就是直接设置扭转弹簧。优选的，所述步骤三中的试验包括静水衰减试验、波浪试验和涡激振动试验，不限于上述三种，凡是与悬浮隧道相关的物理模拟试验均适用本技术的试验装置与试验方法。本技术还公开了一种悬浮隧道物理模型试验装置，包括所述的水池以及物理模型，所述物理模型通过弹性件与浮筒/水池/固定块/底座/悬挂支架相连接，所述弹性件的刚度为真实刚度k0按照相似准则换算得到的模型刚度k1。其中，所述浮筒漂浮在水池水面上，所述固定块固定在水池壁上，所述底座放置在水池池底，所述悬挂支架固定在水池水面上方。本技术物理模型的模型刚度k1按照真实刚度k0进行配置，使得模型刚度k1能反映真实刚度k0，再将能反映真实刚度k0的模型刚度k1作为输入量进行物模试验，从而保证了各种物模试验的试验结果的准确性；且本技术所述试验装置结构简单，通过调节弹性件的弹性模量能快速调整模型刚度，能快速、有效的还原悬浮隧道的真实刚度。优选的，所述弹性件为弹簧，或缆索上串联弹簧，所述弹簧包括水平弹簧、竖向弹簧和斜向弹簧。锚索的作用是让水深真实，弹簧的作用是让刚度真实，两者的结合，可以让物理模型反应真实情况。优选的，所述弹簧还包括扭转弹簧，通过扭转弹簧可以直接模拟扭转刚度。优选的，所述弹性件上设有质量块，通过质量块可以使得弹性件的质量更加真实。优选的，所述弹性件上设有测力计和拉力调节器。与现有技术相比，本技术的有益效果：本技术首先通过理论计算得到悬浮隧道原型的真实刚度k0，并按照真实刚度值和相似准则，对物理模型的模型刚度k1进行配置，使得模型刚度k1能反映原型真实刚度k0，再将能反映真实刚度k0的模型刚度k1作为输入量进行物模试验，从而保证了各种物模试验的试验结果的准确性。本技术所述试验装置结构简单，通过调节弹性件的弹性模量能快速调整模型刚度，能快速、有效的还原悬浮隧道原型的真实刚度。附图说明：图1是本技术所述的一种悬浮隧道物理模型试验方法的流程示意图。图2是本技术所述的悬浮隧道的截面图一。图3是本技术所述的悬浮隧道的截面图二。图4是本技术所述的悬浮隧道的截面图三。图5是本技术所述的悬浮隧道的截面图四。图6是本技术所述的悬浮隧道的截面图五。图7是本技术所述的悬浮隧道的截面图六。图8是本技术所述的悬浮隧道的截面图七。图9是本技术所述的悬浮隧道的截面图八。图10是本技术所述的悬浮隧道的截面图九。图11是本技术所述的悬浮隧道的截面图十。图12是本技术所述弹簧的布置图一(正视图)。图13是本技术所述弹簧的布置图二(正视图)。图14是本技术所述弹簧的布置图三(正视图)。图15是本技术所述弹簧的布置图四(正视图)。图16是本技术所述弹簧的布置图五(俯视图)。图17是本技术所述弹簧的布置图六(俯视图)。图18是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬浮隧道物理模型试验装置，其特征在于，包括水池以及物理模型，所述物理模型通过弹性件与浮筒/水池/固定块/底座/悬挂支架相连接，所述弹性件的刚度为悬浮隧道原型的整体/某一节段的真实刚度k

【技术特征摘要】
1.一种悬浮隧道物理模型试验装置，其特征在于，包括水池以及物理模型，所述物理模型通过弹性件与浮筒/水池/固定块/底座/悬挂支架相连接，所述弹性件的刚度为悬浮隧道原型的整体/某一节段的真实刚度k0按照相似准则换算得到的模型刚度k1。


2.根据权利要求1所述的一种悬浮隧道物理模型试验装置，其特征在于，所述真实刚度k0的计算方法包括刚度定义法：



其中，k0-真实刚度；F-在某一自由度方向所受的力；δ-在某一自由度方向发生的位移。


3.根据权利要求1所述的一种悬浮隧道物理模型试验装置，其特征在于，所述真实刚度k0的计算方法包括等效固有振频法：



其中，k0-真实刚度；m-重量T-在空气中或者在水中的第N阶固有频率，N＝1～99。


4.根据权利要求1所述的一种悬浮隧道物理模型试验装置，其特征在于，所述相似准则包括柯西相似准则、重力相似准则...

【专利技术属性】
技术研发人员：林巍，刘凌锋，刘孟源，刘晓东，尹海卿，陈雪雪，
申请(专利权)人：中交公路规划设计院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11