本发明专利技术公开了一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，包括试验水槽、试验模型管体、锚泊系统和锚索连续倒塌装置，试验模型管体通过锚泊系统安装在试验水槽内，锚泊系统包括锚索和缆索拉紧器，缆索拉紧器安装在锚索上，缆索拉紧器用于调节锚索，锚索连续倒塌装置包括多个锚索破断触发装置，每个锚索破断触发装置安装在锚索上，锚索破断触发装置包括张力传感器和控制电路装置，张力传感器用于对锚索的张力进行监测，控制电路装置和张力传感器相连接，控制电路装置根据张力传感器测得的张力值对锚索进行破断。本发明专利技术通过多组张力传感器和控制电路装置，可以模拟锚索断缆及连续倒塌，分析锚索失效后的剩余系统动力响应。
【技术实现步骤摘要】
悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置
本专利技术涉及悬浮隧道
，特别是一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置。
技术介绍
悬浮隧道，也被称为“阿基米德桥”，是一种跨越长深水域的创新性交通结构物，悬浮隧道是由隧道管体、锚索、基础及两岸连接物等组成，其中，锚索主要是用于将隧道管体连接到海底，与锚基础共同构成锚泊系统，所有外载荷都由锚泊系统承担，可见锚索对于悬浮隧道的施工和运营起到了至关重要的作用。但由于悬浮隧道长期处于外海海洋环境中，锚索将会在波流荷载、地震、腐蚀、磨损或潜艇撞击等复杂因素下，出现锚索横截面损失，甚至会发生破断现象，即锚索失效。一旦锚索失效发生，隧道体系原有的平衡状态将会被打破，容易出现锚泊张紧松弛现象，严重威胁其正常的施工和运营。更值得强调的是，锚索失效后可能还会引起整个悬浮隧道连续性倒塌，即局部失效引起整体结构的破坏，这将会对整个隧道带来灾难性的后果，而且在复杂的外海深水环境下安全处置难度极大，面临着一系列科学、技术和工程问题。可见对悬浮隧道锚索失效及其连续倒塌的动力响应分析是不容忽视的，需要我们深入的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，包括试验水槽、试验模型管体、锚泊系统和锚索连续倒塌装置，所述试验模型管体通过所述锚泊系统安装在所述试验水槽内，所述锚泊系统包括锚索和缆索拉紧器，所述缆索拉紧器安装在所述锚索上，所述缆索拉紧器用于调节所述锚索，从而改变所述锚索的初始张拉应力，所述锚索连续倒塌装置包括多个锚索破断触发装置，每个所述锚索破断触发装置安装在所述锚索上，所述锚索破断触发装置包括张力传感器和控制电路装置，所述张力传感器用于对所述锚索的张力进行监测，所述控制电路装置和所述张力传感器相连接，所述控制电路装置用于根据所述张力传感器测得的张力值对所述锚索进行破断。现有的通过气压的增减来达到锚索断缆效果的试验装置，存在一定的时间延迟，不能实现力控和时控断缆，因此不能在试验中模拟悬浮隧道锚索发生瞬时破断后的动力响应。本专利技术所述的动力响应试验装置通过张力传感器实时监测数据，通过控制电路装置控制通断电，来实现锚索瞬时断缆效果，从而提高数据采集的真实性和准确性，可以在试验中模拟悬浮隧道锚索发生瞬时破断后的动力响应；且所述锚索破断触发装置结构简单，安装操作方便，锚索断缆触发条件可以自我调整，从而可以实现不同锚索张力的断裂试验，可以重复性使用，成本低。进一步的，通过设置多组张力传感器和控制电路装置，可以实现悬浮隧道连续倒塌效果，真实模拟和分析锚索连续失效后的剩余系统的瞬时动力响应，为悬浮隧道设计和建造提供了参考。进一步的，所述缆索拉紧器可以采用花篮螺丝。作为本专利技术的优选方案，所述控制电路装置包括安装在所述锚索上的失电型电磁铁和铁块，锚索的一端连接有失电型电磁铁，另一端连接有铁块，且所述失电型电磁铁连接有比较电路，所述比较电路包括电压比较器、继电器和电阻，所述比较电路通过所述电压比较器输出高低电平，控制所述继电器的开合，继而控制所述失电型电磁铁的磁性。在张力传感器数显仪表上可以观测其张力值，而且张力传感器外接一个控制电路装置，该装置先利用电压比较器的作用实现断电或通电，再通过继电器的作用实现失电型电磁铁有磁性或无磁性，从而铁块将与电磁铁吸附和分开作用，分开则表示锚索断开，即实现断缆的控制功能。锚索破断的触发条件为设定的锚索失效阈值张力，当张力没有达到设定值时，继电器无法开始工作，失电型电磁铁表现为有磁，失电型电磁铁与铁块吸在一起，锚索处于正常状态。当张力达到设定值时，继电器开始工作，失电型电磁铁表现为无磁，失电型电磁铁与铁块分离，从而控制断缆的发生。张力传感器采用电阻式应变式张力传感器，其由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到外界拉力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，电阻值会发生变化。通电型电磁在持续通电的情况下才能保持磁性，但持续通电会使通电型电磁铁发热，磁性会降低，而失电型电磁铁可以长时间保持磁性。作为本专利技术的优选方案，所述比较电路结构如下：记张力传感器电阻应变片电阻值为Rz，电阻值Rz随着外力大小改变而改变，其改变值的大小正比于所受张力的大小。当5V电压加在应变片电阻值Rz及电阻R1上时，在A点有一个电压VA，当锚索的张力增大时，则电阻片Rz的阻值下降，使VA上升。当锚索张力达到设定某一值时，这张力值即设定的阈值张力FTH。电阻R2与滑动电阻片电阻Rp组成分压器，调节Rp可以改变VB的电压，VB值为比较器设定的阈值电压，称为VTH。当锚索的张力一旦超过阈值张力FTH时，VA＞VTH，则比较器输出低电平，继电器K吸合，失电型电磁铁通电失去磁性，使失电型电磁铁与铁块分离，从而达到锚索破断的目的。作为本专利技术的优选方案，所述动力响应试验装置还包括有传感测量仪器，所述传感测量仪器包括陀螺仪和非接触式应变位移测量装置。所述陀螺仪安装在所述试验模型管体的重心位置，利用陀螺仪可以测量围绕轴的旋转角速度，并通过推导得到围绕轴的旋转角度，对试验模型管体重心位置处的空间姿态进行计算，从而可以计算出悬浮隧道试验模型的转动量。陀螺仪能够精确测量悬浮隧道重心的转动量，通过测量试验模型管体的角速度，从而判别试验模型管体的三个转动状态，即纵摇、横摇和首摇，陀螺仪具有体积小，结构简单，精度高等优点。虽然陀螺仪也能获取试验模型管体的加速度数据，利用其加速度进行二次积分也得到三个平动时域响应，但由于陀螺仪得到的加速度不够精确，且还需通过加速度二次积分才能得到平动时域响应，困难较大且精度不高，所以本专利技术采用非接触式应变位移测量装置获取试验模型管体的平动时域响应，即水平方向平动时域和竖直方向平动时域响应，不仅不用考虑传感器需做防水处理这一复杂的要求，安装操作方便，还能精确地利用计算机算法解算得到试验模型管体的平动时域响应，解决陀螺仪不能精确测量平动时域响应问题，最后在计算机上图形化显示响应结果，具有图像直观可见，测量精度高等优点，便于更好地理解和分析模型管体的性能。所述非接触式应变位移测量装置包括至少两台相机，以及设置在所述试验模型管体横截面上的多个靶点。靶点与试验模型管体横截面是协同运动，在测量过程中不发生任何的移动，从而试验模型管体的运动姿态与靶点的运动姿态保持一致，非接触式应变位移测量装置通过相机对靶点进行高速采样，并通过收集的图像相关点进行对比算法，计算出靶点表面的位移及应变分布。水槽壁可以采用透明玻璃，两台相机安装在水槽的一侧。作为本专利技术的优选方案，所述相机为高速相机，从而能实现高速采样，以高频率对样本进行捕捉。作为本专利技术的优选方案，所述非接触式应变位移测量装置还包括背景纸，所述背景纸粘贴在所述试验模型管体的横截面上，所述靶点布置在所述背景纸上。背景纸尽量为纯色纸，且背景纸的颜色尽量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，其特征在于，包括试验水槽、试验模型管体、锚泊系统和锚索连续倒塌装置，所述试验模型管体通过所述锚泊系统安装在所述试验水槽内，所述锚泊系统包括锚索和缆索拉紧器，所述缆索拉紧器安装在所述锚索上，所述缆索拉紧器用于调节所述锚索，所述锚索连续倒塌装置包括多个锚索破断触发装置，每个所述锚索破断触发装置安装在所述锚索上，所述锚索破断触发装置包括张力传感器和控制电路装置，所述张力传感器用于对所述锚索的张力进行监测，所述控制电路装置和所述张力传感器相连接，所述控制电路装置用于根据所述张力传感器测得的张力值对所述锚索进行破断。/n
【技术特征摘要】
1.一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，其特征在于，包括试验水槽、试验模型管体、锚泊系统和锚索连续倒塌装置，所述试验模型管体通过所述锚泊系统安装在所述试验水槽内，所述锚泊系统包括锚索和缆索拉紧器，所述缆索拉紧器安装在所述锚索上，所述缆索拉紧器用于调节所述锚索，所述锚索连续倒塌装置包括多个锚索破断触发装置，每个所述锚索破断触发装置安装在所述锚索上，所述锚索破断触发装置包括张力传感器和控制电路装置，所述张力传感器用于对所述锚索的张力进行监测，所述控制电路装置和所述张力传感器相连接，所述控制电路装置用于根据所述张力传感器测得的张力值对所述锚索进行破断。
2.根据权利要求1所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，其特征在于，所述控制电路装置包括安装在所述锚索上的失电型电磁铁和铁块，且所述失电型电磁铁连接有比较电路，所述比较电路包括电压比较器、继电器和电阻，所述比较电路通过所述电压比较器输出高低电平，控制所述继电器的开合，继而控制所述失电型电磁铁的磁性，使得所述铁块吸附或分开所述失电型电磁铁。
3.根据权利要求1所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，其特征在于，还包括有传感测量仪器，所述传感测量仪器包括陀螺仪和非接触式应变位移测量装置，所述陀螺仪安装在所述试验模型管体的重心位置，所述非接触式应变位移测量装置包括至少两台相机，以及设置在所述试验模型管体横截面上的多个靶点。
4.根据权利要求3所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，其特征在于，所述非接触式应变位移测量装置还包括背景纸，所述背景纸粘贴在所述试验模型管体的横截面上，所述靶点布置在所述背景纸上。
5.根据权利要求3所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，其特征在于，所述靶点的数量为3个，3个所述靶点非共线设置。
6.根据权利要求1所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置，其特征在于，所述锚泊系统还包括假底、滑轮和固...
【专利技术属性】
技术研发人员：巫志文，牟礼旺，阳帅，饶坤荣，韦思，孟祥章，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45
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