【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁抖振荷载测量，具体为一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置及方法。
技术介绍
1、大跨度双层桥梁具有多通道、节省桥位资源的优点，已成为我国桥梁建造的新趋势，且正朝着更大跨径发展。在此背景下，其对风效应的敏感程度加剧，风致振动问题将更为突出。抖振是大气紊流风引起的随机强迫振动，主要引起构件局部疲劳，过大的抖振响应还会影响行人、行车的安全性，准确把握双层桥梁的抖振性能对于提升其抗风设计水平尤为重要。而抖振荷载及其空间分布特性是进行抖振响应分析的前提，也是影响计算精度的关键因素。
2、对于双层桥梁而言，其上、下层桥面大多采用板式体系(如正交异性钢桥面板、扁平钢箱梁)，两者之间通过桁架梁连接。因此，双层桥面主梁可视为上桥面系、下桥面系、桁架三组构件的组合。这种结构外形导致其抖振力空间分布十分特殊：(1)气流在上、下层桥面形成各自的绕流场，并在两层桥面之间的区域相互干扰；(2)桥面系、桁架的气动外形和尺寸不同，抖振力受紊流风空间不均匀分布的影响程度不同。上述两方面的因素使得双层桥面主梁整体及其三组构件的抖振荷载呈现出复杂且差异明显的三维空间分布特性。
3、然而，现有的抖振荷载测量试验装置及方法功能单一，适用范围窄。例如：节段模型测压试验方法难以准确得到作用于双层桥面主梁桁架系上的抖振力；常用的单天平测力试验方法仅能得到节段模型的整体一维抖振荷载，无法考虑抖振荷载的空间分布情况；而已有的双天平测力试验方法尽管可以考虑整体抖振荷载的空间分布特性，但却无法得到双层桥面主梁三组构件各自的抖振荷载。由此
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置及方法，具备不仅能够对双层桥梁节段模型各组合构件分别进行抖振力测量，还能在考虑紊流三维空间分布效应和层间气动干扰效应耦合作用下准确描述抖振力的空间分布特性，且可以根据测得的各组合构件在振动过程中的抖振力参数，通过该方法计算出两波数气动导纳函数，便于更加准确反映成桥梁各个节段的风致振动作用，使获得的实际由风荷载引起的气动力结果更加精确的优点，解决了上述技术问题。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，包括同步分离测力试验装置、测试梁段、补偿模型、翼形支杆、固定垫片、端板系统、试验台和翼形整流罩；
5、所述测试梁段包括上桥面板、桁架和下桥面板，所述上桥面板与下桥面板由桁架进行连接；
6、所述补偿模型包括相同的上桥面板、桁架和下桥面板，且与所述测试梁段连接，使测试梁段与补偿模型相互保持1mm间距的不接触状态，用于跨向补偿；
7、所述试验台包括刚性横梁、立板和旋转螺钉，所述翼形支杆上端连接所述补偿模型，下端通过所述固定垫片与所述试验台连接；
8、所述端板系统包括端板、竖向连接杆和底部垫片，所述底部垫片呈l型，所述底部垫片水平的一端连接在刚性横梁上并固定，竖直的一端其侧面与竖向连接杆连接，竖向连接杆上端连接到端板下端；
9、所述同步分离测力试验装置包括传力支杆、固定支杆、传力垫板、支杆固定垫板、天平固定垫板、法兰片和高频动态天平，所述传力支杆设置有4根，且分为外侧传力支杆和内侧传力支杆，对称地设置在所述测试梁段两侧，所述外侧传力支杆上端连接所述上桥面板，下端通过所述支杆固定垫板连接到所述传力垫板上，所述内侧传力支杆上端连接所述桁架，下端通过所述支杆固定垫板连接到所述传力垫板上，用于传递风洞试验时所述测试梁段的抖振荷载，所述天平固定垫板固定在所述高频动态天平下方，用于支撑和稳定所述高频动态天平；
10、所述翼形整流罩安装于高频动态天平和传力支杆表面。
11、优选的，所述高频动态天平共三个，分别为第一高频动态天平、第二高频动态天平和第三高频动态天平，所述第一高频动态天平测试下桥面板上的气动力参数，所述第二高频动态天平测试桁架上的气动力参数，所述第三高频动态天平测试上桥面板上的气动力参数，所述传力垫板共三块，所述高频动态天平上端中心位置分别连接三个所述传力垫板。
12、优选的，所述固定支杆设置有两组，每组四根，均通过天平固定垫板不接触地布置在所述高频动态天平的四周，所述最上方所述固定支杆下端固定在所述传力垫板上，上端与所述下桥面板相连接，其余所述固定支杆安装于天平固定垫板之间。
13、优选的，所述刚性横梁上设有滑槽，所述同步分离测力试验装置安装在所述滑槽上，可与所述滑槽滑动配合。
14、优选的，所述立板两侧设有旋转螺钉，所述旋转螺钉与所述刚性横梁栓接。
15、优选的，所述竖向连接杆与所述端板连接，所述竖向连接杆上安装有用于调整所述端板高度的滑动机构。
16、一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量方法，包括以下步骤：
17、步骤一、根据不同的来流特性，确定试验台的试验位置，搭设好试验台之后，依次连接好所有天平固定垫板、高频动态天平、固定支杆、传力支杆、测试梁段和补偿模型，为减小高频动态天平和支杆系统所受风荷载对试验结果的影响，在高频动态天平和传力支杆表面安装翼形整流罩；
18、步骤二、将高频动态天平安装于支架系统的刚性横梁上，通过传力支杆与上部的测试梁段相连接，测试梁段的两端补偿模型通过翼形支杆支撑于刚性横梁上，在水平和竖向方向与测试梁段保持一致，从而组合为完整的试验模型，补偿模型端部安装端板，以避免气动绕端部流动并模拟主流在模型表面的二维流动条件，此外，可通过调节试验台顶部滑槽板和侧面连接处旋转螺钉来旋转刚性横梁，以实现不同攻角的模拟；
19、步骤三、通过设置不同展长的测试梁段1和补偿模型2，使用翼形支杆4和固定垫片5对其进行连接和组合在试验台7上，通过改变两个测试梁段1的间距，并与相应的补偿模型2组合，可以得出两个节段在不同跨向间距δy下的抖振力参数；
20、步骤四、将测试梁段视为上桥面板、桁架和下桥面板共三部分构件的组合，为测试两个双层桥梁梁段共六部分构件的抖振力点谱及相干函数，采用两组六个高频动态天平通过传力装置对间距为δy的两个测试梁段共六部分构件进行同步采集，安装完成所有构件后，即可进行风洞试验；
21、步骤五、试验完成后，对试验数据进行处理以得到测试梁段上的三维抖振荷载。
22、优选的，所述步骤五中对试验数据进行处理以得到测试梁段上三维抖振荷载的方法如下：
23、a1、对于两个间距为δy、长度的测试梁段，通过两组六个高频动态天平进行测量直接得到两个模型的抖振升力时程l(t)、抖振阻力时程d(t)和抖振力时程m(t)；
24、a2、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：包括同步分离测力试验装置(3)、测试梁段(1)、补偿模型(2)、翼形支杆(4)、固定垫片(5)、端板系统(6)、试验台(7)和翼形整流罩(8)；
2.根据权利要求1所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述高频动态天平(36)共三个，分别为第一高频动态天平(361)、第二高频动态天平(362)和第三高频动态天平(363)，所述第一高频动态天平(361)测试下桥面板(13)上的气动力参数，所述第二高频动态天平(362)测试桁架(12)上的气动力参数，所述第三高频动态天平(363)测试上桥面板(11)上的气动力参数，所述传力垫板(33)共三块，所述高频动态天平(36)上端中心位置分别连接三个所述传力垫板(33)。
3.根据权利要求1所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述固定支杆(32)设置有两组，每组四根，均通过天平固定垫板(34)不接触地布置在所述高频动态天平(36)的四周，所述最上方所述固定支杆(32)下端固定在所述传力垫板(33)上，上端与所述
4.根据权利要求1所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述刚性横梁(71)上设有滑槽，所述同步分离测力试验装置(3)安装在所述滑槽上，可与所述滑槽滑动配合。
5.根据权利要求1所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述立板(72)两侧设有旋转螺钉(73)，所述旋转螺钉(73)与所述刚性横梁(71)栓接。
6.根据权利要求1所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述竖向连接杆(62)与所述端板(61)连接，所述竖向连接杆(62)上安装有用于调整所述端板(61)高度的滑动机构。
7.一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量方法，其特征在于，所述步骤五中对试验数据进行处理以得到测试梁段(1)上三维抖振荷载的方法如下：
9.根据权利要求8所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量方法，其特征在于，所述A1-A4步骤得到长度为l的测试梁段(1)上的抖振力参数，为得到沿整个模型跨向方向分布的三维抖振荷载，需通过将长度为l的测试梁段(1)上抖振力参数等效于展长为0的单位长度薄片上的抖振力参数，其方法如下：
10.根据权利要求9所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述整个测试梁段(1)跨向方向分布的三维抖振荷载，表示为展长为0的单位长度薄片抖振力点谱与展长为0的单位长度薄片抖振力两波数相干函数乘积的形式，即公式九：
...【技术特征摘要】
1.一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：包括同步分离测力试验装置(3)、测试梁段(1)、补偿模型(2)、翼形支杆(4)、固定垫片(5)、端板系统(6)、试验台(7)和翼形整流罩(8)；
2.根据权利要求1所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述高频动态天平(36)共三个，分别为第一高频动态天平(361)、第二高频动态天平(362)和第三高频动态天平(363)，所述第一高频动态天平(361)测试下桥面板(13)上的气动力参数，所述第二高频动态天平(362)测试桁架(12)上的气动力参数，所述第三高频动态天平(363)测试上桥面板(11)上的气动力参数，所述传力垫板(33)共三块，所述高频动态天平(36)上端中心位置分别连接三个所述传力垫板(33)。
3.根据权利要求1所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述固定支杆(32)设置有两组，每组四根，均通过天平固定垫板(34)不接触地布置在所述高频动态天平(36)的四周，所述最上方所述固定支杆(32)下端固定在所述传力垫板(33)上，上端与所述下桥面板(13)相连接，其余所述固定支杆(32)安装于天平固定垫板(34)之间。
4.根据权利要求1所述的一种双层桥梁抖振荷载多天平同步分离测量装置，其特征在于：所述刚性横梁(71)上设有滑槽，所述同步分离测力试验装置(3)安装在...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴波，李峻霖，辛景舟，张洪，周建庭，吴凤波，姜言，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
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