CN105758602A - 一种桁架梁桥断面抖振力同步测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桁架梁桥断面抖振力同步测量方法。根据所研究的桁架梁桥断面，按选定的缩尺比制作出多个节段；制作好的各节段模型用一根横梁连接后，放置于风洞试验段内,其中每个节段与横梁由一个支座联接；在需要进行抖振力测量的节段则用多轴力传感器的支座进行连接。桁架节段模型所受的抖振力，用于计算桁架梁节段模型的抖振力空间相关性。本发明方法区别于测量箱型断面抖振力的测压方法，避免因桁架梁截面几何形状特殊无法布置测点的问题，准确获取了节段模型的抖振力。方法操作简便、测量精度高；可用于同步测量桁架梁各断面的抖振力，进行桁架梁断面跨向相关性及气动导纳的研究。

Description

一种桁架梁桥断面抖振力同步测量方法

技术领域

本发明属于桥梁抗风设计和研究领域，具体涉及一种桁架梁断面抖振力的同步测量方法。

背景技术

目前，抖振分析是大跨度桥梁抗风研究的一项重要内容，抖振的精细化分析是一个重要研究方向。大跨度桥梁的抖振分析方法一般建立在准定常假设和片条假设的基础上。在紊流积分尺度较小且频率较高的紊流中，其脉动成分不再具有时间和空间上的定常特性，基于准定常理论的抖振分析不能准确地描述结构的受力特征。因此现有的抖振分析方法中引入气动导纳函数并考虑空间相关函数以反映作用在桥梁断面上脉动风的非定常特性和不完全相关性。气动导纳函数以及空间相关函数的选取直接影响抖振计算的精度。

气动导纳函数的获取有理论计算和试验测量两种方法。通过势流理论可以推导出机翼断面的气动导纳函数，即Sears函数。而桥梁断面的气动导纳通常依赖于二维刚性模型试验，通过表面测压或高频动态天平测力等方法获取紊流条件下的抖振力，而后通过计算得到气动导纳函数。

空间相关函数用来表征气动力的跨向相关性。试验时进行表面测压积分后可以获得每个断面受到的抖振力，而后通过计算可以获得空间相关函数。

对于箱梁断面，通过对表面测得的脉动压力进行积分可以得到抖振力，将抖振力时程数据傅里叶变换后可得到抖振力谱，与主动或被动模拟的紊流场中测得的紊流强度、紊流积分尺度、脉动风速谱以及紊流的空间相关函数等结合可以确定箱型断面的气动导纳函数。对箱型断面积分得到的每个截面抖振力数据进行计算，可以得到抖振力的空间相关函数。箱型断面所受的抖振力时程也可以通过高频动态天平测量得到。

对于桁架梁断面，由于几何构造不闭合，在表面不能布置测压点，因此用传统的测压方法无法获取各截面的抖振力时程，因此也不能得出气动导纳函数和空间相关函数。

近年来，尤其在我国西部山区的桥梁建设中，采用钢桁截面的大跨度桥梁日益增多。不论是公路桥还是铁路桥，准确计算出桥梁的抖振响应对于确保结构安全、防止构件局部疲劳以及保证行车舒适性意义重大。而钢桁梁的气动导纳和空间相关函数是进行抖振精细化分析的关键参数。

因此，需要一种桁架梁断面抖振力同步测量方法来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种钢桁梁断面抖振力同步测量方法，测量各段桁架的抖振力时程，用于计算空间相关函数和气动导纳函数。

本发明的技术方案是：

一种桁架梁桥断面抖振力同步测量方法，包括以下步骤:

1)首先根据所研究的桁架梁桥断面，按选定的缩尺比制作出多个节段；

2)制作好的各节段模型用一根横梁连接后，放置于风洞试验段内,其中每个节段与横梁由一个支座联接；在需要进行抖振力测量的节段则用多轴力传感器的支座进行连接；

3)将安装好的模型放置于主动方法或被动方法生成的紊流场中进行试验，用抖振力同步测量采集多个节段所受到的抖振力。

进一步地,在步骤3)测量不同间距下每个桁架梁节段的抖振力时，通过改变安装有多轴力传感器的支座的位置来实现。

这样，在风洞试验中，桁架梁刚性节段模型放置于由被动方法或主动方法模拟的紊流场中，每一片桁架都受到脉动风的作用，放置于桁架底部的多轴力传感器将测量到的抖振力转换为电信号，信号转换器将电信号转换为力信号，最后数据采集卡将力信号传送到数据采集软件上。本方法能够同步测量到多个桁架节段模型所受的抖振力，便于计算桁架梁节段模型的抖振力空间相关性。

所述多轴力传感器区别于传统的五分量高频动态天平，能够测量三个方向的轴力和扭矩，量程与精度依据选用的传感器型号而定。传感器体积小、采样频率高达到7200Hz。

所述的信号转换器与每个多轴力传感器一一对应，将对感器获得的电信号转换为力信号传输到数据采集卡上。

所述的数据采集卡与多个信号转换器相连接，将每个多轴力传感器测量的抖振力时程传输到数据采集软件中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于本发明采用的多轴力传感器测量桁架梁节段模型的抖振力，克服了测压法无法在桁架梁断面上使用的缺点，同步测量出不同间距梁段间的抖振力，为计算桁架梁的空间相关函数和气动导纳函数提供了参数。

本发明可以适应具有各种几何外形的桁架梁节段模型进行抖振力时程数据的同步测量，其适用范围广。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明组实施例的示意图；

图2位支座或多轴力传感器在桁架梁节段上的安装位置示意图；

附图中标记：

桁架梁桥节段模型1；连接支座2；多轴力传感器3；横梁4；信号转换器5；数据采集卡6；计算机7。

具体实施方式

实施例

图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种桁架梁桥断面抖振力同步测量方法，用该方法同步测量桁架梁断面的抖振力步骤如下:

1)首先根据所研究的桁架梁桥断面，按选定的缩尺比制作出多个节段1。模型制作时，用轻质高强的材料加工出模型的各构件，应尽量保证模型细节完整，最后胶结好的模型需要有足够的刚度且质量轻。

2)制作好的各个节段用一根横梁4连接后，放置于风洞试验段内。其中每个节段与横梁由一个支座2连接，需要进行抖振力测量的节段则用安装有多轴力传感器3的支座进行连接，如图1所示。

3)将安装好的模型放置于主动方法或被动方法生成的紊流场中进行试验，用抖振力同步测量方法采集多个节段所受到的抖振力。测量不同间距的每个桁架梁节段的抖振力，可以通过改变安装有多轴力传感器的支座的位置实现。

本例多轴力传感器3为六轴力传感器，采样频率最高可达7200Hz，可以测量三个方向的轴力和扭矩。多轴力传感器的采样频率由内置于计算机7的数据采集软件设定。

本例的信号转换器5将多轴力传感器3输入的电信号根据内置的标定程序将其转换力和力矩的数值，同时为多轴力传感器3供电。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种桁架梁桥断面抖振力同步测量方法，其特征在于，包括以下步骤:

1)首先根据所研究的桁架梁桥断面，按选定的缩尺比制作出多个节段；

2)制作好的各节段模型用一根横梁连接后，放置于风洞试验段内,其中每个节段与横梁由一个支座联接；在需要进行抖振力测量的节段则用多轴力传感器的支座进行连接；

3)将安装好的模型放置于主动方法或被动方法生成的紊流场中进行试验，用抖振力同步测量采集多个节段所受到的抖振力。

2.如权利要求1所述的桁架梁桥断面抖振力同步测量方法，其特征在于，在步骤3)测量不同间距下每个桁架梁节段的抖振力时，通过改变安装有多轴力传感器的支座的位置来实现。

3.如权利要求1所述的桁架梁桥断面抖振力同步测量方法，其特征在于，所述步骤1)中节段模型选用的缩尺比根据风洞试验段尺寸与研究需要的精细化程度决定。

4.如权利要求1所述的桁架梁桥断面抖振力同步测量方法，其特征在于，步骤2)中支座与节段模型的连接使用螺栓连接，多轴力传感器与被测梁段保持紧密贴合，多轴力传感器的数量根据需要同步测量抖振力断面的数量决定。