CN105865821A - 一种装配式双塔地锚悬索桥模型试验*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，该***由双塔地锚式悬索桥试验模型，移动荷载***，数据测试***三部分共同组成。双塔地锚式悬索桥试验模型包括主梁，主塔，主缆，吊索，支座和基座。吊索通过调节螺母与主梁连接，主梁下部通过螺栓与配重连接，主缆锚固位置安装调整主缆长度的调节螺母。移动荷载***包括车辆模型和砝码，并根据车辆型号和载重等级对车辆模型进行分级和细化。本模型试验***含三大测试***，包括索力、位移和加速度测试***。随着近年来我国大跨度悬索桥的不断兴建，该新型装配式双塔地锚悬索桥模型试验***必定会给广大桥梁工程科研与技术人员提供诸多便利，因此具有广泛的工程应用前景。

Description

一种装配式双塔地锚悬索桥模型试验***

技术领域

本发明涉及一种装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，适用于桥梁试验科学领域。

背景技术

悬索桥结构主要包括主缆，吊索，桥塔，锚碇及加劲梁，和其他桥型相比其受力明确，具有跨径越大，材料消耗越少造价越低的优点。在跨度在千米以上的桥型中，跨越能力强，轻盈美观的悬索桥已越来越成为大跨度桥梁的首选桥型。但大跨度悬索桥构造复杂，其非线性特性以及局部应力问题较为明显，需要通过模型试验来分析其施工和运营阶段的各种力学特性，验证理论分析和数值计算结果。因此，缩尺模型试验在大跨度悬索桥全寿命期的设计和研究中起着重要作用。

作为复杂桥跨结构受力状态及安全性能的重要研究手段之一，桥梁结构模型试验备受桥梁工程和实验技术领域的国内外同行所关注。国外在这方面起步比较早，如1755年，德国工程师格莱伯曼为了在莱茵河上修建木桥，进行了桥梁模型试验以验证其可靠性。2001年，Garevski.MA等人对Jindo Bridge斜拉桥做了小几何缩尺的动力模型试验。国内模型试验虽然起步较晚，但发展很快，有关桥梁模型试验的也非常多。

国内外同行已针对不同的悬索桥类型，根据具体的试验目标设计了相应的模型试验***，如中南大学宋旭明等设计了三叉矶湘江大桥模型试验***，并分别进行了施工和成桥阶段的测试。该模型主梁为钢箱梁，桥塔为钢结构，主缆及吊索均采用钢丝绳，主梁，主缆，吊索上分别设置了相应的应变及变形测点；长沙理工大学冯剑等设计了矮寨特大双塔地锚式悬索桥模型试验***，主要包括悬索桥试验模型和数据测试***，该模型主缆通过钢支架和抗水平力桩锚固，并在吊索和主缆上粘贴电阻应变片以进行索力测试；大连理工大学钟慧等设计了大连星海湾双塔地锚式悬索桥的模型试验***，并成功进行了该桥的静动力试验，该模型主梁的配重分上下桁两层加载，主梁和主缆的位移采用全站仪结合卷尺进行测量，并专门设计了一个锚碇；同济大学李建中等设计了泰州长江三塔地锚式悬索桥模型试验***，并进行了振动台试验，该模型加劲梁采用封闭式扁平钢箱梁，主缆锚固在锚碇支架上。上述试验***对于成功指导大桥的设计与施工等都曾发挥了重要作用，取得了很多具有参考价值的研究成果，但目前悬索桥全桥模型试验***的研究尚存在一些不足之处：

现有地锚式悬索桥结构模型如何合理的实现主缆的地锚尚存在难度。一般情况下是设计专门的锚碇装置或锚固在桥梁实验室的地槽里面，这种构造会使得模型不方便搬移。尤其当模型的主缆锚固在地槽里面时，此时主缆的线形和吊杆索力将难以调节，这必定会降低模型的适应性，并进一步影响悬索桥模型动静力试验结果的精度。

无论是用于风洞和振动台试验，还是用于静力试验分析的现有悬索桥缩尺模型，大都为非装配式整体结构。这种模型不仅拆卸和搬运移动困难，且试验完成后，模型通常只能废弃，不能实现多次重复利用，因而不符合节能环保的发展潮流。

现有模型试验***中的车辆模型只能简单改变配重和移动速度，没有进行专门的设计，即未将车辆模型进行细化和分类，因而会影响移动荷载和车桥耦合作用试验的精度。主梁未设置配重或配重方式操作较复杂，导致现有模型很难通过主梁配重的调整来精确反映出实桥的质量***，因而影响到模型试验***的准确性和适用性。

可见，通过悬索桥结构缩尺模型试验***对其全寿命期的分析方法和设计理论进行验证研究，对于悬索桥的设计施工以及分析理论的发展具有非常重要的意义。然而，现有悬索桥全桥模型试验***存在诸多不足之处，因此需要对现有模型试验***进一步改进和创新，以更好地服务于未来大跨度桥梁的建设。

发明内容

技术问题：：本发明的目的就是为了克服上述技术的不足，提供一种装配式双塔地锚悬索桥模型试验***。其结构形式简单，方便拆卸组建和搬运移动，不仅可以进行地锚式悬索桥结构的静、动力试验，还可有效地模拟悬索桥的各种损伤形式，对悬索桥结构全寿命期的分析方法和设计理论进行试验验证研究。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供一种装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，该***包括双塔地锚式悬索桥试验模型，移动荷载***，数据测试***；

所述双塔地锚式悬索桥试验模型包括主梁，主塔，主缆，吊索，支座和基座；所述主缆锚固在基座两端，主缆由主塔悬挂支撑，呈抛物线状；所述主梁与所述主塔连接处设置支座，主梁与吊索相连，吊索上端与主缆连接，主梁通过吊索悬空吊置；

所述主梁采用双主梁形式，由分节设置的桥面板，纵向双主梁及横向连系梁拼装而成；所述桥面板与横向连系梁用螺栓连接，所述纵向双主梁与横梁用螺栓连接；

所述吊索顶端与主缆采用压制索节相连接，所述吊索底端与主梁通过角度调节片、调节螺母和连接螺栓连接，所述调节螺母内安装连接螺栓，所述连接螺栓上端连接于吊索底端；

所述移动荷载***包括由无线遥控装置控制的车辆模型，所述砝码固定在车辆模型上；

所述移动荷载***中的车辆模型放置于铺设轨道的分节设置的桥面板上；

所述数据测试***包括索力测试***、位移测试***和加速度测试***；

所述索力测试***中的光纤光栅传感器焊接在主缆和需要测试索力的吊索的钢片上；

所述索力测试***包括设置在主缆上的钢片，所述钢片表面焊接光纤光栅传感器，宽带光源接收光纤光栅传感器传输的光源信号并将信号通过信号调制解调器进行处理，信号调制解调器将处理后的信号数据传送给电脑；

所述位移测试***包括安装在主梁和主缆上的电子位移计和百分表，具***置根据实验需求布置；

所述加速度测试***中的无线加速度传感器安装在主梁、主塔及吊索的测点位置；

所述加速度测试***包括无线加速度传感器和无线接收存储设备，无线接收存储设备将测得数据接收并存储于电脑中。

优选的，主缆锚固于基座两端，主塔底部通过连接板与基座连接，主塔顶部设有索鞍。

优选的，所述主梁下部通过螺栓连接有配重，配重的重量是可调节的。

优选的，双主梁的横向间距和主梁高度根据实验要求进行调节。

优选的，所述车辆模型根据不同车辆型号和载重等级进行细化；在桥面板上铺设轨道以确保车辆模型沿着任一确定方向前行。

优选的，利用半导体压力传感器测量吊索索力及利用光纤光栅法测量主缆索力。

有益效果：本发明的悬索桥试验模型***拆卸组装及搬运方便，且该模型不需要制作结构复杂的锚碇，场地适应性强。由于主梁和主缆的线形可调，使得模型能准确模拟不同矢跨比的悬索桥。该试验模型***既能完成悬索桥的静动力性能试验，又可有效模拟悬索桥的各种损伤。同时，该***可根据实际悬索桥结构的试验需求来调整主梁配重。此外，该***还设计了不同型号和载重等级的车辆模型来模拟桥面移动荷载，并可通过铺设轨道以确保车辆模型沿着任一确定方向前行。该***中的数据采集***可便捷地测试出模型各主要构件的静动力响应。随着未来悬索桥的不断兴建，该新型装配式双塔地锚悬索桥模型试验***必将给广大桥梁工程师及设计研究人员提供诸多便利，因此具有广泛的工程应用前景。

附图说明

图1是本发明的双塔地锚式悬索桥模型试验***的结构示意图；

图2是本发明所提供主塔的结构示意图；

图3是本发明所提供的主梁节段平面布置示意图；

图4是本发明提供的的主梁横截面示意图；

图5是本发明提供的主缆锚固段的结构示意图；

图6是本发明提供的主缆横截面示意图；

图7a是本发明提供的索力数据收集***示意图；

图7b是本发明提供的索力测试***的结构示意图；

图8是本发明提供的吊索结构示意图；

图9a是本发明提供的移动荷载示意图；

图9b是本发明提供的无线遥控装置的示意图。

图中：1.主缆，2.主梁，3.主塔；4.吊索，5.基座，6.索鞍，7.基座连接板，8.支座，9.桥面板，10.纵向双主梁，11.配重，12.横向连系梁，13.连接螺栓，14.钢片，15.锚固螺栓，16.角度调节片，17.调节螺母，18.电脑，19.信号调制解调器，20.光纤光栅传感器，21.宽带光源，22.压制索节，23.半导体压力传感器，24.砝码，25.车辆模型，26.无线遥控装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明公开了一种装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，该***包括双塔地锚式悬索桥试验模型，移动荷载***，数据测试***。

所述双塔地锚式悬索桥试验模型包括主梁2，主塔3，主缆1，吊索4，支座8和基座5；所述主缆1锚固在基座5两端，主缆1由主塔3悬挂支撑，呈抛物线状；所述主梁2与所述主塔3连接处设置支座8，主梁2与吊索4相连，吊索4上端与主缆1连接，主梁2通过吊索4悬空吊置；

所述主梁2采用双主梁形式，由分节设置的桥面板9，纵向双主梁10及横向连系梁12拼装而成；所述桥面板9与横向连系梁12用螺栓连接，所述纵向双主梁10与横梁12用螺栓连接；

所述吊索4顶端与主缆1采用压制索节22相连接，所述吊索4底端与主梁2通过角度调节片16、调节螺母17和连接螺栓13连接，所述调节螺母17内安装连接螺栓13，所述连接螺栓13上端连接于吊索4底端；

所述移动荷载***包括由无线遥控装置控制的车辆模型25和不同质量的砝码24，所述砝码24固定在车辆模型25上；

所述移动荷载***中的车辆模型25放置于铺设轨道的分节设置的桥面板9上；

所述数据测试***包括索力测试***、位移测试***和加速度测试***；

所述索力测试***中的光纤光栅传感器20焊接在主缆1和需要测试索力的吊索4的钢片上；

所述索力测试***包括设置在主缆1上的钢片14，所述钢片14表面焊接光纤光栅传感器20，宽带光源21接收光纤光栅传感器20传输的光源信号并将信号通过信号调制解调器19进行处理，信号调制解调器19将处理后的信号数据传送给电脑18；

所述位移测试***包括安装在主梁2和主缆1上的电子位移计和百分表，具***置根据实验需求布置；

所述加速度测试***中的无线加速度传感器安装在主梁2、主塔3及吊索4的测点位置；

所述加速度测试***包括无线加速度传感器和无线接收存储设备，无线接收存储设备将测得数据接收并存储于电脑18中。

主缆1锚固于基座5两端，主塔3底部通过连接板7与基座5连接，主塔3顶部设有索鞍6。

所述主梁下部通过螺栓连接有配重11，配重11的重量是可调节的。

双主梁2的横向间距和主梁高度根据实验要求进行调节。

所述车辆模型25根据不同车辆型号和载重等级进行细化；在桥面板上铺设轨道以确保车辆模型沿着任一确定方向前行。

利用半导体压力传感器测量吊索索力及利用光纤光栅法测量主缆索力。

如图1和图2所示，双塔地锚悬索桥模型由主缆1，主梁2，主塔3，吊索4，基座5，索鞍6，主塔3与基座5之间的连接板7，支座8共同组成。主梁2上连接吊索4，吊索4上端与主缆1连接，主梁2通过吊索4悬空吊置，吊索4将主梁2上的动，静荷载传递给主缆1，主缆1锚固在基座5两端，主缆1由主塔3悬挂支撑呈抛物线状；基座5采用混凝土浇筑而成，吊索4顶端与主缆1采用压制索节21相连接，吊索4底端与主梁2通过角度调节片16、调节螺母17和连接螺栓13连接，调节螺母17内安装连接螺栓13，连接螺栓13上端与吊索4底端连接。

如图2所示，主塔3呈花瓶形，采用H型钢焊接和螺栓连接而成。主梁2与主塔3连接处设置支座，主塔3底部通过基座连接板7与基座5相连并用地锚螺栓固定。主塔3顶部设置索鞍6，以限制主缆1的横向位移。

如图3和图4所示，主梁2由纵向双主梁10和横向连系梁12组成，通过螺栓连接。横向连系梁12中间通过螺栓与配重11连接，配重11的重量可根据实验需要进行调整，主梁2的上部铺装桥面板9，主梁2与桥面板9之间通过螺栓连接。

如图5所示，主缆1底部与基座5通过锚固螺栓15、角度调节片16和调节螺母17连接。角度调节片16通过锚固螺栓15固定于基座5的底部，角度调节片16上固定连接调节螺母17，调节螺母17内安装锚固螺栓15，锚固螺栓15上部连接于主缆1底端。因此，调节螺母17和锚固螺栓15能够调节主缆1的松紧程度。通过旋转调节螺母17可以使调节螺母沿着锚固螺栓15上下移动，进而调节主缆的长度，角度调节片16能够实现对锚固螺栓15倾角的调节。

如图6所示，主缆采用高强钢丝绳，通过将多根钢丝绳拧在一起形成主缆，同时在主缆的外部安装防护套管以防止锈蚀等的发生。

如图7a和图7b所示，索力数据收集***由钢片14，信号调制解调器19，光纤光栅传感器20，宽带光源21和电脑18共同组成。钢片14设置在主缆1上，其两端均和主缆1相连，钢片14表面焊接光纤光栅传感器20，宽带光源21接收光纤光栅传感器20传输的光源信号并将信号通过信号调制解调器19处理，信号调制解调器19将处理后的信号数据传送给电脑18。位移测试***包括安装在主梁2和主缆1上的电子位移计和百分表，需根据试验要求布设。加速度测试***包括无线传感器和无线接收存储设备，其中无线传感器安装在主梁2、主塔3及吊索4的测点位置，无线接收存储设备将测得数据接收并存储于电脑18中。

如图8所示，吊索4与主缆1通过压制索节连接，吊索4底部与主梁2通过连接螺栓13、角度调节片16和调节螺母17连接。角度调节片16通过连接螺栓13固定于主梁2的底部，角度调节片16与调节螺母17固定连接，调节螺母17内安装连接螺栓13，连接螺栓13上部连接于吊索4底端，在吊索4上安装半导体压力传感器23用来测试吊索力。

如图9a和图9b所示，移动荷载***包括砝码24、车辆模型25和无线遥控装置26。砝码24固定在车辆模型25上，车辆模型根据车辆型号和载重等级进行细化。砝码24的重量可根据实际需要增减，车辆模型25用来模拟桥面移动荷载，车辆模型的行驶速度由无线遥控装置26控制。另外，可通过在桥面板上铺设轨道以确保车辆模型沿着任一确定方向前行，以实现对桥上车辆的重量和运行线路的真实模拟。

Claims (6)

1.一种装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，其特征在于：该***包括双塔地锚式悬索桥试验模型，移动荷载***，数据测试***；

所述双塔地锚式悬索桥试验模型包括主梁(2)，主塔(3)，主缆(1)，吊索(4)，支座(8)和基座(5)；所述主缆(1)锚固在基座(5)两端，主缆(1)由主塔(3)悬挂支撑，呈抛物线状；所述主梁(2)与所述主塔(3)连接处设置支座(8)，主梁(2)与吊索(4)相连，吊索(4)上端与主缆(1)连接，主梁(2)通过吊索(4)悬空吊置；

所述主梁(2)采用双主梁形式，由分节设置的桥面板(9)，纵向双主梁(10)及横向连系梁(12)拼装而成；所述桥面板(9)与横向连系梁(12)用螺栓连接，所述纵向双主梁(10)与横梁(12)用螺栓连接；

所述吊索(4)顶端与主缆(1)采用压制索节(22)相连接，所述吊索(4)底端与主梁(2)通过角度调节片(16)、调节螺母(17)和连接螺栓(13)连接，所述调节螺母(17)内安装连接螺栓(13)，所述连接螺栓(13)上端连接于吊索(4)底端；

所述移动荷载***包括由无线遥控装置控制的车辆模型(25)和砝码(24)，所述砝码(24)固定在车辆模型(25)上；

所述移动荷载***中的车辆模型(25)放置于铺设轨道的分节设置的桥面板(9)上；

所述数据测试***包括索力测试***、位移测试***和加速度测试***；

所述索力测试***中的光纤光栅传感器(20)焊接在主缆(1)和需要测试索力的吊索(4)的钢片上；

所述索力测试***包括设置在主缆(1)上的钢片(14)，所述钢片(14)表面焊接光纤光栅传感器(20)，宽带光源(21)接收光纤光栅传感器(20)传输的光源信号并将信号通过信号调制解调器(19)进行处理，信号调制解调器(19)将处理后的信号数据传送给电脑(18)；

所述位移测试***包括安装在主梁(2)和主缆(1)上的电子位移计和百分表，具***置根据实验需求布置；

所述加速度测试***中的无线加速度传感器安装在主梁(2)、主塔(3)及吊索(4)的测点位置；

所述加速度测试***包括无线加速度传感器和无线接收存储设备，无线接收存储设备将测得数据接收并存储于电脑(18)中。

2.根据权利1所述的装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，其特征在于，主缆(1)锚固于基座(5)两端，主塔(3)底部通过连接板(7)与基座(5)连接，主塔(3)顶部设有索鞍(6)。

3.根据权利1所述的装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，其特征在于，所述主梁下部通过螺栓连接有配重(11)，配重(11)的重量是可调节的。

4.根据权利1所述的装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，其特征在于，双主梁(2)的横向间距和主梁高度根据实验要求进行调节。

5.根据权利1所述的装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，其特征在于，所述车辆模型(25)根据不同车辆型号和载重等级进行细化；在桥面板上铺设轨道以确保车辆模型沿着任一确定方向前行。

6.根据权利1所述的装配式双塔地锚悬索桥模型试验***，其特征在于，利用半导体压力传感器测量吊索索力及利用光纤光栅法测量主缆索力。