本實(shí)用新型涉及一種測定懸索管道橋在紊流風(fēng)場中氣動力相關(guān)性的試驗(yàn)裝置，屬于懸索管道橋在紊流風(fēng)場中的氣動力特性研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

懸索管道橋相比于公路懸索橋其主梁截面較窄，對風(fēng)荷載的作用非常敏感。目前在懸索管道橋的抗風(fēng)特性研究中，關(guān)于其靜力特性的研究較多，而對于其動力特性的研究相對較少。懸索管道橋在風(fēng)荷載作用下的動力作用主要有顫振、馳振、抖振和渦激振動等。其中，抖振主要由風(fēng)速中的脈動成分引起。當(dāng)前國內(nèi)外的研究中多以均勻流作用下橋梁的受力特性為主，而實(shí)際在自然界中，橋梁所受到的風(fēng)均是含有脈動成分的紊流風(fēng)。因此，對懸索管道橋在紊流風(fēng)作用下進(jìn)行受力分析很有必要。

通常進(jìn)行橋梁氣動力試驗(yàn)研究時，需要設(shè)置一個剛度非常大的固定支架用來固定模型和測力天平。固定支架多架設(shè)在模型下方，由于要保證固定支架的剛度，通常固定支架的尺寸都設(shè)計(jì)的較大，這樣會嚴(yán)重影響到模型下部的氣流狀態(tài)，從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不能反應(yīng)真實(shí)情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決這一問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種測定懸索管道橋在紊流風(fēng)場中氣動力相關(guān)性的試驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型根據(jù)懸索管道橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其主梁斷面中，管道占據(jù)了相當(dāng)大的比重，管道內(nèi)部中空，可以利用這部分空間來設(shè)置固定支架使得支架包裹在管道內(nèi)部而不會改變管道橋在風(fēng)場中的繞流特性。從而使得試驗(yàn)結(jié)果更加符合管道橋在紊流風(fēng)場中的真實(shí)受力情況。本實(shí)用新型適用于懸索管道橋在風(fēng)洞中的氣動力相關(guān)性試驗(yàn)，為懸索管道橋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供有力的試驗(yàn)技術(shù)支撐。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種測定懸索管道橋在紊流風(fēng)場中氣動力相關(guān)性的試驗(yàn)裝置，所述試驗(yàn)裝置設(shè)于風(fēng)洞中，風(fēng)洞中設(shè)置紊流風(fēng)場，在紊流風(fēng)場中設(shè)置有兩個可調(diào)間距的風(fēng)速儀，所述試驗(yàn)裝置包括：

若干個沿橫向依次連接的管道橋節(jié)段模型，所述管道橋節(jié)段模型包括管道部分和橋部分，沿每個管道橋節(jié)段模型管道部分的中軸線，所述管道橋節(jié)段模型分為模型上部分和模型下部分；

固定支架，其包括一個橫梁和位于橫梁兩端的立柱，所述立柱的頂端連接所述橫梁，所述立柱的底端固定在地面上；

其中，所述橫梁穿過若干個依次連接的管道橋節(jié)段模型管道部分內(nèi)部，所述橫梁與其中兩個模型下部分管道壁之間從上到下依次分別設(shè)有測力天平和找平墊塊，所述橫梁與其余模型下部分管道壁之間從上到下依次分別設(shè)有固定墊塊、找平墊塊。

進(jìn)一步的，所述模型上部分和模型下部分之間為可開合的。

進(jìn)一步的，所述固定支架的橫梁兩端分別設(shè)有兩個立柱，所述立柱的底端分別設(shè)有底板，所述底板設(shè)于地面上，用于固定所述固定支架；所述橫梁和立柱之間由螺絲固定，以調(diào)節(jié)角度改變風(fēng)攻角。

進(jìn)一步的，所述找平墊塊由塑料粉末經(jīng)打印而成，且粘合在所述模型下部分管道壁內(nèi)的中心位置，粘合后所述找平墊塊保持水平。

進(jìn)一步的，所述固定墊塊包括上墊片A、下墊片A和上墊片A與下墊片A之間的連接塊，所述下墊片A與找平墊塊連接，所述下墊片A與固定支架的橫梁連接，所述連接塊與所述測力天平的高度一致。

進(jìn)一步的，所述測力天平的上下分別設(shè)有上墊片B和下墊片B，所述上墊片B和下墊片B分別與所述上墊片A和下墊片A的大小一致，且所述下墊片B與找平墊塊連接，所述下墊片B與固定支架的橫梁連接。

進(jìn)一步的，所述橫梁上設(shè)有若干個螺紋孔，每四個螺紋孔為一組，呈四角布置；相鄰兩組螺紋孔的間距固定，且間距等于或略大于一個管道橋節(jié)段模型的長度。

進(jìn)一步的，所述找平墊塊、上墊片A、下墊片A、上墊片B和下墊片B的橫截面為正方形或矩形，且其四角分別設(shè)有螺紋孔；所述上墊片A或上墊片B的螺紋孔與所述橫梁的每一組螺紋孔均相對應(yīng)，所述下墊片A或下墊片B的螺紋孔與所述找平墊塊的螺紋孔相對應(yīng)；另外，所述上墊片B和下墊片B的中心處分別設(shè)有三個螺紋孔，用于固定所述測力天平。

進(jìn)一步的，安裝有測力天平的兩個管道橋節(jié)段模型與其余安裝有固定墊塊的管道橋節(jié)段模型的位置關(guān)系依據(jù)試驗(yàn)工況布置。

進(jìn)一步的，所述上墊片A、下墊片A、上墊片B、下墊片B和連接塊均由鋼材加工而成，且所述上墊片A、下墊片A和連接塊通過焊接固定在一起。

本實(shí)用新型的有益效果為：

本實(shí)用新型提供了一種測定懸索管道橋在紊流風(fēng)場中氣動力相關(guān)性的試驗(yàn)裝置。將固定支架上的橫梁設(shè)置在懸索管道橋節(jié)段模型的管道之內(nèi)，避免了固定支架對懸索管道橋繞流特性的影響，使得懸索管道橋在風(fēng)場中氣動力相關(guān)性的模擬精度得到了極大的提高，是懸索管道橋風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)的一次提升。本實(shí)用新型通過設(shè)置固定墊塊、連接墊片和找平墊塊等將固定支架的橫梁固定在懸索管道橋節(jié)段模型的管道之內(nèi)，使得試驗(yàn)得出的懸索管道橋的氣動力相關(guān)性更加符合真實(shí)的情況，為懸索管道橋的工程設(shè)計(jì)提供有力的支撐。另外，本實(shí)用新型中各墊塊和墊片的設(shè)置以及連接比較簡單，便于試驗(yàn)操作，能夠取得較好的效果。

附圖說明

圖1為實(shí)施例中所述測定單層懸索管道橋在紊流風(fēng)場中氣動力相關(guān)性的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型所述固定支架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型所述固定支架的橫梁的橫截面局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4實(shí)施例中單層懸索管道橋節(jié)段模型的模型下部分內(nèi)安裝有找平墊塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5A為所述上墊片A或下墊片A的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5B為所述上墊片B或下墊片B的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5C為所述固定墊塊的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5D為所述安裝有上墊片B和下墊片B的測力天平縱截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為所述測試紊流風(fēng)場特性的風(fēng)速儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7A為實(shí)施例試驗(yàn)得出的紊流風(fēng)場的相關(guān)系數(shù)；

圖7B為實(shí)施例試驗(yàn)得出的紊流風(fēng)場的相干函數(shù)；

圖8A為實(shí)施例試驗(yàn)得出的懸索管道橋氣動力相關(guān)系數(shù)；

圖8B為實(shí)施例試驗(yàn)得出的懸索管道橋氣動力相干函數(shù)；

圖9為實(shí)施例中單層懸索管道橋的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-橫梁，2-立柱，3-底板，4-模型上部分，5-模型下部分，6-找平墊塊，7-風(fēng)速儀。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

一種測定懸索管道橋在紊流風(fēng)場中氣動力相關(guān)性的試驗(yàn)裝置，所述試驗(yàn)裝置設(shè)于風(fēng)洞中，風(fēng)洞中設(shè)置紊流風(fēng)場，如圖7所示，在紊流風(fēng)場中設(shè)置有兩個可調(diào)間距的風(fēng)速儀7，所述試驗(yàn)裝置包括：

12個沿橫向依次連接的單層懸索管道橋節(jié)段模型，其縮尺比為1:15，如圖所示，所述單層懸索管道橋節(jié)段模型包括橋部分和管道部分，每個管道橋節(jié)段模型的跨向長度為167mm，順風(fēng)向長度為240mm，高97.1mm。如圖4所示，沿每個管道橋節(jié)段模型管道部分的中軸線，所述單層懸索管道橋節(jié)段模型分為模型上部分4和模型下部分5，其中，所述模型上部分4和模型下部分5之間為可開合的。

固定支架，如圖2所示，其包括一個橫梁1和位于橫梁1兩端的立柱2，所述立柱2的頂端連接所述橫梁1，所述立柱2的底端固定在地面上。優(yōu)選的，如圖1所示，所述固定支架的橫梁1兩端分別設(shè)有兩個立柱2，所述立柱2的底端分別設(shè)有底板3，所述底板3設(shè)于地面上，用于固定所述固定支架。所述橫梁1和立柱2之間由螺絲固定，以調(diào)節(jié)角度改變風(fēng)攻角。如圖3所示，所述橫梁1上設(shè)有若干個螺紋孔，每四個螺紋孔為一組，呈四角布置；相鄰兩組螺紋孔的間距為170mm或等于所述管道橋節(jié)段模型的跨向長度。

其中，所述橫梁1穿過若干個依次連接的管道橋節(jié)段模型管道部分內(nèi)部，所述橫梁1與其中兩個模型下部分5管道壁之間從上到下依次分別設(shè)有測力天平和找平墊塊6，所述橫梁1與其余10個模型下部分5管道壁之間從上到下依次分別設(shè)有固定墊塊、找平墊塊6。所述找平墊塊6由塑料粉末經(jīng)3D打印而成，且粘合在所述模型下部分管道壁內(nèi)的中心位置，粘合后所述找平墊塊保持水平。

如圖5C所示，所述固定墊塊包括上墊片A、下墊片A和上墊片A與下墊片A之間的連接塊，所述下墊片A與找平墊塊6連接，所述下墊片A與固定支架的橫梁1連接，所述連接塊與所述測力天平的高度一致。

如圖5D所示，所述測力天平的上下分別設(shè)有上墊片B和下墊片B，所述上墊片B和下墊片B分別與所述上墊片A和下墊片A的大小一致，且所述下墊片B與找平墊塊6連接，所述下墊片B與固定支架的橫梁1連接。

如圖5A、5B所示，所述找平墊塊6、上墊片A、下墊片A、上墊片B和下墊片B的橫截面為正方形或矩形，且其四角分別設(shè)有螺紋孔；所述上墊片A或上墊片B的螺紋孔與所述橫梁1的每一組螺紋孔均相對應(yīng)，所述下墊片A或下墊片B的螺紋孔與所述找平墊塊6的螺紋孔相對應(yīng)；另外，所述上墊片B和下墊片B的中心處分別設(shè)有三個螺紋孔，用于固定所述測力天平。

所述上墊片A、下墊片A、上墊片B、下墊片B和連接塊均由鋼材加工而成，且所述上墊片A、下墊片A和連接塊通過焊接固定在一起。

安裝有測力天平的兩個管道橋節(jié)段模型與其余安裝有固定墊塊的管道橋節(jié)段模型的位置關(guān)系依據(jù)試驗(yàn)工況布置。

在風(fēng)洞中設(shè)置紊流風(fēng)場，在紊流風(fēng)場中設(shè)置兩個風(fēng)速儀，以不同間距分別測定紊流風(fēng)場的特性。兩個風(fēng)速儀的間距分為100mm、200mm、300mm、500mm、800mm、1000mm、1200mm、1500mm8個工況。將固定在固定支架上的管道橋模型固定在風(fēng)洞中，將模型上部分與模型下部分粘合。根據(jù)試驗(yàn)工況變換測力天平所在管道橋節(jié)段模型的位置，分別測定管道橋模型的氣動力。測力天平所在的兩個管道橋節(jié)段模型之間的間距分別為167mm、334mm、501mm、668mm以及835mm5種工況。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析得出紊流風(fēng)場以及氣動力的相關(guān)性。最后得出紊流風(fēng)場的相關(guān)系數(shù)和相干函數(shù)如圖7A、7B所示，得出懸索管道橋氣動力的相關(guān)系數(shù)和相干函數(shù)如圖8A、8B所示。

圖7A中，橫坐標(biāo)Δy為試驗(yàn)中兩個風(fēng)速儀之間的跨向間距；圖7B中，橫坐標(biāo)為無量綱化處理之后的頻率；圖8A中，橫坐標(biāo)r為試驗(yàn)中，兩個測力天平之間的間距；圖8B中，橫坐標(biāo)為無量綱化處理之后的頻率。

圖7A給出了風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)隨跨向間距的變化曲線，從圖中可以看出，本實(shí)例所建立的紊流風(fēng)場的脈動風(fēng)速相關(guān)性隨著間距的增大而減小，且橫向脈動分量的相關(guān)性較大，而縱向脈動分量的相關(guān)性較小。圖7B給出了風(fēng)速的相干函數(shù)隨頻率的變化曲線，從圖中可以看出，在低頻段，風(fēng)速的相關(guān)性較大，而高頻段風(fēng)速的相關(guān)性較小。從圖中同樣可以看出橫向脈動分量的相關(guān)性要大于縱向和豎向的脈動分量。圖8A給出了氣動力的相關(guān)系數(shù)隨測力天平間距的變化規(guī)律，從圖中可以看出隨著間距的增大，氣動力的相關(guān)性逐漸減小。阻力的相關(guān)性最大而力矩的相關(guān)性最小。圖8B給出了氣動力的相干函數(shù)隨頻率的變化曲線，同樣可以看出隨著間距的增大，氣動力的相關(guān)性減小。

本實(shí)用新型通過設(shè)置固定墊塊、連接墊片和找平墊塊等將固定支架的橫梁固定在懸索管道橋節(jié)段模型的管道之內(nèi)，使得試驗(yàn)得出的懸索管道橋的氣動力相關(guān)性更加符合真實(shí)的情況，為懸索管道橋的工程設(shè)計(jì)提供有力的支撐。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。