[发明专利]一种缆索风雨激励作用模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及模拟结构性能实验装置领域，尤其是一种缆索风雨激励作用模拟实验装置。

背景技术

随着交通事业的迅速发展和越江跨海工程建设的需要，千米级的斜拉桥已经出现。拉索是斜拉桥的关键构件,考虑到拉索的柔性、相对较小的质量及较低的阻尼,在风雨作用下发生的所谓拉索风雨激振现象,往往引起拉索的大幅度振动, 它是目前已知的拉索振动形式中最强烈的一种，影响桥梁的安全运营和拉索的使用寿命。

风雨振动是20世纪80年代才发现的一种斜拉索风致振动现象，指在一定风速范围内,由于风、雨联合作用而引起的、处于一定姿态的斜拉索的大振幅振动。日本的Hikami在名港西大桥上首先发现风雨激振现象；Aratsu桥在建造时就发生了强烈的拉索振动，观测到的最大振幅为300mm；2000年建成的南京长江二桥，在通车前就发生了强烈的风雨激振, 最大振幅超过500mm，致使用来减振的拉索油阻尼器遭到了破坏。

为了研究风雨激振机理,各国学者对其进行了大量的研究。现阶段风雨激振的研究手段主要有现场观测、风洞试验和理论分析。现场观测是最早用于研究风雨激振的手段，但是现场观测影响因素较多，为后处理分析带来了很大的困难。风洞试验成本较高，资源少，不易开展。此外拉索风雨激振又是一个固、液、气三相耦合系统,难以准确建立其运动微分方程。因此目前针对斜拉索的风雨激振研究尚缺乏一种有效的研究方式。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种缆索风雨激励作用模拟实验装置，不仅能够调节风、雨等级，振动模态可捕捉，而且雨水可循环利用，环保效果好。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种缆索风雨激励作用模拟实验装置，包括矩形试验机架、试件、风荷载模拟系统、雨荷载模拟系统、模态捕捉系统和激励系统，所述试件的两端分别固定在矩形试验机架两侧的钢板墙上；所述风荷载模拟系统包括对称设置在试件两侧的电磁铁，所述电磁铁通过导线传输电流；所述雨荷载模拟系统设置在试件上方的矩形试验机架上，包括雨水生成装置，所述雨水生成装置包括雨槽，所述雨槽一侧设有进雨孔，雨槽内设有多个雨孔，所述雨槽的底部设置有多个雨量控制孔，其内设有雨量控制杆，用于控制雨孔内雨水量；所述模态捕捉系统包括光源和光线感应屏，所述光源设置在试件一侧，沿其传播方向设置有光线感应屏；所述激励系统包括套环和激励器，所述套环的一端扣在试件上，另一端与激励器连接，所述激励器包括塑料纤维、拉力传感器、弹簧、垫片和挡片，所述套环的下端设置有塑料纤维，塑料纤维、拉力传感器和弹簧依次连接，所述弹簧的底端与挡片相连，所述弹簧与挡片之间设有垫片；

所述缆索风雨激励作用模拟实验装置还设有雨水循环系统，所述雨水循系统统包括雨水收集槽、水泵和水箱，所述雨水收集槽设置在试件下方，与试件、雨水生成装置同轴设置；所述雨水收集槽收集从雨水生成装置产生的雨水，通过出水管将水运输至水箱，水箱的一侧设置有水泵，通过水泵将水箱内的水经过进水管再送至雨水生成装置；

所述试件的两端通过锚具分别固定在矩形试验机架两侧的钢板墙上；

设置在试件两侧的电磁铁通过支撑杆固定在矩形试验机架上；

弹簧与挡片之间通过螺栓固定有垫片。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

风荷载模拟系统根据改变输入电流的大小模拟不同等级的风荷载；雨荷载模拟系统是利用不同大小的水滴在重力作用下下降，下降过程中水滴与试件产生碰撞，使水滴的重力势能部分转化为试件的动能，通过改变雨槽的有效雨孔面积来控制雨量的等级；

雨水循环系统是将雨水收集槽与雨槽建立联通关系，利用水泵调节水压，使雨水自动从雨水收集槽中流向雨槽并最终又回到雨水收集槽，达到雨水的重复利用；

模态捕捉系统是通过在试件下部设置光源发射光信号，试件上部设置光线感应屏以接收光信号，当光信号遇到试件时则不能被光线感应屏接收，最后光线感应屏上所有未接收光信号的区域即为试件的模态，研究人员可将光线感应屏信号再次转化，转化为图像形象的显示出来；

激励系统的是利用强度有限的塑料纤维材料突然断裂，并在断裂瞬间能量释放效应这一原理，使试件产生初始振动；

整个实验过程，由所述激励系统施加初始激励，同时所述风荷载模拟系统、所述雨荷载模拟系统模拟风雨共同作用使试件受力，并利用所述模态捕捉系统捕捉不同受力状态的振动模态。

附图说明

图1是本发明风雨激振作用模拟实验装置示意图。