[发明专利]用于节段模型运动加载的试验装置

说明书

本发明公开了一种用于节段模型运动加载的试验装置，所述试验装置包括基座及固定安装于基座两侧的支架，所述支架之间安装有沿第一方向滑动安装于支架上的第一滑块、沿第二方向滑动安装于第一滑块上的第二滑块、及旋转安装于第二滑块之间的节段模型，所述试验装置在第一方向、第二方向及旋转三个自由度中的一个或多个进行振动。本发明的试验装置具有可控性和可重复性、振动形式的多样性等优点。

技术领域

本发明涉及振动模拟技术领域，特别是涉及一种用于节段模型运动加载的试验装置。

背景技术

斜拉桥、悬索桥等大跨度桥梁对风的作用十分敏感，在建设及运行过程中都会发生风的动力、静力作用而引起的振动，这种振动会带来结构的失稳问题及结构的疲劳破坏问题。大跨桥梁的风致振动已成为其设计和建造过程中必须要考虑的问题之一，对大跨桥梁风致响应的研究也是土木工程领域的前沿课题之一。

对风致响应问题的研究前提之一是风致振动形式的模拟和再现，风引起的结构振动形式是多种多样的。从运动振幅变化的角度，可以分为振幅不变的振动、振幅随时间变化而增大的振动和振幅随时间变化而减小的振动；从运动的频率分布的角度，可以划分为单一频率的振动和多种频率的振动；从振动统计特性的角度，可以分为平稳的振动和非平稳的振动。

多种多样的振动形式给准确的模拟带来的困难，目前存在的主要手段为人工激励或机械驱动。人工激励是通过弹簧悬吊的方式固定模型，在试验过程中人工施加一个突加荷载，使结构发生振动，在振动发生和持续的过程中，不再施加其他的干预。机械驱动是指利用传统伺服电机，通过轮轴的传动和组合，使模型做单一频率的运动。

人工激励具有以下缺点：

1)不可控性和不可重复性，试验过程中通过人工施加一个激励使桥梁模型发生振动，但不能精确控制人为激励的大小和持续时间，因此桥梁模型在每次激励下的振动剧烈程度是不同的，如果想通过多次试验的方法减小误差，这种人为激励具有不可重复性；

2)振动形式的单一性，桥梁结构在真实的风荷载作用下发生的振动形式是多样的，包括振动形式的变化、不同自由度之间的耦合和不同振动频率之间的耦合，但是人为激励能够模拟的振动形式是有限的，往往是简单的单自由度单频率振动，不能方便快捷地实现振动频率的调节，因此不能满足深度研究的需求；

3)振动有效持续时间短，由于模型系统的内部阻尼和外界风荷载的作用，人为激励带来的桥梁模型振动幅度不断减小且振动持续时间短，这与桥梁结构在真实环境下的振动形式是不相符的，这一缺点带来的问题是相应的试验数据有效测量时间较短。

传统伺服电机驱动具有以下缺点：

1)振动形式单一，只能实现单一频率的简谐振动形式，而桥梁结构在真实环境下发生的振动不仅仅局限于此，因此不能满足深入研究的需求；

2)运行精度不可靠，在运行过程中没有实时的调节机制，使得实际得到的运行时程与需要的时程有较大的差别。

综上所述，以上两种加载方式均不能模拟实际结构在风场条件下的真实运动，不可避免会带来分析方面的误差，导致结构设计偏于危险或造成经济上浪费的问题。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种用于节段模型运动加载的试验装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于节段模型运动加载的试验装置。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种用于节段模型运动加载的试验装置，所述试验装置包括基座及固定安装于基座两侧的支架，所述支架之间安装有沿第一方向滑动安装于支架上的第一滑块、沿第二方向滑动安装于第一滑块上的第二滑块、及旋转安装于第二滑块之间的节段模型，所述试验装置在第一方向、第二方向及旋转三个自由度中的一个或多个进行振动。