[发明专利]斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验方法及专用装置

权利要求书

1.一种斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验专用装置，其特征在于：包括舱室、模拟甲板、斜拉索桥、桩基平台和压力监控系统；所述舱室固定在模拟甲板上，模拟甲板在沿船宽方向的两条边界上布置有一系列等间距的斜拉索桥锚定桩基；桩基平台位于模拟甲板下方，桩基平台上在每个斜拉索桥锚定桩基的对应位置布置有作动筒和高度调节装置；作动筒顶部套有一个缓冲胶垫；针对船舶中拱和中垂两类实验工况，分别设计有模拟中拱工况实验装置和在模拟中垂工况实验装置，两种实验装置的区别在于斜拉索桥的位置；斜拉索桥由主剪力墙、作动筒、测力装置、次剪力墙、钢索、快速收线装置组成，作动筒安装在主剪力墙上，剪力墙为桁架结构，高度与次剪力墙上的限位孔平齐，作动筒连接着测力装置，钢索绕过快速收线装置与测力装置连接，钢索穿过次剪力墙上的一系列限位孔，最终绕过快速收线装置固定于预设在模拟甲板上的锚定桩基上；位于甲板下方的作动筒上的缓冲胶垫与甲板的连接部位布置有压力传感器，与斜拉索桥上的测力装置一起将实时压力数据收集到压力监控系统中；所述模拟中拱工况实验装置中，斜拉索桥布置在模拟甲板的沿船长方向的两端，模拟甲板沿船长方向的两端固定在次反力墙上，每个斜拉索桥负责半边模拟甲板的沿船宽方向的边界的固定；所述模拟中垂工况实验装置中，两个斜拉索桥共同布置在船中位置，两个斜拉索桥共用一面次反力墙，且次反力墙上设置有两列限位孔分别服务于一堵主反力墙，以防止两个斜拉索桥装置互相干扰，斜拉索桥布置在模拟甲板船中位置上，每个斜拉索桥负责半边模拟甲板的沿船宽方向的边界的固定。

2.根据权利要求1所述一种斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验专用装置，其特征在于：所述高度调节装置由调节转盘，螺杆、垫块、套筒构成。

3.根据权利要求1所述一种斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验专用装置，其特征在于：所述模拟甲板底部布置有加强构件，加强构件分布在舱室的下方。

4.根据权利要求1所述一种斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验专用装置，其特征在于：所述缓冲胶垫厚度通过作动筒直径以及作动筒与甲板连接位置最大变形角度确定。

5.根据权利要求1所述一种斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验专用装置，其特征在于：所述作动筒由统一的液压控制系统进行操纵。

6.根据权利要求1所述一种斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验专用装置，其特征在于：所述模拟甲板处布置有激光定位装置监控甲板的变形状态。

7.根据权利要求1所述一种斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验专用装置，其特征在于：所述钢索与地面的连接位置上布置有应力传感器。

8.一种斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验方法，利用权利要求1-7任一 的斜拉索桥式舱室总纵弯曲强度实验专用装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、有限元模拟：对舱室以及与其相连的部分模拟甲板在有限元软件中进行三维建模，对舱室与模拟甲板的连接位置通过共享节点的方式模拟实船中的连接形式，对模拟甲板四周模拟实船情况施加边界约束，对实验装置中设置由斜拉索桥锚定桩基的两条边界根据具体工况施加一定的位移载荷，并对以上模型系统进行计算；

步骤2、结果分析及测试点的确定：根据有限元模拟的计算结果，确定不同工况下舱室结构中所需要关注的区域，主要为应力分布较为集中的位置，将所关注部位确定为最终的应变测点；依据舱室结构的变形特征，位移测点所关注的位置一般大跨度框架结构中面板以及大跨度梁结构的中心位置，这两类位置为结构大变形的多发区域，结合有限元模拟结果，确定位移测点的选取；另外，针对所选定的位移测点，为准确锁定其变形特征，针对大跨度框架结构中面板的中心位置，除了在面板中心布置位移测点外，在大跨度框架的四个角点处同样布置辅助位移测点；针对大跨度梁结构的中心位置，则在梁的两端布置辅助位移测点；

步骤3、加载载荷设计：实验过程中的加载与有限元模拟不同，由于技术难度问题，不是直接施加位移载荷，而是将有限元模拟中，模拟甲板锚定桩基位置的结构应力提取出来，作为实验加载的目标载荷，并根据桩基位置及次剪力墙限位孔使用情况，确定每个锚定桩基点最终载荷分配即斜拉索载荷和作动筒载荷，并为每个锚定桩基选定唯一的限位孔；

步骤4、逐级加载：在实际加载过程中，首先调整斜拉索桥上的作动筒，施加20％的载荷，再根据各个锚定桩基的位移情况调整桩基处的作动筒和高度调节装置，之后，以每次10％的幅度逐级加载直至加载达到稳定状态，最后，对模拟甲板的整体变形程度进行检验，对变形未达到实验要求的桩基点及其附近的两个桩基点进行调整，最终使加载达到满意的程度；

步骤5、数据提取及处理：用上述步骤测得各面的应变及位移响应，将试验应变值代入材料的应力计算公式即通用公式得到试验的应力值，并对所关注位移测点及其辅助测点的响应数据，得到所关注区域的变形率，从而实现舱室模型试验的强度测试。