[发明专利]一种冰-水-墩柱相互作用试验装置

说明书

本发明公开了一种冰‑水‑墩柱相互作用试验装置，包括水槽顶部两侧安装有对称设置的运动轨道，所述运动轨道上面滑动连接有水平运动支架，在水平运动支架前端设有前滑动梁，后端设有后滑动梁，所述前滑动梁、后滑动梁的两侧通过钢板连接有滚轮；所述水平运动支架一端固定有接头，所述接头通过内设的轴承与水平加载丝杆一端相连，另一端穿过反力梁与电机相连；试验墩柱下部伸入水槽的水及冰层中，所述试验墩柱顶部通过连接扣件与水平运动支架相连，在水平运动支架与试验墩柱中部之间设有压力传感器。本装置对各机械结构的操作要求较低，便于观测冰层的断裂和破碎过程与墩柱的结构响应，为寒区桥梁的抗冰试验研究提供了一种简单有效的技术方案。

技术领域

本发明属于桥梁、水利和寒区工程综合领域，具体涉及一种冰-水-墩柱相互作用试验装置。

背景技术

长久以来，我国北部地区的大量水库、海洋、河流、湖泊的水面在冬季易出现结冰并形成冰盖。冰层的变形与流冰的作用会造成其上的桥梁产生变形或损坏，威胁其安全。随着我国交通和水利事业的不断发展，交通网逐渐向高纬度与高海拔地区延展，高寒地区的桥梁越来越多。随之而来，寒区桥梁在冰荷载作用下出现大量的变形与局部损坏，可能造成生命财产的巨大损失和不利的社会影响。故对寒区水工建筑进行抗冰性能评估与抗冰设计已成为寒区水工建设的重大需求，而抗冰评估与抗冰设计的关键是如何开展寒冷环境下冰-水-墩柱相互作用的试验研究。若直接在实际工程上进行实验研究，则耗费耗时巨大。

现目前实验室研究低温环境下冰-水-墩柱相互作用的试验装置仍然很少，仅存的大多为大型试验装置，其建设与试验的成本很高，难以广泛应用于现有实际工程中冰荷载试验的验证与桥梁的安全评估。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种冰-水-墩柱相互作用试验装置，其试验在小型水槽中进行，便于建设，制作成本较低，对低温环境实验室的场地和环境要求较低。且该装置易于操作，便于观察，为寒区桥梁的抗冰试验研究提供了一种简单有效的技术方案。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种冰-水-墩柱相互作用试验装置，包括水槽、水平运动支架、运动轨道、前滑动梁、后滑动梁、反力梁、水平加载丝杆、压力传感器、连接扣件、电机、激光测距仪；所述水槽顶部两侧安装有平行且对称设置的运动轨道，所述运动轨道上面滑动连接有水平运动支架，在水平运动支架前端设有前滑动梁，后端设有后滑动梁，所述前滑动梁、后滑动梁的两侧通过钢板连接有滚轮，该滚轮滚动连接于运动轨道的凹槽内；所述水平运动支架一端固定有接头，所述接头通过内设的轴承与水平加载丝杆一端相连，所述水平加载丝杆另一端穿过反力梁与电机相连，所述反力梁、电机均固定在水槽顶部的一端，所述水槽顶部的另一端设有激光测距仪；试验墩柱下部伸入水槽的水及冰层中，所述试验墩柱顶部通过连接扣件与水平运动支架相连，在水平运动支架与试验墩柱中部之间设有压力传感器。

进一步的，所述水平运动支架包括水平钢架，在水平钢架上固定有水平杆，所述水平杆一端上部设有竖杆，另一端上部与斜杆底部相连，所述斜杆顶部连接至竖杆顶部的后端，所述竖杆顶部的两侧分别与斜支撑杆顶部相连，所述斜支撑杆底部分别固定在水平钢架两侧。

进一步的，其中一个斜支撑杆上安装有支架，该支架上固定有摄像装置，所述摄像装置的摄像头对准试验墩柱与冰层的连接处。

进一步的，所述水平运动支架的水平杆、水平加载丝杆与压力传感器在同一轴线上。

进一步的，所述连接扣件包括U型架和铰轴，所述铰轴贯穿竖杆顶部与U型架端部连接，所述U型架套接于试验墩柱顶部。

更进一步的，所述铰轴上涂有润滑油，与竖杆顶部可转动连接。

更进一步的，所述激光测距仪对准试验墩柱宽度中心位置。

更进一步的，所述水槽中的水面距离水槽顶部90-110mm，试验墩柱下部位于水面下190-210mm。