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专利名称：一种斜拉桥拉索水路的模拟测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种斜拉桥拉索的雨振测试装置，尤其涉及一种斜拉桥拉索水路的模拟测试装置及方法。
背景技术：
斜拉桥是现代大跨桥梁的重要的结构形式，特别是在跨越峡谷、海湾、大江、大河等不易修筑桥墩的地方架设大跨径的特大桥梁时，往往都选择悬索桥或斜拉桥。斜拉桥由斜拉索、索塔、主梁、和桥面组成，桥面荷载经主梁传给斜拉索、再由斜拉索传到索塔，因此， 斜拉索是斜拉桥受力的关键部件。研究发现斜拉桥存在雨振的现象即在一定风速范围内，由于风雨联合作用而引起处于一定姿态的斜拉桥拉索(斜拉索)的大振幅振动。而长时间的大幅度振动，会使索端的连接疲劳，并可能引起相邻两索碰撞，导致索的破坏，甚至引发桥梁突发事故，同时过大的振动也影响行车舒适度也给过桥者及公众带来恐慌。因此斜拉索雨振的现象关系到桥梁结构的安全和寿命，关系到斜拉桥的正常使用，是必须研究的技术问题。对斜拉索的雨振现象的研究表明，雨振现象中斜拉索的振幅的大小与斜拉索表面的水路有密切关系，当出现某种形状的水路时，会导致斜拉索出现大幅度的振动，因此要研究雨振现象，就必须首先观测研究斜拉索表面的水路，绘制出水路边缘(轮廓)的曲线即水路曲线，分析水路曲线在斜拉索上变化的情况与斜拉索振动的关系。现有的斜拉索表面的水路观测主要用模拟测试的方法，将测试用斜拉索安装在风洞内，并人工模拟降雨，在斜拉索上安装感应、检测装置以确定斜拉索表面的水路，其中的感应、检测装置及方法主要有以下几种一、在斜拉索表面设置探测器，当水流过探测器的探头时，探测器自动进行记录， 通过探测器记录的数据描述斜拉索上形成的水路。其不足之处是为了得到准确、可靠的数据，这种方法需要大量高精度的探测器，试验成本高，索面太多的探测器会影响斜拉索的气动特性导致试验结果误差较大；有限的探测器数量不能保证每一点的水流都流过探测器的探头，影响测试精度。二、在斜拉索表面设置压电感应装置，水流流过时产生的压力，压电感应装置将压力转换为电信号，送计算机处理。由于风吹到斜拉索表面时会对斜拉索表面产生风压，这些风压信号会干扰水流产生的压力，因此这种方法的误差较大。而斜拉索表面各点的风压目前没有精确的算法，所以排除这种干扰也很困难。三、在斜拉索内部设置超声波探测仪，通过超声波反射的信号来确定斜拉索表面的水路变化。这种方法存在以下问题超声波探测器需要在斜拉索内部随着水路移动，实施困难；超声波在斜拉索经填充材料、索、索套、水路等多次反射，这期间会出现波的衍射、 干涉等，导致超声波探测仪接收的数据的误差大，且最后接收到的水路信号微弱，可还原性差。

发明内容
本发明的第一个目的就是提供一种斜拉桥拉索水路的模拟测试装置，该装置能更准确地测试斜拉桥拉索的水路，并能准确的描绘出水路曲线在任意时刻的静止状态及不同时刻之间的变化情况；其测量精度高，结构简单，能为研究斜拉桥梁的雨振现象提供更加可靠、客观的依据，为斜拉桥的设计与施工提供可靠的保证。本发明为实现其发明目的，所采用的技术方案是一种斜拉桥拉索水路的模拟测试装置，其组成是试验用的斜拉索两端分别通过上下二根悬吊弹簧与四边形的钢框架上下边框相连，下方的悬吊弹簧中串联弓形应变式传感器；斜拉索的两端还设有加速度仪，斜拉索的二端通过L型杆与阻尼器连接，阻尼器固定安装在钢框架的侧框上；斜拉索的一端通过柔性拉绳固定在侧框上，斜拉索的另一端通过另一条柔性拉绳固定在钢框架外的固定占上-钢框架下部的一角铰接在转盘上，钢框架的下边框与转盘之间设有千斤顶；斜拉索正上方设置有喷水装置，斜拉索较高一端的上部设置有喷水管，钢框架的侧边框上方安装有摄像机。本发明的第二个目的是提供一种斜拉桥拉索水路的模拟测试方法。本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是使用上述的斜拉桥拉索的水路的模拟测试装置进行斜拉桥拉索水路的模拟测试的方法，由以下步骤组成A、将模拟测试系统安装在风洞内，然后在试验用斜拉索上绘制间距为Icm的多个环向圆环，在斜拉索的正上方位置绘制轴向0度线，在偏离轴向0度线30度处绘制一条平行于0度线的30度线；B、打开风洞的风机和喷水装置、喷水管，使水落在斜拉索上部形成薄膜状水路，打开摄像机对准斜拉索进行拍摄；并同时通过悬吊弹簧中串联的弓形应变式传感器以及斜拉索的两端设置的加速度仪监测斜拉索的振动情况；C、将摄像机拍摄的视频导入截图软件，截出照片；D、将C步的照片导入数据处理及绘图软件中，标定斜拉索(7)上的水路边缘与各个环向圆环相交的水流点的坐标位置，进而绘出当前时刻的水路曲线。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明对雨振现象利用摄像机进行非接触式的可视化拍摄跟踪，并通过圆环、0度线和30度线进行坐标标定，以实现对拍摄视角误差(远小近大)的校正，定位水路的各点位置，既能精确定位水路任意时刻的静止位置，同时也可观察不同时刻之间的水路的变化及运动情况，对水路及其所产生的振动无任何干扰和影响，对水路的测绘结果准确、可靠。无需在斜拉索表面设置探测器、压电感应装置或者在斜拉索内部设置超声波探测仪等任何的复杂精密的仪器，结构简单，安装操作方便，试验成本低。通过调节喷水量和风洞的风量，本发明可以模拟各种风雨条件下斜拉索的水路时程，通过转盘的转动即可进行不同风向条件下的水路测试；功能多，使用方便。总之，本发明装置能方便准确地绘制出模拟风雨条件下的待测斜拉索的水路静止曲线与变化状况及其相应的振动情况，为斜拉桥梁的雨振现象的分析，提供准确的实验依据，进而为斜拉桥的设计与施工提供可靠的实验保证。上述的斜拉索的两端及钢框架侧框的对应位置还设置有连接固定横杆的螺母。
这样，当固定横杆固定在螺母之间时，斜拉索的位置也就固定了，从而无法发生上下振动，可测出斜拉索在不发生振动的静止状态下的水路曲线及其变化。上述D步标定斜拉索上的水流点的坐标位置，绘出水路曲线的具体作法是在数据处理及绘图软件中分别标定每个圆环上的水流点、每个圆环与0度线及30度线的交点坐标；以每个圆环与0度线及30度线的交点坐标计算该两交点的距离da，以每个圆环上的水流点坐标和该圆环与0度线的交点坐标计算该两点的距离dSI，根据斜拉索半径R计算得到
实际斜拉索圆环上的水流点到圆环与0度线交点的弧长勾zaiiarcsiiK^^x^)，以各圆环
2 clCI
的展开线长度为纵坐标，圆环的横向距离为横坐标构成还原坐标系；在还原坐标系中标示出各水流点的弧长L1,即绘制出各水流点在当前时刻的还原系坐标，将这些水流点的还原坐标点平滑连接，即绘制出水路曲线。这样，借助圆环、0度线和30度线简单有效地实现了水流点的拍摄视角误差(远小近大)校正，能更加准确、可靠地定位水路的位置，绘制出的水路曲线更精确。进而通过观察与分析不同时刻的水路曲线，即可得到水路在一段时间里的变化与运动情况。从而计算水路的振动周期、频率，再与加速度仪采集到的斜拉索振动情况进行对比，实现两者关系的研究。下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。


图1为本发明实施例装置的结构示意图。图2为本发明图1中装置的螺母连上固定横杆的结构示意图。图3为本发明实施例在还原坐标系中绘制出的一条水路曲线及0度线与30度线。
具体实施例方式实施例图1示出，本发明的一种具体实施方式
为一种斜拉桥拉索水路的模拟测试装置， 其构成是试验用斜拉索7两端分别通过上下二根悬吊弹簧8与四边形的钢框架3上下边框相连，下方的悬吊弹簧8中串联弓形应变式传感器5 ；斜拉索7的两端还设有加速度仪6， 斜拉索7的二端通过L型杆12与阻尼器9连接，阻尼器9固定安装在钢框架3的侧框上； 斜拉索7的一端通过柔性拉绳10固定在侧框上，斜拉索7的另一端通过另一条柔性拉绳10 固定在钢框架3外的固定点上；该固定点可以是钢框架外设置的固定杆，或者试验场的墙壁，这样可以防斜拉索沿索向发生振动。钢框架3下部的一角铰接在转盘1上，钢框架3的下边框与转盘1之间设有千斤顶2 ；斜拉索3上方设置有喷水装置11，钢框架3的侧边框上方安装有摄像机13。斜拉索7的两端及钢框架3的侧框的对应位置还设置有连接固定横杆14a的螺母 14。图1、3示出，使用上述的斜拉桥拉索的水路的模拟测试装置进行斜拉桥拉索的水路的模拟测试的方法，由以下步骤组成A、将模拟测试系统安装在风洞内，然后在试验用的斜拉索7上绘制间距为Icm的
权利要求
1.一种斜拉桥拉索的水路的模拟测试装置，其特征在于试验用斜拉索(7)两端分别通过上下二根悬吊弹簧(8)与四边形的钢框架C3)上下边框相连，下方的悬吊弹簧⑶中串联弓形应变式传感器(5)；斜拉索(7)的两端还设有加速度仪(6)，斜拉索(7)的二端通过L型杆(12)与阻尼器(9)连接，阻尼器(9)固定安装在钢框架(3)的侧框上；斜拉索(7)的一端通过柔性拉绳(10)固定在侧框上，斜拉索(7)的另一端通过另一条柔性拉绳(10)固定在钢框架C3)外的固定点上；钢框架C3)下部的一角铰接在转盘(1)上，钢框架(3)的下边框与转盘(1)之间设有千斤顶O)；斜拉索C3)正上方设置有喷水装置(11)，斜拉索(7)较高一端的上部设置有喷水管(19)，钢框架(3)的侧边框上方安装有摄像机(13)。
2.如权利要求1所述的一种斜拉桥拉索的水路的模拟测试装置，其特征在于所述的斜拉索(7)的两端及钢框架(3)的侧框的对应位置还设置有连接固定横杆(14a)的螺母 (14)。
3.使用上述的斜拉桥拉索的水路的模拟测试装置进行斜拉桥拉索的水路的模拟测试方法，由以下步骤组成A、将模拟测试系统安装在风洞内，然后在试验用的斜拉索(7)上绘制间距为Icm的多个环向圆环(16)，在斜拉索(7)的正上方位置绘制轴向0度线(15)，在偏离轴向直线(15) 的30度处绘制一条平行于0度线(15)的30度线(18)；B、打开风洞的风机和喷水装置(11)、喷水管(19)，使水落在斜拉索(7)上部形成薄膜状水路，打开摄像机(13)对准斜拉索(7)进行拍摄；并同时通过悬吊弹簧⑶中串联的弓形应变式传感器(5)以及斜拉索(7)的两端设置的加速度仪(6)监测斜拉索的振动情况；C、将摄像机(13)拍摄的视频导入截图软件，截出照片；D、将C步的照片导入数据处理及绘图软件中，标定斜拉索(7)上的水路边缘与各个环向圆环(16)相交的水流点(30a)的坐标位置，进而绘出当前时刻的水路曲线(30)。
4.如权利要求3所述的一种斜拉桥拉索的水路的模拟测试方法，其特征在于所述D 步标定斜拉索(7)上的水流点的坐标位置，绘出水路曲线的具体作法是在数据处理及绘图软件中分别标定每个圆环(16)上的水流点(30a)、每个圆环(16)与0度线(15)及30度线(18)的交点坐标；以每个圆环(16)与0度线(15)及30度线(18)的交点坐标计算该两交点的距离da，以每个圆环上的水流点(30a)坐标和该圆环与0度线(15)的交点坐标计算该两点的距离dSI，根据斜拉索半径R计算得到实际斜拉索圆环上的水流点(30a)到圆环与0度线交点的弧长勾zaiiarcsirK^^x^L)，以各圆环(16)的展开线长度为纵坐标，圆环2clCI(16)的横向距离为横坐标构成还原坐标系；在还原坐标系中标示出各水流点(30a)的弧长 L1，即绘制出各水流点(30a)在当前时刻的还原系坐标，将这些水流点的还原坐标点平滑连接，即绘制出水路曲线(30)。
全文摘要
一种斜拉桥拉索水路的模拟测试装置及方法，装置的组成是试验用斜拉索两端分别通过上下二根悬吊弹簧与四边形的钢框架上下边框相连，下方的悬吊弹簧中串联弓形应变式传感器；斜拉索的两端还设有加速度仪，斜拉索的二端还与阻尼器的连杆固定连接，阻尼器固定安装在钢框架的侧框上；钢框架下部的一角铰接在转盘上，钢框架的下边框与转盘之间设有千斤顶；斜拉索上方设置有喷水装置，钢框架的侧边框上方安装有摄像机。该装置能更准确地测试斜拉桥拉索的水路，测量精度高，结构简单，为研究斜拉桥的雨振现象提供更加可靠、客观的依据，为斜拉桥的设计与施工提供可靠的保证。
文档编号G01M9/06GK102175421SQ20111002925
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者廖海黎, 李明水, 李永乐, 郑史雄 申请人:西南交通大学