[发明专利]一种悬浮隧道物理模型试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种悬浮隧道物理模型试验装置及试验方法，试验方法为计算悬浮隧道原型的整体/某一节段的真实刚度k₀；根据相似准则，将真实刚度k₀按照比尺换算成物理模型的模型刚度k₁，通过弹性件来对模型刚度k₁进行模拟；将物理模型放置至水池中进行试验；试验装置包括水池及物理模型，物理模型通过弹性件与浮筒/水池/固定块/底座/悬挂支架相连接，弹性件的刚度为按照相似准则得到的模型刚度k₁。本发明通过理论计算得到悬浮隧道原型的真实刚度k₀，并按照真实刚度值和相似准则，对物理模型的模型刚度k₁进行配置，使得模型刚度k₁能反映原型真实刚度k₀，将模型刚度k₁作为输入量进行物模试验，保证了物模试验的结果的准确性。

技术领域

本发明涉及悬浮隧道技术领域，特别涉及一种悬浮隧道物理模型试验装置及试验方法。

背景技术

水中或海中悬浮隧道，又称阿基米德桥，是一种潜浮于水面下一定深度、利用其自身浮力为支撑，通过锚索、桩柱等固定的一种新型跨水域交通方案。对于水域跨度很大或地质不稳定以至于不宜建造桥梁和水底隧道的地区，或有环境保护要求地区，采用阿基米德桥是跨越水域交通连接的优选方案。目前世界上仍然没有一座建成的水中或海中悬浮隧道。对于这种新型的交通结构来说，进行针对性的模型试验，通过对研究悬浮隧道的结构动力特性、验证结构安全性是十分重要的，能够为后续悬浮隧道提供可靠的设计与建造依据。

当前有关悬浮隧道的物理模型试验一般都没有考虑试验节段的真实刚度，而是简单地通过固定式或锚拉式进行模拟，这样试验得到的结果往往没有覆盖工程实际刚度以及自振频率，固定式物模试验得到的刚度值往往比实际刚度大，锚拉式物模试验得到的刚度值往往比实际刚度小。虽然整体式模型可以考虑结构刚度和质量，但是模型工况有限，也不能覆盖所有的设计工况。

物理模型的刚度作为悬浮隧道物模试验的基本输入，刚度的不准确性会对模拟结果的准确性造成极大的影响，因此有必要研究一种可以反映悬浮隧道真实刚度的物理模型试验装置及试验方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种悬浮隧道物理模型试验装置及试验方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种悬浮隧道物理模型试验方法，包括以下步骤：

步骤一：计算悬浮隧道原型的整体/某一节段的真实刚度k₀；

步骤二：根据相似准则，将所述真实刚度k₀按照比尺换算成物理模型的模型刚度k₁，并通过弹性件来对模型刚度k₁进行模拟；

步骤三：将所述物理模型放置至水池中进行试验。

本发明首先通过理论计算得到悬浮隧道原型的真实刚度k₀，并按照真实刚度值和相似准则，对物理模型的模型刚度k₁进行配置，使得模型刚度k₁能反映原型真实刚度k₀，再将能反映真实刚度k₀的模型刚度k₁作为输入量进行物模试验，从而保证了各种物模试验的试验结果的准确性。

优选的，所述步骤一中，真实刚度k₀的计算方法包括刚度定义法，可以根据悬浮隧道在某一自由度方向所受的力以及发生的位移得到该悬浮隧道的刚度值k₀，刚度等于发生单位位移时对应的力：

其中，k₀-真实刚度；F-在某一自由度方向所受的力；δ-在某一自由度方向发生的位移。