[发明专利]自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置

权利要求书

1.一种自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置，其特征在于，所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置包括刚性模型(1)、第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、刚性支架(4)、第一弹簧护筒(5)、转盘(6)、刚性立柱(7)、电机(8)、第二轻质高强细绳(9)、第二线性拉伸弹簧(10)、重力块(11)、第二弹簧护筒(12)、刚性细圆杆(13)和第三轻质高强长细绳(14)；刚性模型(1)上表面通过多根第一轻质高强细绳(2)与第一线性拉伸弹簧(3)下端连接，第一线性拉伸弹簧(3)上端悬挂在刚性支架(4)上；第一线性拉伸弹簧(3)置于第一弹簧护筒(5)内，避免第一线性拉伸弹簧(3)承受风荷载作用；第一弹簧护筒(5)固定在刚性支架(4)上；刚性支架(4)固定于转盘(6)上表面，转盘(6)下表面固定在刚性立柱(7)顶部，通过固定在刚性立柱(7)上的电机(8)驱动，进而带着刚性支架(4)及刚性模型(1)转动，从而调节刚性模型(1)的试验风向角；刚性模型(1)下表面通过第二轻质高强细绳(9)与第二线性拉伸弹簧(10)上端连接，第二线性拉伸弹簧(10)下端连接在地面上可移动的重力块(11)上，重力块(11)位置随刚性模型(1)位置调整，保证第二线性拉伸弹簧(10)的轴线竖直；第二线性拉伸弹簧(10)置于第二弹簧护筒(12)内，避免第二线性拉伸弹簧(10)承受风荷载作用；第二弹簧护筒(12)固定在重力块(11)上；刚性模型(1)两端设置刚性细圆杆(13)，其轴线通过刚性模型(1)扭转中心线，刚性细圆杆(13)通过第三轻质高强长细绳(14)限制刚性模型(1)的风致侧向振动，并能保证刚性模型(1)竖向和扭转振动基本不受约束；刚性模型(1)静止时，第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)竖直共线；沿刚性模型(1)宽度方向，第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点间距均可调节，以调节刚性模型(1)的扭转和竖弯频率比；通过调节刚性模型(1)上下游吊点相对高度实现试验风攻角的变化。

2.根据权利要求1所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置，其特征在于，出于经济性和安全性考虑，所述的刚性模型(1)长度在10～12m范围内，宽度在1.0～2.0m范围内，长宽比在5～12范围内，悬挂系统等效质量在500～2000kg范围内。

3.根据权利要求1或2所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置，其特征在于，所述的第一线性拉伸弹簧(3)和第二线性拉伸弹簧(10)刚度根据刚性模型(1)的质量和竖弯频率确定，强度根据刚性模型(1)的质量、竖弯和扭转振幅确定。

4.根据权利要求1或2所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置，其特征在于，所述的第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点间距根据刚性模型(1)的扭转频率与竖弯频率的比值确定，所述的第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点横向间距根据刚性模型(1)的扭转频率与竖弯频率的比值及悬挂系统的回转半径确定。

5.根据权利要求3所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置，其特征在于，所述的第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点间距根据刚性模型(1)的扭转频率与竖弯频率的比值确定，所述的第一轻质高强细绳(2)、第一线性拉伸弹簧(3)、第二轻质高强细绳(9)和第二线性拉伸弹簧(10)吊点横向间距根据刚性模型(1)的扭转频率与竖弯频率的比值及悬挂系统的回转半径确定。

6.根据权利要求1、2或5所述的自然风场中桥梁大振幅竖向和扭转耦合自由振动试验装置，其特征在于，所述的刚性立柱(7)应有足够的高度、强度和刚度；出于经济性和安全性考虑，所述的刚性立柱(7)采用钢管混凝土制作，高度为15～20m，钢管外径为0.8～1.0m，钢管壁厚为8.0～10.0mm。