[发明专利]用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法，试验装置包括用于对悬浮隧道管段模型施加恒定牵引力的施力装置，以及用于将所述恒定牵引力全部释放的松开装置，且所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10；试验方法包括将悬浮隧道管段模型悬浮安装于试验水池中，在所述管段模型上安装施力装置；通过所述施力装置对所述管段模型施加恒定牵引力，使得所述管段模型产生初始位移和初始形变；通过松开装置实现所述恒定牵引力的全部释放，所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10，从而激发悬浮隧道模型发生整体振动。

技术领域

本发明涉及悬浮隧道模型试验技术领域，特别涉及一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法。

背景技术

当前有关悬浮隧道整体结构行为的试验，需对悬浮隧道施加力使其发生形变及初始位移，从而观测其整体结构在水中的衰减振动。目前采用的方案主要为敲击或激振器。

当前悬浮隧道整体结构行为试验中采用敲击方案激发悬浮隧道模型振动，存在的问题有：1)难以实现精确的力的输入和控制，且由于模型结构本身的弹性模量、塑性变形等因素，悬浮隧道模型实际受力更加难以准确测量；2)敲击装置运动过程中会带动水体，激发水波，造成水体破碎等现象，影响悬浮隧道整体结构后续的衰减振动，干扰试验效果，难以实现精准的定量测量；3)通过敲击方式作用于模型的激振方法，有损坏悬浮隧道模型的风险，进而影响试验的进度和费用控制；4)敲击方案较难激发设计较关心的悬浮隧道模型整体结构的前几阶振动模态。

当前悬浮隧道整体结构行为试验中采用激振器方案激发悬浮隧道模型振动，存在的问题有：1)激振器需要的配套设施较多，安装麻烦，安装好之后不便移动；2)激振器附带在悬浮隧道模型上装置会影响悬浮隧道模型的质量分布，造成试验误差，试验精度下降；3)由于悬浮隧道模型尺寸较大，对激振器输出的激振能量要求较高，普通激振器难以激发其自振频率，需要开发新型激振器，而新型激振器的设计较为复杂，开发较难，开发周期长。

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，提供一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法，采用静力加载、再瞬间放松的方式对悬浮隧道模型施加回复力，可以实现精确的力的输入和控制，以及减小激发水波等现象对悬浮隧道整体结构行为试验的干扰。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，包括用于对悬浮隧道管段模型施加恒定牵引力的施力装置，以及用于将所述恒定牵引力全部释放的松开装置，且所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10。

所述恒定牵引力的全部释放指的是牵引力从试验工况所需的恒定值变化为0，所述恒定牵引力全部释放完毕时为牵引力值刚好变化为0的时刻。

本发明利用施力装置牵引悬浮隧道管段模型，对悬浮隧道管段模型施加恒定牵引力、初始形变、初始位移，然后利用松开装置将管段模型快速松开，外部牵引力迅速消失，与此同时，管段模型受到大小相等、方向相反的回复力，通过此种静力加载方式对悬浮隧道管段模型施加力，激发悬浮隧道管段模型整体振动。

本发明通过施加恒定牵引力并快速释放的方式来激发悬浮隧道管段模型整体振动，一方面更加便于对力的大小和方向进行控制，实现管段模型瞬时力(牵引力值刚好变化为0的时刻，模型管段受到的回复力)大小的精确控制，另一方面，通过控制所述恒定牵引力全部释放的时间，可以实现对力作用时间的精确控制，确保小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10，从而能激发管体达到预期的振动模态，至少可以获取悬浮隧道模型整体结构的前三阶振动模态。