[发明专利]一种桥梁全桥弹性模型风浪流耦合作用动力响应试验系统

摘要

本发明公开了一种桥梁全桥弹性模型风浪流耦合作用动力响应试验系统，包括风浪流耦合场模拟系统，用于通过模拟‑反馈‑控制的机制生成目标风浪流耦合场；桥梁全桥弹性模型，设置于风浪流耦合场模拟系统中，用于模拟桥梁施工及成桥状态全桥的弹性结构外形、刚度、质量及阻尼特性；试验测试分析系统，用于采集和分析风浪流耦合场参数以及桥梁全桥弹性模型在该风浪流耦合场作用下的位移、加速度、水下基础表面动水压力分布、基底六分力等动态响应。本发明能够实现空间相关、时间连续及同步的风浪流耦合场模拟、桥梁施工和成桥状态全桥弹性模型模拟、风浪流耦合场参数和桥梁全桥弹性模型动态响应的实时测试与分析，且实施方便，精度高，可靠性强。

主权项

一种桥梁全桥弹性模型风浪流耦合作用动力响应试验系统，其特征在于，该系统包括：风浪流耦合场模拟系统(1)，用于通过模拟‑反馈‑控制的机制生成目标风浪流耦合场；桥梁全桥弹性模型(2)，设置于该风浪流耦合场模拟系统(1)中，用于模拟桥梁施工及成桥状态全桥的弹性结构外形、刚度、质量及阻尼特性；以及试验测试分析系统(3)，用于采集和分析风浪流耦合场参数以及桥梁全桥弹性模型(2)在该风浪流耦合场作用下的位移、加速度、水下基础表面动水压力分布、基底六分力的动态响应；其中，所述风浪流耦合场模拟系统(1)包括L形排列移动式风机阵列(4)、紊流发生装置(5)、风场模拟装置平台(6)、三维风速仪(7)、水池(8)、L形排列吸收式造波机(9)、L形排列消波器(10)、海底地形模拟装置(11)、波高仪(12)、造流泵(13)、导流管(14)、整流器(16)和流速仪(17)，其中：水池(8)由四个相邻的侧壁和底面构成，其水平投影为长方形，长边尺寸为50～150m，短边尺寸为40～120m，侧壁高度为0.5～3m；风场模拟装置平台(6)包括两段，呈L形平行布置在水池(8)的相邻两侧壁内侧，风场模拟装置平台(6)和相邻的水池(8)侧壁之间的水平投影净间距为0.2～2m，风场模拟装置平台(6)下部固定在水池(8)的底面上，风场模拟装置平台(6)顶面与水池(8)静水面的垂直距离为0.2～1m；L形排列移动式风机阵列(4)和其前方的紊流发生装置(5)均安装在风场模拟装置平台(6)顶面上；L形排列吸收式造波机(9)固定在风场模拟装置平台(6)前方的水池底面上，其对面的水池(8)侧壁前设有L形排列消波器(10)，L形排列消波器(10)与相邻的水池(8)侧壁之间的水平净距离为0.2～2m；整流器(16)和造流泵(13)均为I字形排列，二者平行布置，二者之间布置桥梁全桥弹性模型(2)；整流器(16)安装在L形排列吸收式造波机(9)长边前方2～5m的水池(8)底面下部，且其顶面与水池(8)底面平齐；三维风速仪(7)的个数为N个，布置在全桥弹性模型(2)的迎风方向前方，三维风速仪(7)距离静水面的垂直高度为桥塔高度的65％或与主梁高度一致，其中N为大于或等于3的自然数；波高仪(12)的个数为M个，布置在桥梁全桥弹性模型(2)基础侧边2～5倍基础宽度处和桥梁全桥弹性模型(2)的迎浪方向前方1～4倍波长范围内，其中M为大于或等于3的自然数；流速仪(17)的个数为K个，布置安装在桥梁全桥弹性模型(2)基础侧边2～5倍基础宽度处和桥梁全桥弹性模型(2)的迎流方向前方1～4倍波长范围内，其中K为大于或等于3的自然数；造流泵(13)安装在L形排列消波器(10)长边前方2～5m的水池(8)底面下部，且其顶面与水池(8)底面平齐；导流管(14)安装在水池(8)底面下部，其两端分别与造流泵(13)和整流器(16)连接；海底地形模拟装置(11)安装在造流泵(13)和整流器(16)之间的水池(8)底面上，海底地形模拟装置(11)内部布置模型基座(35)，模型基座(35)与水池(8)底面固结，模型基座(35)上部安装桥梁全桥弹性模型(2)；所述试验测试分析系统(3)包括防水六分量测力天平(18)、位移传感器(19)、加速度传感器(20)、动水压力传感器(21)、传输导线(22)、信号控制集成单元(23)和动态响应采集单元(24)，其中：防水六分量测力天平(18)、位移传感器(19)、加速度传感器(20)和动水压力传感器(21)通过传输导线(22)或无线与信号控制集成单元(23)进行实时通讯和交互，试验测试分析系统(3)对信号控制集成单元(23)采集的风浪流耦合场环境参数和桥梁全桥弹性模型(2)的位移、加速度、水下基础表面动水压力分布、基底六分力的动态响应参数，并实现上述参数的空间相关、时间连续及同步的测量和分析。