專利名稱：基于損傷識別的獨塔斜拉橋試驗模型的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用于橋梁試驗科學研究的基于損傷識別的獨塔斜拉橋模 型試驗模型。
背景技術：
模型試驗研究是橋梁工程師和橋梁科技工作者借以確定和探索復雜橋梁結構受 力狀態(tài)的重要手段之一。要進行模型試驗，首要是要先設計出試驗模型。針對斜拉橋結構， 國內的模型試驗研究主要針對某些重要的特大斜拉橋結構展開，目的是驗證橋梁施工過程 的安全性及成橋后大橋安全性和可靠性，檢驗設計理論參數(shù)及理論計算的正確性。目前斜 拉橋模型試驗的研究現(xiàn)狀如下1,1999年第3期《長沙交通學院學報》介紹了一種大型三塔斜拉橋鋁合金模型試 驗系統(tǒng)。該模型將岳陽洞庭湖大橋按照1 30比例縮尺，試驗模型主梁采用了鋁合金節(jié)段 鑄造工藝，在試驗臺上進行拼裝的方式，橋塔也采用了分段鑄造拼裝的工藝，采用預埋螺桿 技術對解決了拉索與橋塔定位難的問題，同時采用空心鋁棒作為石英砂型芯襯托，保證了 型芯的成型性和強度。拉索采用高強鋼絲，索力測試則采用測力裝置串聯(lián)在索中的方式。2,2002年第2期《橋梁工程》介紹了荊州長江公路橋整體模型試驗。該模型為一 雙塔雙索面斜拉橋，主梁采用鋁板，頂板與主肋采用粘栓結合方式制造，主塔采用Q235鋼焊 接，斜拉索采用高強鋼絲，索力測試采用在拉索上粘帖電阻應變片的方式進行。3,2008年第1期《世界橋梁》介紹了吉林蘭旗松花江特大橋的靜力試驗模型。該 模型包括主梁、主塔、邊墩及斜拉索。主梁分成15段制造后拼裝，主梁構件以及主梁節(jié)段之 間采用膠粘結合鉚釘連接而成。橋塔采用Q235B碳素結構鋼分成上、中、下三段焊接而成。 斜拉索由上、下錨件、中間連接段、測力裝置和索力調整裝置串聯(lián)而成。上述模型橋結構形式均為多塔(三塔、兩塔)結構，主梁的制造工藝采用鑄造或粘 鉚、粘栓的連接方式，制作復雜，不便于構件的更換(不能進行損傷模擬)，索力測試采用串 聯(lián)測力裝置在拉索中，對拉索的剛度造成了一定程度的改變，而在拉索上粘帖應變片的方 式則質量難以保證，不能長期進行監(jiān)測。隨著橋梁服役期增長，越來越多的橋梁出現(xiàn)或進入損傷服役階段，目前橋梁結構 的損傷識別是研究重點和熱點問題，但現(xiàn)階段尚沒有針對損傷識別的獨塔斜拉橋試驗模型。
實用新型內容本實用新型的目的就在于針對現(xiàn)有技術的不足提供一種用于損傷識別的獨塔斜 拉橋試驗模型，基于本實用新型不僅可以完成同類型模型試驗的功能，同時本實用新型可 以方便的模擬斜拉橋結構的各種損傷狀態(tài)，從而實現(xiàn)對斜拉橋結構的損傷識別方法進行試 驗研究；且基于本實用新型能夠在未改變拉索剛度的情況下可以實現(xiàn)實時、快捷的測量索 力，解決了斜拉橋模型試驗中索力測量難的難題。[0009]本實用新型的技術方案為本實用新型包括獨塔斜拉橋試驗模型部分和設置在模型上的索力測試系統(tǒng)；所述獨塔斜拉橋試驗模型部分包括裝配在一起的主梁、主塔、斜拉索、支座、基座 和支撐立柱。主梁與主塔采用擠壓連接，塔梁交接處主梁下方設有支撐立柱支撐于基座上， 主梁的兩端通過支座與基座連接，主塔與斜拉索的連接采用夾具連接，拉索與主梁連接，主 塔與基座采用螺栓連接；所述主梁由不同長度規(guī)格的節(jié)段拼裝而成，各節(jié)段的規(guī)格長度和 厚度依實際要求設置。所述索力測試系統(tǒng)包括錨固螺桿、找平塊、壓力環(huán)傳感器、調節(jié)螺母錨固螺桿與 模型的斜拉索連接，錨固螺桿的下部依次穿過主梁、找平塊、壓力環(huán)傳感器，并通過調節(jié)螺 母連接在主梁上，找平塊、壓力環(huán)傳感器置于主梁翼緣下側。其工作原理是在測試時將壓力 環(huán)傳感器與測試儀器用導線連接，然后通過擰緊調節(jié)螺母，拉索伸長，壓力環(huán)傳感器受壓， 通過壓力環(huán)傳感器的測試數(shù)據(jù)計算斜拉索的索力值。在測試時將壓力環(huán)傳感器與測試儀器 用導線連接，可以實時、快捷的對斜拉索索力進行測量。本實用新型所述主梁采用鋁合金材料，截面形式采用箱型，每一節(jié)段分別由頂板、 腹板、底板及加勁肋連接而成，損傷源的模擬采用改變節(jié)段板厚的方法實現(xiàn)，通過節(jié)段位 置、節(jié)段長度的改變可方便的模擬不同位置和不同大小的損傷，而更換板厚的不同可模擬 同一位置損傷程度的不同。所述主塔為H型，采用工字型鋼焊接而成；斜拉索采用高強鋼絲 繩；基座采用型鋼焊接而成。所述索力測試系統(tǒng)中所述壓力環(huán)傳感器為在一壓力環(huán)上粘帖 4個電阻應變片而構成；壓力環(huán)傳感器之壓力環(huán)材料采用鋁合金，截面為環(huán)形，壁厚及環(huán)高 根據(jù)模型斜拉橋斜拉索索力及電阻應變片的有效量程計算而定。本實用新型的有益效果為本模型同國內同類型的試驗模型相比，具有下述優(yōu)點1、本模型可以滿足多種試驗功能的要求。不僅可以完成同類型模型試驗的功能， 即斜拉橋結構動、靜力性能的模型試驗，對設計理論、大橋的安全性、可靠性等進行驗證，同 時本模型可以方便的模擬斜拉橋結構的各種損傷狀態(tài)，對斜拉橋結構的損傷識別方法進行 試驗研究；2、模型組裝簡單，易于操作；3、模型在未改變拉索剛度的情況下可以實現(xiàn)實時、快捷的測量索力，解決了斜拉 橋模型試驗中索力測量難的難題。
圖1-1為本發(fā)明的試驗模型結構布置圖。圖1-2為圖1-1的左視圖。圖2為主梁節(jié)段劃分平面布置示意圖。圖3為主梁截面構造示意圖。圖4-1和圖4-2為基座結構示意圖。圖5為索力測試系統(tǒng)的結構示意圖。圖中1.主梁，2.主塔，3.斜拉索，4.支座，5.基座，6，支撐立柱，7.主梁節(jié)段(1)， 8.主梁節(jié)段O)，9.主梁節(jié)段(3)，10.主梁節(jié)段(4)，11.主梁節(jié)段(5)，12.頂板，13.底板，14.腹板，15.加勁肋，16.連接螺栓，17.弦桿，18.豎桿，19.端弦桿，20.腹桿，21.端腹桿， 22.卡位螺釘，23.錨固螺桿，24.找平塊，25.壓力環(huán)傳感器，26.調節(jié)螺母
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明，但不作為對本實用新型的限 制。如附圖1至5所述本實用新型主要包括獨塔斜拉橋試驗模型和設置在獨塔斜拉橋 試驗模型上的索力測試系統(tǒng)。如圖1所示，獨塔斜拉橋試驗模型主要由主梁1、主塔2、斜拉 索3、支座4、基座5和支撐立柱6組成。主梁1與主塔2采用擠壓連接，塔梁交接處主梁1 下方設3根立柱支撐6于基座5上，主梁1兩端通過支座4與基座5連接。主塔2與斜拉索 3的連接采用夾具連接，拉索3與主梁1采用錨固螺桿23連接。主塔2與基座5通過螺栓連 接。主梁1采用了五種規(guī)格長度(分別為節(jié)段(1)0. 18m，節(jié)段(2)0. 2 ，節(jié)段(3)0. 36m， 節(jié)段(4)0. 48m，節(jié)段(5)0. 14m)的節(jié)段7、9、9、10、11拼裝而成，如圖2所示。不同規(guī)格長 度的節(jié)段可以方便的模擬不同位置、不同大小的損傷，而且節(jié)段的位置可任意互換。圖3為 主梁1得到截面構造，材料采用鋁合金，頂板12與底板13通過連接螺栓16連接，頂板12 與腹板14、底板13與腹板14通過加勁肋15用連接螺栓16連接，頂板12可以選用不同規(guī) 格(厚度為3mm，2mm，Imm等)，通過更換板厚來實現(xiàn)損傷程度的模擬。圖4為基座5的結構 圖，基座5采用桁架形式，由弦桿17、豎桿18、腹桿20及端弦桿19、端腹桿21焊接而成，構 件17——21均采用型鋼。如圖5所示為本實用新型中索力測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由卡位螺釘22，錨固螺桿 23，找平塊M，壓力環(huán)傳感器25，調節(jié)螺母沈構成。錨固螺桿23通過卡位螺釘22與斜拉 索3連接，擰緊卡位螺釘22后，拉索3與錨固螺桿23連為整體。錨固螺桿23在找平塊M 以上部分采用光面，以減小與主梁1接觸處的摩擦，找平塊22根據(jù)斜拉索3與主梁1的夾 角分組制作，共18組，壓力環(huán)傳感器25為在一個壓力環(huán)上粘帖4個電阻應變片而形成，壓 力環(huán)傳感器之壓力環(huán)材料采用鋁合金，截面為環(huán)形，壁厚及環(huán)高根據(jù)模型斜拉橋斜拉索索 力及電阻應變片的有效量程計算而定。其工作原理是通過擰緊調節(jié)螺母26，斜拉索3伸長， 壓力環(huán)傳感器25的壓力環(huán)處于受壓狀態(tài)，壓力環(huán)傳感器25連接測試儀器，測試時可以選擇 全橋或半橋方法，通過壓力環(huán)傳感器25的測試數(shù)據(jù)就能夠計算出斜拉索的索力值。
權利要求1.一種基于損傷識別的獨塔斜拉橋試驗模型，其特征在于其包括獨塔斜拉橋試驗模 型部分和設置在模型上的索力測試系統(tǒng)；所述獨塔斜拉橋試驗模型部分包括裝配在一起的主梁、主塔、斜拉索、支座、基座和支 撐立柱。主梁與主塔采用擠壓連接，塔梁交接處主梁下方設有支撐立柱支撐于基座上，主梁 的兩端通過支座與基座連接，主塔與斜拉索的連接采用夾具連接，拉索與主梁連接，主塔與 基座采用螺栓連接；所述主梁由不同長度規(guī)格的節(jié)段拼裝而成，各節(jié)段的規(guī)格長度和厚度 依實際要求設置。所述索力測試系統(tǒng)包括錨固螺桿、找平塊、壓力環(huán)傳感器、調節(jié)螺母錨固螺桿與模型 的斜拉索連接，錨固螺桿的下部依次穿過主梁、找平塊、壓力環(huán)傳感器，并通過調節(jié)螺母連 接在主梁上，找平塊、壓力環(huán)傳感器置于主梁翼緣下側。其工作原理是在測試時將壓力環(huán)傳 感器與測試儀器用導線連接，然后通過擰緊調節(jié)螺母，拉索伸長，壓力環(huán)傳感器受壓，通過 壓力環(huán)傳感器的測試數(shù)據(jù)計算斜拉索的索力值。在測試時將壓力環(huán)傳感器與測試儀器用導 線連接，可以實時、快捷的對斜拉索索力進行測量。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于損傷識別的獨塔斜拉橋試驗模型，其特征在于所述主 梁采用鋁合金材料，截面形式采用箱型；所述主塔為H型，采用工字型鋼焊接而成；斜拉索 采用高強度鋼絲繩；基座采用型鋼焊接而成。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于損傷識別的獨塔斜拉橋試驗模型，其特征在于所述每 一節(jié)段分別由頂板、腹板、底板及加勁肋連接而成。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于損傷識別的獨塔斜拉橋試驗模型，其特征在于所述索 力測試系統(tǒng)中所述壓力環(huán)傳感器為在一壓力環(huán)上粘帖4個電阻應變片而構成；壓力環(huán)傳感 器之壓力環(huán)材料采用鋁合金，截面為環(huán)形，壁厚及環(huán)高根據(jù)模型斜拉橋斜拉索索力及電阻 應變片的有效量程計算而定。
專利摘要本實用新型涉及一利適用于橋梁試驗科學研究的基于損傷識別的獨塔斜拉橋模型試驗模型。本實用新型所述獨塔斜拉橋試驗模型部分包括裝配在一起的主梁、主塔、斜拉索、支座、基座和支撐立柱。主梁與主塔采用擠壓連接，塔梁交接處主梁下方設有支撐立柱支撐于基座上，主梁的兩端通過支座與基座連接，主塔與斜拉索的連接采用夾具連接，拉索與主梁連接，主塔與基座采用螺栓連接；所述主梁由不同長度規(guī)格的節(jié)段拼裝而成，各節(jié)段的規(guī)格長度和厚度依實際要求設置。本實用新型不僅可以完成同類型模型試驗的功能，同時本實用新型可以實現(xiàn)對斜拉橋結構的損傷識別方法進行試驗研究，且解決了斜拉橋模型試驗中索力測量難的難題。
文檔編號G01L5/10GK201926464SQ20102059749
公開日2011年8月10日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權日2010年11月9日
發(fā)明者李延強, 杜彥良, 符瑞安 申請人:石家莊鐵道大學