专利摘要

本实用新型提供了自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置。利用本装置可在良好的自然风场中开展超长斜拉索气弹模型风致振动试验，相比于传统风洞试验方法，装置不需要占用风洞及昂贵的试验设备，能耗低，试验成本低，而且模型尺寸不受风洞尺寸限制，因此可实现超大比例斜拉索气弹模型试验，试验精度可以大幅提升。相比于实桥现场试验，本装置方便改变拉索长度、质量、倾角、风偏角、索力、刚度、阻尼等参数，因此更便于开展全面系统的研究，且便于获得斜拉索风致内力及大幅振动时程。

权利要求

1.一种自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，其特征在于，所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置包括刚性塔柱(1)、塔柱套环(2)、套环支架(3)、斜拉索模型(4)、索力计(5)、张拉千斤顶(6)、锚碇(7)；刚性塔柱(1)嵌固于地基，保证其具有足够高度、强度及刚度；塔柱套环(2)套在刚性塔柱(1)顶部，与顶端有50～100cm距离，并且有足够强度；套环支架(3)支撑保证塔柱套环(2)在承受斜向拉力作用下不会沿刚性塔柱(1)下滑，塔柱套环(2)可绕刚性塔柱(1)自由滑动；斜拉索模型(4)上端与塔柱套环(2)连接，下端连接索力计(5)；索力计(5)与张拉千斤顶(6)串联后，与地面锚碇(7)固接；斜拉索模型(4)索力时程通过索力计(5)采集；通过张拉千斤顶(6)调整斜拉索模型(4)的张拉力，进而改变模型张拉刚度及振动频率；根据气象预报，预先调整斜拉索模型(4)的空间姿态，即改变上、下端点位置；现场试验时风场参数通过三维风速仪监测。

2.根据权利要求1所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，其特征在于，所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置还包括加速度传感器(8)或高速摄像机(9)，斜拉索模型(4)风致振动信号采用加速度传感器(8)或高速摄像机(9)采集。

3.根据权利要求1或2所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，其特征在于，所述的斜拉索模型(4)长度在30～70m范围内。

4.根据权利要求1或2所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，其特征在于，所述的刚性塔柱(1)采用钢管混凝土制作，高度为20～30m，钢管外径为1.0～1.2m，钢管壁厚为12.0～15.0mm。

5.根据权利要求3所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，其特征在于，所述的刚性塔柱(1)采用钢管混凝土制作，高度为20～30m，钢管外径为1.0～1.2m，钢管壁厚为12.0～15.0mm。

6.根据权利要求1、2或5所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，其特征在于，所述的刚性塔柱(1)左右对称布置同样的斜拉索模型(4)、索力计(5)、张拉千斤顶(6)及锚碇(7)，同时完成两组试验，方便对比分析。

7.根据权利要求3所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，其特征在于，所述的刚性塔柱(1)左右对称布置同样的斜拉索模型(4)、索力计(5)、张拉千斤顶(6)及锚碇(7)，同时完成两组试验，方便对比分析。

8.根据权利要求4所述的自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，其特征在于，所述的刚性塔柱(1)左右对称布置同样的斜拉索模型(4)、索力计(5)、张拉千斤顶(6)及锚碇(7)，同时完成两组试验，方便对比分析。

说明书

技术领域

本实用新型属于桥梁抗风设计中斜拉桥拉索风致振动试验研究技术领域，涉及一种自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置。

背景技术

斜拉索是斜拉桥的关键承力构件，随着斜拉桥跨径的不断增大，其柔度增大，阻尼减小，在风荷载、风雨共同作用下可能发生大幅振动。斜拉索常见的风致振动主要包括涡激振动、驰振和风雨激振。斜拉索的风致大幅振动容易引起拉索锚固处的疲劳，影响其使用性能和桥梁行车舒适性。因此，斜拉索风致振动是一个亟待解决的问题，需要严格控制。以往斜拉索风致振动以及风雨激振试验通常在风洞实验室中开展，优点在于流场风速可控，流场品质良好。然而，对于大部分风洞，由于受限于其尺寸，斜拉索一般采用刚性模型。只有少数大型风洞(风洞宽度大于10m)才可以方便开展气弹模型试验，然而模型比例(小于1:20，甚至1:50)仍然较小。实际桥梁现场实测虽然可以获得拉索风致振动及风雨激振最实际的特征，但实桥不便开展不同参数(长度、质量、阻尼比、倾角、风向角等)条件下索力和振动的实测研究，即基本不具有可控性。针对风洞试验和现场实测方法研究斜拉索风致振动面临的不足，提出在自然风场中开展超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，具有其相对优势和特色。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对斜拉桥斜拉索风致振动和风雨激振研究的需要，提供一种可以弥补目前风洞试验方法及实桥观测方法面临的不足，在良好的自然风场中开展不同工况条件下超长斜拉索气弹模型风致振动的试验装置。该装置主要包括刚性高强塔柱、塔柱套环、套环支架、斜拉索、索力计、张拉千斤顶和地面锚碇。另外，可以根据试验条件和需求，增设加速度传感器或高速摄像机等仪器设备采集。

本实用新型的技术方案：

自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，置于具有良好自然风场条件的平坦开阔试验场地(比如海边或山顶)。场地满足风速高、风场稳、紊流度低，风场持时长等条件。试验装置包括刚性塔柱1、塔柱套环2、套环支架3、斜拉索模型4、索力计5、张拉千斤顶6、地面锚碇7，另可根据试验条件，增设加速度传感器或高速摄像机等仪器设备。刚性立柱1嵌固于地基，保证足够高度、强度及刚度；塔柱套环2套在刚性塔柱1顶部，与顶端保留几十厘米距离，并且有足够强度的套环支架3支撑塔柱套环2在承受斜向拉力作用下保证不会沿刚性立柱1下滑；斜拉索模型4上端与套环2套接，下端连接索力计5；索力计5与张拉千斤顶6串联后，与地面锚碇7固接。塔柱套环2可以绕刚性塔柱1自由滑动，这样可以便于调整斜拉索模型4上端的平面位置，从而方便(无需工作人员爬高到塔顶专门处理)调整斜拉索模型4的空间姿态。单根斜拉索模型4张拉受力会对刚性塔柱1造成附加弯矩，刚性塔柱1越高，斜拉索模型4索力越大，刚性塔柱1弯矩越大，结构越危险。因此，为了尽可能减小附加弯矩，提高安全性和增大索力试验范围，建议在刚性塔柱1左右对称布置同等型号的斜拉索、索力计、千斤顶及锚碇，而且可以同时完成两组试验，便于对比分析。不同试验条件下，拉索风致振动信号可以采用加速度传感器或高速摄像机等仪器设备采集，拉索索力时程可以通过索力计采集。通过张拉千斤顶6可以调整斜拉索模型4的张拉力，进而改变模型张拉刚度及振动频率。根据气象预报，可以预先调整斜拉索4的空间姿态，即改变斜拉索4上、下端点位置。现场试验时风场参数(风速，风向等)可以通过三维风速仪监测。

所述的刚性塔柱1应有足够的高度、强度和刚度，出于经济性和安全性考虑，所述的刚性塔柱1一般可以采用钢管混凝土制作，高度一般为20～30m，钢管外径一般为1.0～1.2m，钢管壁厚一般为12.0～15.0mm。若刚性塔柱1外径太大，不仅会提高造价，且会增加钢管对流场的干扰效应；刚性立柱1外径太小则难以保证其强度和刚度，可能存在安全隐患。

出于经济性和安全性考虑，所述的斜拉索模型4长度一般在30～70m范围内。

所述的斜拉索模型4大大长于风洞试验斜拉索模型，且可以实现不同倾角、不同刚度、不同质量、不同风偏角条件下风致振动试验和风雨激振试验。同时也可以完成相关静力试验或端点激励参数振动试验。

所述的索力计5和张拉千斤顶6根据斜拉索模型4的质量、抗拉强度、刚度及试验工况要求确定。

所述的套环支架3及塔柱套环2的有足够的强度、刚度满足斜拉索模型4的索力及试验安全的要求，塔柱套环2可采用钢绞线或其它高强材料制作。

本实用新型的有益效果：在良好的自然风场中开展超长斜拉索气弹模型风致振动试验，具有如下优越性：(1)无需大型风洞试验设备，节省大量能耗，试验装置成本低；(2)模型长度相对风洞试验可以提高5倍，甚至更大，拉索模型直径可以达到10cm，甚至更大，而风洞实验室模型直径一般都小于5cm，因此自然风场试验精度相对更高；(3)自然风场特性无法在风洞实验室真实模拟，有些参数(如风速谱，积分尺度等)差别很大；(4)相对实桥斜拉索，本装置方便改变长度、质量、倾角、风偏角、索力、刚度、阻尼等参数，因此更便于开展全面系统研究；(5)相对实桥拉索，本装置便于获得斜拉索风致内力及大幅振动时程。

附图说明

图1是自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置的构造图。

图2是塔柱套环及套环支架位置局部构造图。

图中：1刚性塔柱；2塔柱套环；3套环支架；4斜拉索模型；5索力；6张拉千斤顶；7锚碇；8加速度传感器；9高速摄像机。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图，详细叙述本实用新型的具体实施方式：

如图1、图2所示，自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置，包括刚性塔柱1、塔柱套环2、套环支架3、斜拉索模型4、索力计5、张拉千斤顶6、锚碇7。刚性塔柱1嵌固于地基，保证其具有足够高度、强度及刚度；塔柱套环2套在刚性塔柱1顶部，与顶端有50～100cm的距离，并且有足够强度；套环支架3支撑保证塔柱套环2在承受斜向拉力作用下不会沿立柱1下滑，塔柱套环2可以绕塔柱1自由滑动；斜拉索模型4上端与套环2连接，下端连接索力计5；索力计5与张拉千斤顶6串联后，与地面锚碇7固接。为了提高安全性和增大索力试验范围，可以在刚性塔柱1左右对称布置同等型号的斜拉索模型4、索力计5、张拉千斤顶6及锚碇7。不同试验条件下，斜拉索风致振动信号可以采用加速度传感器8或高速摄像机9等仪器设备采集，拉索索力时程可以通过索力计5采集。通过张拉千斤顶6可以调整斜拉索模型4的张拉力，进而改变模型张拉刚度及振动频率。根据气象预报，可以预先调整斜拉索模型4的空间姿态，即改变上、下端点位置。现场试验时风场参数(风速，风向等)可以通过三维风速仪监测。

自然风场中超长斜拉索气弹模型风致振动试验装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。