专利名称：基于损伤识别的独塔斜拉桥试验模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于桥梁试验科学研究的基于损伤识别的独塔斜拉桥模 型试验模型。
背景技术：
模型试验研究是桥梁工程师和桥梁科技工作者借以确定和探索复杂桥梁结构受 力状态的重要手段之一。要进行模型试验，首要是要先设计出试验模型。针对斜拉桥结构， 国内的模型试验研究主要针对某些重要的特大斜拉桥结构展开，目的是验证桥梁施工过程 的安全性及成桥后大桥安全性和可靠性，检验设计理论参数及理论计算的正确性。目前斜 拉桥模型试验的研究现状如下1,1999年第3期《长沙交通学院学报》介绍了一种大型三塔斜拉桥铝合金模型试 验系统。该模型将岳阳洞庭湖大桥按照1 30比例缩尺，试验模型主梁采用了铝合金节段 铸造工艺，在试验台上进行拼装的方式，桥塔也采用了分段铸造拼装的工艺，采用预埋螺杆 技术对解决了拉索与桥塔定位难的问题，同时采用空心铝棒作为石英砂型芯衬托，保证了 型芯的成型性和强度。拉索采用高强钢丝，索力测试则采用测力装置串联在索中的方式。2,2002年第2期《桥梁工程》介绍了荆州长江公路桥整体模型试验。该模型为一 双塔双索面斜拉桥，主梁采用铝板，顶板与主肋采用粘栓结合方式制造，主塔采用Q235钢焊 接，斜拉索采用高强钢丝，索力测试采用在拉索上粘帖电阻应变片的方式进行。3,2008年第1期《世界桥梁》介绍了吉林兰旗松花江特大桥的静力试验模型。该 模型包括主梁、主塔、边墩及斜拉索。主梁分成15段制造后拼装，主梁构件以及主梁节段之 间采用胶粘结合铆钉连接而成。桥塔采用Q235B碳素结构钢分成上、中、下三段焊接而成。 斜拉索由上、下锚件、中间连接段、测力装置和索力调整装置串联而成。上述模型桥结构形式均为多塔(三塔、两塔)结构，主梁的制造工艺采用铸造或粘 铆、粘栓的连接方式，制作复杂，不便于构件的更换(不能进行损伤模拟)，索力测试采用串 联测力装置在拉索中，对拉索的刚度造成了一定程度的改变，而在拉索上粘帖应变片的方 式则质量难以保证，不能长期进行监测。随着桥梁服役期增长，越来越多的桥梁出现或进入损伤服役阶段，目前桥梁结构 的损伤识别是研究重点和热点问题，但现阶段尚没有针对损伤识别的独塔斜拉桥试验模型。
实用新型内容本实用新型的目的就在于针对现有技术的不足提供一种用于损伤识别的独塔斜 拉桥试验模型，基于本实用新型不仅可以完成同类型模型试验的功能，同时本实用新型可 以方便的模拟斜拉桥结构的各种损伤状态，从而实现对斜拉桥结构的损伤识别方法进行试 验研究；且基于本实用新型能够在未改变拉索刚度的情况下可以实现实时、快捷的测量索 力，解决了斜拉桥模型试验中索力测量难的难题。[0009]本实用新型的技术方案为本实用新型包括独塔斜拉桥试验模型部分和设置在模型上的索力测试系统；所述独塔斜拉桥试验模型部分包括装配在一起的主梁、主塔、斜拉索、支座、基座 和支撑立柱。主梁与主塔采用挤压连接，塔梁交接处主梁下方设有支撑立柱支撑于基座上， 主梁的两端通过支座与基座连接，主塔与斜拉索的连接采用夹具连接，拉索与主梁连接，主 塔与基座采用螺栓连接；所述主梁由不同长度规格的节段拼装而成，各节段的规格长度和 厚度依实际要求设置。所述索力测试系统包括锚固螺杆、找平块、压力环传感器、调节螺母锚固螺杆与 模型的斜拉索连接，锚固螺杆的下部依次穿过主梁、找平块、压力环传感器，并通过调节螺 母连接在主梁上，找平块、压力环传感器置于主梁翼缘下侧。其工作原理是在测试时将压力 环传感器与测试仪器用导线连接，然后通过拧紧调节螺母，拉索伸长，压力环传感器受压， 通过压力环传感器的测试数据计算斜拉索的索力值。在测试时将压力环传感器与测试仪器 用导线连接，可以实时、快捷的对斜拉索索力进行测量。本实用新型所述主梁采用铝合金材料，截面形式采用箱型，每一节段分别由顶板、 腹板、底板及加劲肋连接而成，损伤源的模拟采用改变节段板厚的方法实现，通过节段位 置、节段长度的改变可方便的模拟不同位置和不同大小的损伤，而更换板厚的不同可模拟 同一位置损伤程度的不同。所述主塔为H型，采用工字型钢焊接而成；斜拉索采用高强钢丝 绳；基座采用型钢焊接而成。所述索力测试系统中所述压力环传感器为在一压力环上粘帖 4个电阻应变片而构成；压力环传感器之压力环材料采用铝合金，截面为环形，壁厚及环高 根据模型斜拉桥斜拉索索力及电阻应变片的有效量程计算而定。本实用新型的有益效果为本模型同国内同类型的试验模型相比，具有下述优点1、本模型可以满足多种试验功能的要求。不仅可以完成同类型模型试验的功能， 即斜拉桥结构动、静力性能的模型试验，对设计理论、大桥的安全性、可靠性等进行验证，同 时本模型可以方便的模拟斜拉桥结构的各种损伤状态，对斜拉桥结构的损伤识别方法进行 试验研究；2、模型组装简单，易于操作；3、模型在未改变拉索刚度的情况下可以实现实时、快捷的测量索力，解决了斜拉 桥模型试验中索力测量难的难题。
图1-1为本发明的试验模型结构布置图。图1-2为图1-1的左视图。图2为主梁节段划分平面布置示意图。图3为主梁截面构造示意图。图4-1和图4-2为基座结构示意图。图5为索力测试系统的结构示意图。图中1.主梁，2.主塔，3.斜拉索，4.支座，5.基座，6，支撑立柱，7.主梁节段(1)， 8.主梁节段O)，9.主梁节段(3)，10.主梁节段(4)，11.主梁节段(5)，12.顶板，13.底板，14.腹板，15.加劲肋，16.连接螺栓，17.弦杆，18.竖杆，19.端弦杆，20.腹杆，21.端腹杆， 22.卡位螺钉，23.锚固螺杆，24.找平块，25.压力环传感器，26.调节螺母
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但不作为对本实用新型的限 制。如附图1至5所述本实用新型主要包括独塔斜拉桥试验模型和设置在独塔斜拉桥 试验模型上的索力测试系统。如图1所示，独塔斜拉桥试验模型主要由主梁1、主塔2、斜拉 索3、支座4、基座5和支撑立柱6组成。主梁1与主塔2采用挤压连接，塔梁交接处主梁1 下方设3根立柱支撑6于基座5上，主梁1两端通过支座4与基座5连接。主塔2与斜拉索 3的连接采用夹具连接，拉索3与主梁1采用锚固螺杆23连接。主塔2与基座5通过螺栓连 接。主梁1采用了五种规格长度(分别为节段(1)0. 18m，节段(2)0. 2 ，节段(3)0. 36m， 节段(4)0. 48m，节段(5)0. 14m)的节段7、9、9、10、11拼装而成，如图2所示。不同规格长 度的节段可以方便的模拟不同位置、不同大小的损伤，而且节段的位置可任意互换。图3为 主梁1得到截面构造，材料采用铝合金，顶板12与底板13通过连接螺栓16连接，顶板12 与腹板14、底板13与腹板14通过加劲肋15用连接螺栓16连接，顶板12可以选用不同规 格(厚度为3mm，2mm，Imm等)，通过更换板厚来实现损伤程度的模拟。图4为基座5的结构 图，基座5采用桁架形式，由弦杆17、竖杆18、腹杆20及端弦杆19、端腹杆21焊接而成，构 件17——21均采用型钢。如图5所示为本实用新型中索力测试系统，该系统主要由卡位螺钉22，锚固螺杆 23，找平块M，压力环传感器25，调节螺母沈构成。锚固螺杆23通过卡位螺钉22与斜拉 索3连接，拧紧卡位螺钉22后，拉索3与锚固螺杆23连为整体。锚固螺杆23在找平块M 以上部分采用光面，以减小与主梁1接触处的摩擦，找平块22根据斜拉索3与主梁1的夹 角分组制作，共18组，压力环传感器25为在一个压力环上粘帖4个电阻应变片而形成，压 力环传感器之压力环材料采用铝合金，截面为环形，壁厚及环高根据模型斜拉桥斜拉索索 力及电阻应变片的有效量程计算而定。其工作原理是通过拧紧调节螺母26，斜拉索3伸长， 压力环传感器25的压力环处于受压状态，压力环传感器25连接测试仪器，测试时可以选择 全桥或半桥方法，通过压力环传感器25的测试数据就能够计算出斜拉索的索力值。
权利要求1.一种基于损伤识别的独塔斜拉桥试验模型，其特征在于其包括独塔斜拉桥试验模 型部分和设置在模型上的索力测试系统；所述独塔斜拉桥试验模型部分包括装配在一起的主梁、主塔、斜拉索、支座、基座和支 撑立柱。主梁与主塔采用挤压连接，塔梁交接处主梁下方设有支撑立柱支撑于基座上，主梁 的两端通过支座与基座连接，主塔与斜拉索的连接采用夹具连接，拉索与主梁连接，主塔与 基座采用螺栓连接；所述主梁由不同长度规格的节段拼装而成，各节段的规格长度和厚度 依实际要求设置。所述索力测试系统包括锚固螺杆、找平块、压力环传感器、调节螺母锚固螺杆与模型 的斜拉索连接，锚固螺杆的下部依次穿过主梁、找平块、压力环传感器，并通过调节螺母连 接在主梁上，找平块、压力环传感器置于主梁翼缘下侧。其工作原理是在测试时将压力环传 感器与测试仪器用导线连接，然后通过拧紧调节螺母，拉索伸长，压力环传感器受压，通过 压力环传感器的测试数据计算斜拉索的索力值。在测试时将压力环传感器与测试仪器用导 线连接，可以实时、快捷的对斜拉索索力进行测量。
2.根据权利要求1所述的基于损伤识别的独塔斜拉桥试验模型，其特征在于所述主 梁采用铝合金材料，截面形式采用箱型；所述主塔为H型，采用工字型钢焊接而成；斜拉索 采用高强度钢丝绳；基座采用型钢焊接而成。
3.根据权利要求1所述的基于损伤识别的独塔斜拉桥试验模型，其特征在于所述每 一节段分别由顶板、腹板、底板及加劲肋连接而成。
4.根据权利要求1所述的基于损伤识别的独塔斜拉桥试验模型，其特征在于所述索 力测试系统中所述压力环传感器为在一压力环上粘帖4个电阻应变片而构成；压力环传感 器之压力环材料采用铝合金，截面为环形，壁厚及环高根据模型斜拉桥斜拉索索力及电阻 应变片的有效量程计算而定。
专利摘要本实用新型涉及一利适用于桥梁试验科学研究的基于损伤识别的独塔斜拉桥模型试验模型。本实用新型所述独塔斜拉桥试验模型部分包括装配在一起的主梁、主塔、斜拉索、支座、基座和支撑立柱。主梁与主塔采用挤压连接，塔梁交接处主梁下方设有支撑立柱支撑于基座上，主梁的两端通过支座与基座连接，主塔与斜拉索的连接采用夹具连接，拉索与主梁连接，主塔与基座采用螺栓连接；所述主梁由不同长度规格的节段拼装而成，各节段的规格长度和厚度依实际要求设置。本实用新型不仅可以完成同类型模型试验的功能，同时本实用新型可以实现对斜拉桥结构的损伤识别方法进行试验研究，且解决了斜拉桥模型试验中索力测量难的难题。
文档编号G01L5/10GK201926464SQ20102059749
公开日2011年8月10日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者李延强, 杜彦良, 符瑞安 申请人:石家庄铁道大学