一种侧向振动装置的制作方法

本发明涉及人行桥侧向振动研究领域，具体涉及一种侧向振动装置。

背景技术：

近年来，为了缓解城市人口快速增长对交通的负担，保障行人的安全，同时考虑到城市的布局和景观需求，大跨径的人行桥开始频频出现。随着大跨径、轻型化的方向发展，人行桥本身质量降低，伴随着的是其本身机构阻尼的降低，这就导致了桥梁自振频率的大幅下降。大跨径人行桥的结构频率接近人行走频率时就可能产生大幅度振动，这就是我们所谓的共振。由于行人行走时产生的周期性侧向力导致了不少大幅侧向振动问题引起了人们的注意：2000年，英国伦敦千禧桥(londonmillenniumbridge)在开通当天高峰时约有2000人同时在桥上，随着大批人流的穿越，千禧桥发生了意料之外的大幅度侧向振动，严重地影响到行人的步行舒适性及安全性，千禧桥不得不关闭。2010年，柬埔寨金边，大量前来庆祝泼水节的民众通过桥上岛，由于人数过多致使桥梁大幅振动，振动又进而引发了桥上行人的不安，大家你推我攘，最终酿成了令人唏嘘的事故，事故造成至少450人死亡、700多人受伤的特大人行桥悲剧。世界各地的大跨径人行桥接二连三的出现大幅侧向振动引起了学者们的注意，该领域的研究除了结构本身的力学研究，更多的是侧重于行人步行与桥梁的相互作用研究，直接封闭大跨径人行桥进行实地测试的可能性很小，更多的是依赖于实验室的实验台重现，而能够提供侧向振动的装置，主要是用于抗震研究的振动台，造价昂贵并且并不针对行人与人行桥相互作用设计。因此，一种能够提供侧向振动的简易装置用于行人与人行桥的相关研究是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种侧向振动装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种侧向振动装置，包括固定结构(1)、平动台(2)、马达支架(3)，所述固定结构为左右对称结构，包括左后端锁定(101)、左后端防撞挡板(102)、左前端锁定(103)、左前端防撞挡板(104)、左u型槽(105)、右后端锁定(106)、右后端防撞挡板(107)、右前端锁定(108)、右前端防撞挡板(109)、右u型槽(110)，所述左后(左前、右后、右前)端锁定(101，103，106，108)其特征在于：由一组三个锁定装置组成，所述平动台(2)位于固定结构(1)之上包括支撑框(201)、左后端连接螺栓(202)、左前端连接螺栓(203)、右后端连接螺栓(204)、右前端连接螺栓(205)、左后端滑轮(206)、左前端滑轮(207)、右后端滑轮(208)、右前端滑轮(209)、支撑框螺母(210)、支撑框变异螺栓(211)、连接杆件(212)、转动盘支柱(213)、转动盘(214)、转动连接头(215)、变速马达(216)、转动盘螺母(217)、转动盘变异螺栓(218)、左后端轮轴(219)、左前端轮轴(220)、右后端轮轴(221)、右前端轮轴(222)。所述马达支架(3)为左右对称结构包括左支架固定(301)、右支架固定(302)、支架固定支撑(303)、支架活动支撑(304)、左支架螺栓(305)、右支架螺栓(306)。

进一步的，所述的左u型槽(105)由左后端锁定(101)和左前端锁定(103)两端固定在地面上，两端由左前端防撞挡板(104)和左后端防撞挡板(102)封闭，长度＝支撑框的长度+转动盘直径+安全距离，高度＝滑轮半径-安全距离，左u型槽的内距＝滑轮的宽度，安全距离取2cm，右u型槽(110)特征与左u型槽(105)相同。

进一步的，所述的左后端防撞挡板(102)、左前端防撞挡板(104)、右后端防撞挡板(107)和右前端防撞挡板(109)防撞挡板内填充有缓冲材料，高度＝滑轮直径+安全距离，安全距离取2cm。

进一步的，所述的支撑框(201)为规则的矩形框，支撑框(201)上有左后端连接螺栓(202)、左前端连接螺栓(203)、右后端连接螺栓(204)和右前端连接螺栓(205)四组连接螺栓，用以与其他实验装置连接。

进一步的，所述的连接杆件(212)两端为等大的圆环，连接杆件(212)的两端圆环内径略大于支撑框变异螺栓(211)和转动盘变异螺栓(218)，圆环内均匀涂有润滑油，连接杆件(212)的中间是直杆。

进一步的，所述的支撑框变异螺栓(211)和转动盘变异螺栓(218)均为经过处理的螺栓，支撑框变异螺栓(211)和转动盘变异螺栓(218)下端与连接杆件(212)接触，接触的部分是光滑的、上端与支撑框螺母(210)或转动盘螺母(217)接触，接触的部分是有相对应纹路的。

进一步的，所述的转动盘(214)两端形状不同，与连接杆件(212)相连的一端保持与支撑框(201)侧相同，另一端在此基础上左右各对称的多出一长方体块，多出的两长方体块的质量之和与连接杆件(212)的一半质量和转动盘螺母(217)的质量之和相等；转动盘(214)与连接杆件相连的一端为可调节的，可根据需要调节半径；转动盘(214)中部为有纹路的圆柱体，圆柱体中心处是空心的圆柱体；转动盘(214)下方有转动盘支柱(213)作为支撑。

进一步的，所述的转动盘支柱(213)分为上端圆柱体和下端圆柱体，两端圆柱体的直径高度均不相同，空心圆柱体的直径和高度与转动盘(214)下方的转动盘支柱(213)的上侧圆柱体相同，转动盘支柱(213)的总高度应确保连接杆件(212)两端在同一高度上。

进一步的，所述的转动盘(214)通过转动连接头(215)与变速马达(216)相连，转动连接头(215)分为上下两部分，下半部分有纹路，纹路与转动盘(214)中部圆柱体上的纹路契合，可通过顺时针旋转拧紧，上半部分也有纹路，纹路与变速马达(216)的纹路契合，可通过顺时针拧紧。

马达通过转动连接头带动转动盘以特定转速转动，转动盘与连接杆件相连的一端的圆环随转动盘做圆周运动，推动连接杆件，支撑框在左右u型槽的限制下具有单自由度，连接杆件推动支撑框沿u型槽方向做往复运动。本发明所提供的往复运动近似简谐运动，能够很好的模拟行人所受到的侧向振动，平动台侧向位移计算公式如下：

其中x为平动台侧向位移，l为连接杆件长度，r为转动盘半径，θ为转动盘靠近连接杆件一侧与初始位置之间的转动角度，当l＞＞r时，很小可近似忽略，转动盘半径可调节，能够提供满足不同实验条件的侧向振动振幅，支撑框上有连接螺栓，可以在支撑框上安装跑步机等实验器械，本发明主要用来提供侧向振动，平动台上的实验装置未做限定，能为实验提供更多可能性。

本发明的有益效果是：侧向振动装置以变速马达为动力装置，可变速的马达，调整其转速并通过转换能够提供满足不同实验条件的侧向振动频率。

附图说明

图1为侧向振动装置的西南等轴测结构示意图；

图2为侧向振动装置的东南等轴测结构示意图；

图3为侧向振动装置的轮轨出剖面图；

图4为侧向振动装置的连接杆两端剖面图；

图5为侧向振动装置的马达连接处剖面图；

图6为侧向振动装置的马达支架图；

图中，1-固定结构，101-左后端锁定，102-左后端防撞挡板，103-左前端锁定，104-左前端防撞挡板，105-左u型槽，106-右后端锁定，107-右后端防撞挡板，108-右前端锁定，109-右前端防撞挡板，110-右u型槽，2-平动台，201-支撑框，202-左后端连接螺栓，203-左前端连接螺栓，204-右后端连接螺栓，205-右前端连接螺栓，206-左后端滑轮，207-左前端滑轮，208-右后端滑轮，209-右前端滑轮，210-支撑框螺母，211-支撑框变异螺栓，212-连接杆件，213-转动盘支柱，214-转动盘，215-转动连接头，216-变速马达，217-转动盘螺母，218-转动盘变异螺栓，219-左后端轮轴，220-左前端轮轴，221-右后端轮轴，222-右前端轮轴，3-马达支架，301-左支架固定，302-右支架固定，303-支架固定支撑，304-支架活动支撑，305-左支架螺栓，306-右支架螺栓。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1-2所示，该侧向振动装置包括固定结构、平动台、马达支架，固定结构中，左u型槽105在两端加装左后端防撞挡板102和左前端防撞挡板104后，由左后端锁定101和左前端锁定102两端共同锁定在地面上，右u型槽110在两端加装右后端防撞挡板107和右前端防撞挡板109后，由右后端锁定106和右前端锁定108两端共同锁定在地面上，根据固定结构锁定在地面上的位置，确定转动盘支柱213的位置，转动盘支柱213在左u型槽105和右u型槽110的中轴线上，转动盘支柱213与左前端锁定203与右前端锁定205中点的距离＝支撑框201长度+连接杆件212长度+转动盘214半径-连接杆件212中圆环的直径。

如图3所示，在支撑框下201安装四个滑轮(左后端滑轮206、左前端滑轮207、右后端滑轮208、右前端滑轮209)，以左后端滑轮206为例，左后端滑轮206通过左后端轮轴219，锁定在支撑框201的侧面和地面，放置在左u型槽105内。

如图4所示，将转动盘214安装在转动盘支柱213上，再将转动连接头215下半部分的纹路以顺时针方向的方式与转动盘214中部圆柱体拧紧，变速马达216同样以顺时针方式与转动连接头215的上半部分拧紧。

如图5所示，将连接杆件212通过支撑框变异螺栓211和支撑框螺母210安装到支撑框201上，并在支撑框变异螺栓211上涂抹润滑油保证转动的流畅性，同样的，连接杆件的另一端通过转动盘变异螺栓218和转动盘螺母217安装到转动盘214上，并在转动盘变异螺栓218上涂抹润滑油保证转动的流畅性。

如图6所示，在变速马达216与转动盘214完成连接后，在对应位置安装马达支架3，使得变速马达216的中心处在支架固定支撑303和支架活动支撑304的中间，先将支架固定支撑303通过左支架固定301和右支架固定锁定302在地面上，再将支架活动支撑304通过左支架螺栓305和右支架螺栓306与支架固定支撑303连接。

通过以上方式完成本发明的初步安装，将实验所需的其他装置如跑步机等通过支撑框上的连接螺栓与平动台相连，再根据实验对侧向振动的频率和振幅的要求，调节变速马达的转速和转动盘半径，将变速马达接通电源，可开始测试。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。