一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置的制作方法

本发明涉及桥梁风洞检测，具体为一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置。

背景技术：

1、风洞检测中实验中，桥梁模型由弹性支撑单元和阻尼支撑单元、端部支撑框架配合完成其在风洞中的固定，其中弹性支撑单元和阻尼支撑单元，分别用于模拟桥梁模型弹性约束，匹配目标振动频率、模拟结构阻尼，复现限幅振动特性。常规的弹性支撑单元有传统弹簧和可调电磁弹簧两种。

2、其中，传统弹簧静变形极大，模型姿态难以控制，振幅变化过程中，弹簧轴线易偏离初始受力方向，产生附加几何刚度分量，有效刚度随振动幅度动态变化，且更换弹簧、簧片需拆卸模型、重新校准静平衡与质心位置，且无法实现无级调节，单工况切换耗时数小时；电磁可调磁弹簧虽可实现无级调节，但线圈发热会导致磁场强度漂移，长时间试验刚度稳定性差；且电流与刚度呈非线性关系，需逐点标定，校准成本高。螺旋弹簧和磁弹簧在振荡作用下均会产生非线性的变形，弹簧在大扭转角或大竖向位移下，弹簧轴线偏离初始受力方向，产生附加几何刚度分量，有效刚度随振动幅度动态变化，直接扭曲涡振锁频区间与限幅幅值的测试结果。

3、此外构件迎风扰流影响显著，支撑弹簧和阻尼器等构件位于模型上游或侧方时，会产生尾流干扰，改变主梁断面的来流条件；传感器走线、附属构件也会额外扰流，引入不确定的附加气动力与阻尼，且干扰量难以定量修正。

技术实现思路

1、本发明的技术问题在于提供一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，以实现竖弯、扭转两类刚度的独立模拟，可精准匹配桥梁原型的弯扭振动特性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，包括风洞主体、桥梁模型和模型支撑系统，所述模型支撑系统用于将桥梁模型固定在风洞主体内，所述模型支撑系统包括模拟桥梁模型弹性约束的弹性约束单元和模拟桥梁模型结构阻尼的阻尼结构单元，所述弹性约束单元包括沿风洞本体z轴布设的竖弯刚度调节结构和沿风洞本体x/y轴布设的扭转刚度调节结构，所述竖弯刚度调节结构和扭转刚度调节结构均包括：

3、牵引索和弹性组件，所述牵引索和弹性组件串联装在桥梁模型和风洞主体之间，其中所述牵引索始终处于紧绷状态，使得牵引索和弹性组件始终处于同一轴线上，所述弹性组件仅能沿轴线方向伸缩；

4、所述弹性组件至少包括螺旋弹簧、内限位膨胀件和外限位膨胀件，所述内限位膨胀件和外限位膨胀件膨胀量能够调节，所述膨胀量改变能够调整所述螺旋弹簧拉伸和压缩极限。

5、作为本发明的进一步方案，所述竖弯刚度调节结构和扭转刚度调节结构还包括收卷组件和调节组件，所述调节组件包括侧安装架，所述侧安装架和内滑轨，所述侧安装架与所述风洞主体内侧壁边缘固定连接，且与之形成安装腔，所述内滑轨固定安装在所述安装腔内，所述收卷组件滑动连接在所述内滑轨上，所述收卷组件上设置有锁止机构，所述锁止机构能够将收卷组件与内滑轨的位置锁定。

6、作为本发明的进一步方案，所述收卷组件内包括收卷轴和安装轴，所述收卷轴的两端均设置有安装轴，所述安装轴上设置有扭矩检测器。

7、作为本发明的进一步方案，所述牵引索包括前段连接索和后段连接索，所述弹性组件连接在所述前段连接索和后段连接索之间，所述前段连接索上端缠绕在所述收卷轴上，所述后段连接索下端与桥梁模型的连接杆固定连接。

8、作为本发明的进一步方案，所述弹性组件还包括安装壳、两组v型架，两组所述v型架对称设置，且均滑动连接在所述安装壳内，两组所述v型架分别与所述前段连接索和后段连接索固定连接，所述螺旋弹簧固定连接在对称设置的两组v型架之间，所述螺旋弹簧伸长，两组所述v型架相互远离，所述螺旋弹簧缩短，两组所述v型架相互靠近，所述内限位膨胀件处于两组所述v型架之间，所述外限位膨胀件处于两组所述v型架外侧。

9、作为本发明的进一步方案，所述侧安装架的内侧对应牵引索的传力路径固定安装有导轮，所述牵引索绕过导轮后与弹性组件连接；所述导轮的轮槽轴线与弹性组件的伸缩轴线共面，用于约束牵引索的受力方向。

10、作为本发明的进一步方案，所述收卷轴通过安装基座与内滑轨连接，所述安装基座上设置有驱动电机，所述驱动电机能够驱动收卷轴转动，所述安装基座与内滑轨滑动连接，且其上也设置有锁止机构，所述锁止机构能够将安装基座与内滑轨位置锁定。

11、作为本发明的进一步方案，所述内限位膨胀件与外限位膨胀件均为气动气囊结构且其上均设置有电磁阀，二者均固定安装于所述安装壳的内壁；所述电磁阀为气路控制电磁阀，分别对应连通内限位膨胀件、外限位膨胀件的充气腔，用于通过充放气调节气囊的膨胀量，以限定两组 v 型架的相对移动极限。

12、作为本发明的进一步方案，所述阻尼结构单元由永磁体阵列、导体板与气隙调节机构组成，所述导体板能够随着桥梁模型同步振动，所述永磁体阵列能够且切割磁力线产生线性粘滞阻尼，所述气隙调节机构能够调节永磁体与导体板的气隙大小，从而调节阻尼系数。

13、作为本发明的进一步方案，所述气隙调节机构包括固定于风洞主体内壁的直线驱动模组与位移检测件，所述永磁体阵列安装于直线驱动模组的输出端；所述位移检测件用于实时采集永磁体阵列与导体板的气隙间距，所述直线驱动模组根据气隙间距反馈调节永磁体阵列的位置，实现阻尼系数的闭环调节。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、本发明采用牵引索与弹性组件串联布置，试验过程中牵引索始终保持张紧，保证牵引索与弹性组件保持共轴线，弹性组件仅沿轴线方向伸缩，克服传统弹簧-悬挂体系在大竖向位移、大扭转角度工况下弹簧轴线偏移、产生附加几何刚度缺陷，避免有效刚度随振动幅值动态漂移，保证涡振锁频区间、限幅振动幅值测试结果真实可靠。

16、本发明中弹性组件内部设置可充放气的内限位膨胀件、外限位膨胀件，通过气囊膨胀量可调，精准限定螺旋弹簧压缩、拉伸极限，可适配不同涡振振幅试验工况，简化以往弹性单元需要人工更换螺旋弹簧改换刚度的麻烦，简化拆装效率。

17、本发明中弹性约束单元分为 z 向竖弯刚度调节结构、x/y 向扭转刚度调节结构，两套结构相互独立，能够分别匹配桥梁节段模型竖弯、扭转目标振动频率，实现竖弯、扭转自由度解耦，互不干扰，可灵活设置不同弯扭频率比，适配各类大跨桥梁节段模型涡振试验需求。配合导轮约束牵引索传力路径，保证力的传递方向稳定，减少力的分解带来的耦合干扰。

1.一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，包括风洞主体（1）、桥梁模型和模型支撑系统，所述模型支撑系统用于将桥梁模型固定在风洞主体（1）内，其特征在于：所述模型支撑系统包括模拟桥梁模型弹性约束的弹性约束单元和模拟桥梁模型结构阻尼的阻尼结构单元，所述弹性约束单元包括沿风洞本体（1）z轴布设的竖弯刚度调节结构和沿风洞本体（1）x/y轴布设的扭转刚度调节结构，所述竖弯刚度调节结构和扭转刚度调节结构均包括：

2.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述竖弯刚度调节结构和扭转刚度调节结构还包括收卷组件（4）和调节组件，所述调节组件包括侧安装架（2），所述侧安装架（2）和内滑轨（3），所述侧安装架（2）与所述风洞主体（1）内侧壁边缘固定连接，且与之形成安装腔，所述内滑轨（3）固定安装在所述安装腔内，所述收卷组件（4）滑动连接在所述内滑轨（3）上，所述收卷组件（4）上设置有锁止机构，所述锁止机构能够将收卷组件（4）与内滑轨（3）的位置锁定。

3.根据权利要求2所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述收卷组件（4）内包括收卷轴（401）和安装轴（402），所述收卷轴（401）的两端均设置有安装轴（402），所述安装轴（402）上设置有扭矩检测器。

4.根据权利要求3所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述牵引索（5）包括前段连接索（501）和后段连接索（502），所述弹性组件（7）连接在所述前段连接索（501）和后段连接索（502）之间，所述前段连接索（501）上端缠绕在所述收卷轴（401）上，所述后段连接索（502）下端与桥梁模型的连接杆固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述弹性组件（7）还包括安装壳（701）、两组v型架（702），两组所述v型架（702）对称设置，且均滑动连接在所述安装壳（701）内，两组所述v型架（702）分别与所述前段连接索（501）和后段连接索（502）固定连接，所述螺旋弹簧（703）固定连接在对称设置的两组v型架（702）之间，所述螺旋弹簧（703）伸长，两组所述v型架（702）相互远离，所述螺旋弹簧（703）缩短，两组所述v型架（702）相互靠近，所述内限位膨胀件（704）处于两组所述v型架（702）之间，所述外限位膨胀件（706）处于两组所述v型架（702）外侧。

6.根据权利要求2所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述侧安装架（2）的内侧对应牵引索（5）的传力路径固定安装有导轮（6），所述牵引索（5）绕过导轮（6）后与弹性组件（7）连接；所述导轮（6）的轮槽轴线与弹性组件（7）的伸缩轴线共面，用于约束牵引索（5）的受力方向。

7.根据权利要求3所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述收卷轴（401）通过安装基座与内滑轨（3）连接，所述安装基座上设置有驱动电机，所述驱动电机能够驱动收卷轴（401）转动，所述安装基座与内滑轨（3）滑动连接，且其上也设置有锁止机构，所述锁止机构能够将安装基座与内滑轨（3）位置锁定。

8.根据权利要求5所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述内限位膨胀件（704）与外限位膨胀件（706）均为气动气囊结构且其上均设置有电磁阀，二者均固定安装于所述安装壳（701）的内壁；所述电磁阀为气路控制电磁阀，分别对应连通内限位膨胀件（704）、外限位膨胀件（706）的充气腔，用于通过充放气调节气囊的膨胀量，以限定两组 v 型架（702）的相对移动极限。

9.根据权利要求1所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述阻尼结构单元由永磁体阵列、导体板与气隙调节机构组成，所述导体板能够随着桥梁模型同步振动，所述永磁体阵列能够且切割磁力线产生线性粘滞阻尼，所述气隙调节机构能够调节永磁体与导体板的气隙大小，从而调节阻尼系数。

10.根据权利要求9所述的一种适用于桥梁节段模型涡振风洞可调支撑装置，其特征在于：所述气隙调节机构包括固定于风洞主体内壁的直线驱动模组与位移检测件，所述永磁体阵列安装于直线驱动模组的输出端；所述位移检测件用于实时采集永磁体阵列与导体板的气隙间距，所述直线驱动模组根据气隙间距反馈调节永磁体阵列的位置，实现阻尼系数的闭环调节。