一种用于测试水下振动台水池流体动力参数的支架的制作方法

1.本实用新型涉及土木、水利、海洋的水下振动台试验技术领域，具体涉及一种用于测试水下振动台水池流体动力参数的支架。


背景技术：

2.近年来，随着流固耦合研究的不断深入和涉水结构工程在地震过程中破坏现象的不断增多，为研究地震-水体耦合激励机制与结构的地震动响应规律，国内部分高校或科研单位开始建设大型模拟地震水下振动台。在进行涉水工程的地震模拟实验时，需对水池中水体的水动力参数，如水深、动水压力、水体流速等进行监测；然而，由于水下振动台水池跨度大，水池内部静水深会根据试验工况进行调整，因此，对实验监测仪器的安装造成了很大的困难。
3.在模拟地震水下振动台的水池流体动力参数测定过程中，若将实验仪器通过支架固定，然后直接置于水池当中将会对水池流场造成影响，形成实验误差，从而影响数据的精度和可靠度。现有专利，如中国实用新型cn201820821674.1一种流速计测杆支架，公开了支架在使用时，将流速计协同支架一起放入目标水域中，观察支架底座上的纵向气泡水平仪和横向气泡水平仪，调节活动支架杆的伸长量，流速计可开始工作采集数据，满足不同水域情况的测量工作；中国实用新型cn201720931727.0一种平均流速测试支架，包括支架底座，以及流速测试所需的流速仪和水深测试所需的声纳，流速测试支架用底座固定于河道、渠道的底部，可广泛应用于河道、渠道的平均流速自动测量，节省了人力，易于实现自动监测。上述专利均需将实验仪器与支架一起放入目标水域中，支架放入水域会对流体动力有影响，导致测量结果有偏差。
4.为此，需要设计一种适用于大型水下振动台水池流体动力参数测试的支架，能自由安装至水池不同位置，提高测量精度，根据不同的实验需求安装不同的实验仪器对水池流体动力参数进行监测。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种能够有效解决模拟地震水下振动台水池流体动力参数难以监测的难题，且结构安全简单，易于加工制作，适用性强。
6.本实用新型采用如下技术方案实现：
7.一种用于测试水下振动台水池流体动力参数的支架，包括支撑钢架装置和仪器夹持装置；
8.所述支撑钢架装置包括横梁、两根水平短梁、两根竖梁和钢索，所述水平短梁中部分别与所述横梁两端固定连接，所述竖梁的底端分别与所述横梁端部及所述水平短梁中部正交连接，所述钢索经过所述竖梁上端分别与所述横梁和所述竖梁底端连接；
9.所述仪器夹持装置包括中部竖杆、若干根横杆和若干移动竖杆，所述横杆与所述
中部竖杆的上下端固定连接，所述移动竖杆通过固定卡口和手拧螺栓与所述横杆连接。
10.支撑钢架装置安装在模拟地震水下振动台水池边墙上，使得用于测试水下振动台水池流体动力参数的支架能够横跨整个水池，能自由安装至水池不同位置；同时仪器夹持装置安装于支撑钢架装置的横梁底部上，在仪器夹持装置的移动竖杆底部，绑结不同的实验仪器，可以适用于水池不同水深情况，以根据不同的实验需求对水池流体动力参数进行监测。
11.优选地，所述竖梁底端外侧设有第一吊环，所述竖梁上端内外两侧设有第二吊环，距离所述横梁端部1/3处上侧设有第三吊环。
12.优选地，所述钢索穿过所述第二吊环分别与所述第一吊环和第三吊环连接。吊环用于固定钢索位置。
13.优选地，所述钢索靠近所述第一吊环端装有钢索拉紧器。钢索拉紧器用于控制钢索长度，以防止横梁竖向变形。
14.优选地，所述水平短梁与所述竖梁间设有斜支撑。斜支撑用于固定水平短梁与竖梁。
15.优选地，所述仪器夹持装置通过g型夹与所述横梁底部连接。通过g型夹将绑有实验仪器的仪器夹持装置固定在横梁的特定位置。
16.优选地，所述固定卡口内侧焊接有螺母，所述螺母内径大小与所述手拧螺栓外径大小相匹配。通过固定卡口和手拧螺栓将绑有实验仪器的移动竖杆与横杆进行固定。
17.优选地，相邻所述横杆之间以所述中部竖杆的上下端为中心分别呈等距阵列。更具体的，各横杆之间呈120
°
夹角。
18.综上所述，本实用新型具备以下有益效果：
19.(1)本实用新型设计的支架能横跨整个水池，同时可以测定特定位置的水流参数，根据不同的实验需求，能将支架自由安装至水池不同位置，在该装置移动竖杆底部绑结不同的实验仪器，以监测水深、水体流速、动水压力等水池流体动力参数，然后吊装至池壁不同位置可以测定特定位置的水流参数，提高测量精度。
20.(2)本实用新型设计的支架能适用于水池不同水深情况，根据不同的实验需求，安装不同的实验仪器对水池流体动力参数进行监测，通过调节仪器夹持装置的位置以及双向调节移动竖杆可控制实验仪器的位置，适用于不同水深，以此适应多种数据采集需求。
21.(3)本实用新型设计的支架测量数据精确，支架装置实现了仅实验仪器接触水池流体，支架未到水池中，降低了传统工作中支架入水对水池流体流场的影响，可保证实验采集数据的精度和可靠度。
附图说明
22.图1为本实用新型整体立体结构示意图；
23.图2为本实用新型端部立体结构示意图；
24.图3为本实用新型关于仪器夹持装置的立体结构示意图；
25.图4为本实用新型仪器夹持装置与支撑钢架连接处立体结构示意图；
26.图5为本实用新型固定卡口与手拧螺栓立体结构示意图；
27.图6为本实用新型使用状态有限元计算应力云图；
28.图7为本实用新型使用状态有限元计算竖向位移云图。
29.图中标记为：1、横梁；2、水平短梁；3、竖梁；4、斜支撑；5、第一吊环；6、第二吊环；7、第三吊环；8、钢索拉紧器；9、钢索；10、中部竖杆；11、横杆；12、移动竖杆；13、固定卡口；14、手拧螺栓；15、g型夹；16、水池边壁。
具体实施方式
30.以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
31.实施例1
32.如图1-5所示，本实施例提供一种用于测试水下振动台水池流体动力参数的支架，包括支撑钢架装置和仪器夹持装置；所述支撑钢架装置包括横梁1、两根水平短梁2和两根竖梁3，所述水平短梁2中部分别与所述横梁1两端固定连接，所述竖梁3的底端分别与所述横梁1端部及所述水平短梁2中部正交连接，所述钢索9经过所述竖梁3顶端分别与所述横梁1和所述竖梁3底端连接；所述仪器夹持装置包括中部竖杆10、若干根横杆11和若干移动竖杆12，所述横杆11与所述中部竖杆10的上下端固定连接，所述移动竖杆12通过固定卡口13和手拧螺栓14与所述横杆11连接。
33.所述竖梁3底端外侧设有第一吊环5，所述竖梁3上端内外两侧设有第二吊环6，距离所述横梁1端部1/3处上侧设有第三吊环7。
34.所述钢索9穿过所述第二吊环6分别与所述第一吊环5和所述第三吊环7连接。
35.所述钢索9靠近所述第一吊环5端装有钢索拉紧器8。
36.所述水平短梁2与所述竖梁3间设有斜支撑4。
37.所述仪器夹持装置通过g型夹15与所述横梁1底部进行固定连接。
38.所述固定卡口13内侧焊接有螺母，所述螺母内径大小与所述手拧螺栓14外径大小相匹配。
39.相邻所述横杆11之间以所述中部竖杆10的上下端为中心分别呈等距阵列。
40.本实施例1中，横梁1、水平短梁2、竖梁3均采用截面尺寸为150mm
×
100mm(高
×
宽)的h型钢，其中横梁1长度为20.9m，水平短梁2和竖梁3长度均为1.5m；水平短梁2中部上边缘与横梁1端部下边缘进行焊接，竖梁3下端内侧面同时与水平短梁2中部外侧和横梁1端部进行焊接。
41.本实施例1中，斜支撑4采用截面尺寸为50mm
×
50mm的角钢，长度为1.3m，斜支撑4两端分别与水平短梁2和竖梁3进行焊接，斜支撑4与水平短梁2间呈60
°
夹角。
42.本实施例1中，第一吊环5选用可承重2吨的焊接吊环，焊接于竖梁3下端外侧；第二吊环6选用可承重1吨的焊接吊环，焊接于竖梁3上端内外两侧；第三吊环7选用可承重2吨的焊接吊环，焊接于距离横梁1端部6m位置横梁1上侧。
43.本实施例1中，中部竖杆10、横杆11、移动竖杆12选用截面尺寸为20mm
×
20mm、厚度为2mm的铝合金方管，中部竖杆10长20cm，横杆11长30cm，移动竖杆12长80cm；横杆11与中部竖杆10采用焊接方式进行固定。
44.在使用时，按照实验需求选择特定的实验仪器，利用尼龙扎带将实验仪器绑定于移动竖杆12的下端，根据实验要求和试验工况水深确定移动竖杆12的合理位置，然后通过固定卡口13和手拧螺栓14将绑有实验仪器的移动竖杆12与横杆11进行固定；利用g型夹15将绑有实验仪器的仪器夹持装置固定在横梁1的特定位置；通过起重桥机将整体结构吊装至水池特定位置，吊装时，钢索9处于松弛状态；整体结构吊装到位后通过钢索拉紧器8将钢索9拉紧以减小横梁1的竖向变形。
45.在本实施例1中，如图6所示，在支撑钢架装置横梁端部出现了应力最大值，其值为45.91mpa《215mpa(q235钢屈服强度设计值)，结构安全；如图7所示，支撑钢架装置横梁中部出现了竖向位移最大值，其值为5.42cm《10cm(横梁长度的千分之五)，竖向变形满足要求。
46.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。