一種可連續改變錨索傾角的水中懸浮隧道模型試驗裝置的製作方法

2023-06-01 15:35:56 3

專利名稱：一種可連續改變錨索傾角的水中懸浮隧道模型試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水中懸浮隧道的模型試驗裝置。
技術背景 水中懸浮隧道，又稱阿基米德橋，是一種潛浮於水面下一定深度、利用其自身浮力 為支撐，通過錨索、樁柱等固定的一種新型跨水域交通方案。對於水域跨度很大或地質不穩 定以至於不宜建造橋梁和水底隧道的地區，或有環境保護要求地區，阿基米德橋是跨越水 域連接的優選方案。目前世界上仍然沒有一座建成的水中懸浮隧道。對於這種新型的交 通結構來說，進行針對性的模型試驗，對研究其結構動力特性、驗證結構安全性是十分重要 的。已有的水中懸浮隧道試驗模型只能實現特定的錨索布置形式。在實驗中，為了研究不同 錨索形式的水中懸浮隧道，必須分別對各種特定形式設計、布置模型，使得試驗過程複雜費 時。目前並沒有很好地解決水中懸浮隧道試驗模型中如何實現連續改變錨索傾角的問題。

發明內容
針對現有實驗技術的不足，本發明的目的在於提供一種可以連續改變錨索傾角的 水中懸浮隧道模型試驗裝置。一種可連續改變錨索傾角的水中懸浮隧道試驗裝置，其特徵在於包括可滑動底 座、頂部支架和水中懸浮隧道模型和錨索；水中懸浮隧道模型通過錨索固定，使懸浮隧道模 型在水下的淹沒深度固定，錨索與滑動底座滑動連接，錨索的端部固定在頂部支架上。進一步，所述可滑動底座包括基座、導軌、傳動機構和兩個滑座。進一步，所述導軌的左右部分具有旋轉方向相反、螺距相同的螺紋，所述滑座內部 設有與之相配合的螺紋。進一步，所述兩個滑座對稱地安裝在導軌左右兩邊，調節時，所述滑座將沿導軌中 心對稱地嚮導軌兩側或中心移動。進一步，所述可滑動底座通過傳動機構保證滑座在兩根導軌上的同步聯動。進一步，所述傳動機構還包括控制杆，該控制杆伸出水面，安裝在水槽沿上。進一步，控制杆通過齒輪帶動導軌轉動，控制杆上有反映轉動圈數的標記點。進一步，所述頂部支架包括底座，設置在底座上的絲槓和設置在絲槓上的傳動高 度調節機構，頂部支架的橫梁設置在高度調節機構上，並且可隨所述高度調節機構改變其 在垂直方向上的位置；錨索可固定在所述的橫梁上；所述傳動高度調節機構，可以用來調 節所述橫梁的高度，並與可滑動底座相配合，在錨索傾角改變時保證實驗模型在水下的淹 沒深度不變。進一步，所述錨索長度固定，通過設置在所述支架上的卡環固定在支架上，在卡環 上設置力傳感器來測量水中懸浮隧道模型錨索張力。進一步，所述水中懸浮隧道模型自身浮力大於重力。


圖1為本發明可滑動底座和水中懸浮隧道模型的主視示意圖；圖2為本發明可滑動底座和水中懸浮隧道模型的俯視示意圖；圖3為本發明頂部支架的主視示意圖；圖4為本發明頂部支架的左視示意圖；圖5為本發明中的一種可以連續改變錨索傾角的水中懸浮隧道模型試驗裝置的 三維立體圖。
具體實施例方式本發明可連續改變錨索傾角的水中懸浮隧道模型試驗裝置包括可滑動底座、頂部 支架和水中懸浮隧道模型和錨索。
如圖1、2所示，可滑動底座包括底座4，設置在底座上的導軌5，可在導軌上移動的 滑座7，固定在滑座7上的滑輪3和轉動傳動機構。可滑動底座應具有足夠的重量，以保證 在試驗中底座不會在水中懸浮隧道試驗模型的錨索拉力作用下發生移動。並且，可滑動底 座的基座4和導軌5應根據試驗所需要調節的錨索傾角範圍選擇合適的長度，可滑動底座 的導軌5可由其中間位置分為左半部和右半部，兩部分設有旋轉方向相反、螺距相同的螺 紋，並在滑座7內部設有與之相配合的螺紋。實驗裝置中設置兩個可滑動底座的滑座7，其 長度應不小於水中懸浮隧道模型長度、不大於實驗水槽寬度。兩個滑座7對稱地安裝在導 軌左右兩邊。傳動機構由控制杆6a、齒輪和連杆組成。如圖3、4所示，頂部支架包括底座9，設置在底座9上的絲槓10和設置在絲槓10 上的傳動高度調節機構11，頂部支架的橫梁14，設置在頂部橫梁上用於固定錨索2頂端的 卡環15，頂部支架應具有足夠的剛度，以保證支架在水中懸浮隧道模型錨索的張力作用下 不會發生比較大的變形而影響實驗測量。懸浮隧道模型的形狀、尺寸、材料等根據試驗要求定製。水中懸浮隧道模型的浮力 大於自身重力，通過錨索平衡剩餘浮力，錨索通過滑座上的滑輪與底座滑動連接，並延伸出 水面，端部固定連接在頂部支架上。實驗時，如圖1、2、3、4、5所示，將頂部支架通過其底座9設置在實驗水槽邊緣13 上；可滑動底座放置在實驗水槽底部，水中懸浮隧道模型1通過錨索2固定；錨索2經滑輪 3繞出水面8，錨索端部使用卡環15固定在頂部支架的橫梁14上。實驗中需要改變錨索 傾角時，通過轉動固定在水槽沿上的控制杆6a通過齒輪來帶動導軌轉動，從而帶動兩個滑 座7在導軌5上對稱地嚮導軌兩側或嚮導軌中心移動。控制杆6a上有反映轉動圈數的標 記點，在實驗中通過控制控制杆6a的轉動圈數來實現精確地改變實驗模型的錨索傾角。因 為該試驗裝置中錨索的總長度是固定的，在改變錨索2的傾角的同時應相應地調節支架高 度，以保證水中懸浮隧道模型1在水下的淹沒深度不變。支架可以通過轉動高度調節機構 11與絲槓10之間產生相對運動來調節高度。實驗模型的錨索端部用卡環15固定在頂部支 架的橫梁14上。可以在卡環15上安裝力傳感器來測量錨索中張力。
權利要求
一種可連續改變錨索傾角的水中懸浮隧道試驗裝置，其特徵在於包括可滑動底座、頂部支架和水中懸浮隧道模型和錨索；水中懸浮隧道模型通過錨索固定，使懸浮隧道模型在水下的淹沒深度固定，錨索與滑動底座滑動連接，錨索的端部固定在頂部支架上。
2.如權利要求1所述的試驗裝置，其特徵在於所述可滑動底座包括基座、導軌、傳動 機構和兩個滑座。
3.如權利要求2所述的試驗裝置，其特徵還在於所述導軌的左右部分具有旋轉方向 相反、螺距相同的螺紋，所述滑座內部設有與之相配合的螺紋。
4.如權利要求2所述的試驗裝置，其特徵還在於所述兩個滑座對稱地安裝在導軌左 右兩邊，調節時，所述滑座將沿導軌中心對稱地嚮導軌兩側或中心移動。
5.如權利要求2所述的試驗裝置，其特徵還在於所述可滑動底座通過傳動機構保證 滑座在兩根導軌上的同步聯動。
6.如權利要求5所述的試驗裝置，其特徵還在於所述傳動機構還包括控制杆，該控制 杆伸出水面，安裝在水槽沿上。
7.如權利要求6所述的試驗裝置，其特徵還在於控制杆通過齒輪帶動導軌轉動，控制 杆上有反映轉動圈數的標記點。
8.如權利要求1所述的試驗裝置，其特徵在於所述頂部支架包括底座，設置在底座上 的絲槓和設置在絲槓上的傳動高度調節機構，頂部支架的橫梁設置在高度調節機構上，並 且可隨所述高度調節機構改變其在垂直方向上的位置；錨索可固定在所述的橫梁上；所述 傳動高度調節機構，可以用來調節所述橫梁的高度，並與可滑動底座相配合，在錨索傾角改 變時保證實驗模型在水下的淹沒深度不變。
9.如權利要求8所述的試驗裝置，其特徵在還在於所述錨索長度固定，通過設置在 所述支架上的卡環固定在支架上，在卡環上設置力傳感器來測量水中懸浮隧道模型錨索張 力。
10.如權利要求1所述的試驗裝置，其特徵在於所述水中懸浮隧道模型自身浮力大於重力。
全文摘要
本發明公開了一種可連續改變錨索傾角的水中懸浮隧道模型試驗裝置，該裝置包括可滑動底座、頂部支架和水中懸浮隧道模型。可滑動底座具有足夠的重量以克服錨索中的張力，同時可以連續、精確、並對稱於滑軌中心同步調節滑座的位置。頂部支架固定在水槽壁沿上，具有足夠的剛度。頂部支架可調節高度，以保證在錨索傾角發生改變時實驗模型在水下淹沒深度不變。水中懸浮隧道模型自身浮力大於重力，通過錨索平衡剩餘浮力。錨索通過滑座上的滑輪繞出水面固定在頂部支架上。頂部支架上可安裝力傳感器測量錨索張力。利用本發明的水中懸浮隧道模型試驗裝置可以實現在水面上連續、精確地改變水中懸浮隧道的錨索傾角。
文檔編號G01L5/04GK101846579SQ20101911405
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者洪友士, 王雷, 葛斐, 陸維 申請人:中國科學院力學研究所