CN110702350B - 用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法，试验装置包括用于对悬浮隧道管段模型施加恒定牵引力的施力装置，以及用于将所述恒定牵引力全部释放的松开装置，且所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10；试验方法包括将悬浮隧道管段模型悬浮安装于试验水池中，在所述管段模型上安装施力装置；通过所述施力装置对所述管段模型施加恒定牵引力，使得所述管段模型产生初始位移和初始形变；通过松开装置实现所述恒定牵引力的全部释放，所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10，从而激发悬浮隧道模型发生整体振动。

Description

用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及悬浮隧道模型试验技术领域，特别涉及一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法。

背景技术

当前有关悬浮隧道整体结构行为的试验，需对悬浮隧道施加力使其发生形变及初始位移，从而观测其整体结构在水中的衰减振动。目前采用的方案主要为敲击或激振器。

当前悬浮隧道整体结构行为试验中采用敲击方案激发悬浮隧道模型振动，存在的问题有：1)难以实现精确的力的输入和控制，且由于模型结构本身的弹性模量、塑性变形等因素，悬浮隧道模型实际受力更加难以准确测量；2)敲击装置运动过程中会带动水体，激发水波，造成水体破碎等现象，影响悬浮隧道整体结构后续的衰减振动，干扰试验效果，难以实现精准的定量测量；3)通过敲击方式作用于模型的激振方法，有损坏悬浮隧道模型的风险，进而影响试验的进度和费用控制；4)敲击方案较难激发设计较关心的悬浮隧道模型整体结构的前几阶振动模态。

当前悬浮隧道整体结构行为试验中采用激振器方案激发悬浮隧道模型振动，存在的问题有：1)激振器需要的配套设施较多，安装麻烦，安装好之后不便移动；2)激振器附带在悬浮隧道模型上装置会影响悬浮隧道模型的质量分布，造成试验误差，试验精度下降；3)由于悬浮隧道模型尺寸较大，对激振器输出的激振能量要求较高，普通激振器难以激发其自振频率，需要开发新型激振器，而新型激振器的设计较为复杂，开发较难，开发周期长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置及试验方法，采用静力加载、再瞬间放松的方式对悬浮隧道模型施加回复力，可以实现精确的力的输入和控制，以及减小激发水波等现象对悬浮隧道整体结构行为试验的干扰。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，包括用于对悬浮隧道管段模型施加恒定牵引力的施力装置，以及用于将所述恒定牵引力全部释放的松开装置，且所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10。

所述恒定牵引力的全部释放指的是牵引力从试验工况所需的恒定值变化为0，所述恒定牵引力全部释放完毕时为牵引力值刚好变化为0的时刻。

本发明利用施力装置牵引悬浮隧道管段模型，对悬浮隧道管段模型施加恒定牵引力、初始形变、初始位移，然后利用松开装置将管段模型快速松开，外部牵引力迅速消失，与此同时，管段模型受到大小相等、方向相反的回复力，通过此种静力加载方式对悬浮隧道管段模型施加力，激发悬浮隧道管段模型整体振动。

本发明通过施加恒定牵引力并快速释放的方式来激发悬浮隧道管段模型整体振动，一方面更加便于对力的大小和方向进行控制，实现管段模型瞬时力(牵引力值刚好变化为0的时刻，模型管段受到的回复力)大小的精确控制，另一方面，通过控制所述恒定牵引力全部释放的时间，可以实现对力作用时间的精确控制，确保小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10，从而能激发管体达到预期的振动模态，至少可以获取悬浮隧道模型整体结构的前三阶振动模态。

相比于现有的敲击方案，本发明有效地解决了悬浮隧道整体物理模型结构行为试验时，敲击产生的敲击力大小难以精确控制和敲击装置移动带来的水体干扰问题。本发明通过静力加载方式，可显著提高力的控制精度，可以实现精确的力的输入和控制，实现管段模型瞬时力大小的精确控制，可以测量静力加载后悬浮隧道模型整体的力学特性，并对模型刚度完好状态进行静力检测，有利于不同悬浮隧道模型结构行为试验的科学对比或同种悬浮隧道模型不同外部环境下的科学对比。且能够较好的激发悬浮隧道模型达到预期的振动模态，可以获取悬浮隧道模型整体结构的前几阶振动模态。另外，本发明可减少对水体的干扰，提高测量精度，且避免了敲击装置敲击悬浮隧道时可能损坏悬浮隧道管段模型的风险。

相比于现有的激振器方案，本发明结构简单，安装、拆卸都较为便捷，且对悬浮隧道模型质量分布的影响以及对水体的干扰较小，确保后续悬浮隧道整体衰减振动环节的准确度，另外，也能够较好的激发悬浮隧道模型达到预期的振动模态。

优选的，当所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放完毕时，该松开装置能够使得所述管段模型回复力大小达到试验精度值。

通过控制恒定牵引力的释放过程，可以保证管段模型受到的回复力的大小达到试验精度值，比如基本与施加的恒定牵引力一致，或为恒定牵引力的90％以上，实现瞬时力大小的精确控制，提高试验精度。

优选的，当所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放完毕时，该松开装置能够使得所述管段模型回复力大小为恒定牵引力大小的95％至100％。

松开装置对恒定牵引力释放时间的控制，可以通过选取合适的装置来实现，比如快速脱钩器，也可以通过控制释放过程来实现，比如控制剪切装置的剪切时间。而通过对恒定牵引力释放时间的控制，基本可以保证管段模型受到的回复力的大小达到试验精度值。

优选的，所述施力装置包括与悬浮隧道管段模型相连接的连接装置，以及与所述连接装置相连接的牵引装置，所述牵引装置用于施加所述恒定牵引力。所述牵引装置可以是手动的，也可以是电动的，比如手拉葫芦、电动葫芦等。

优选的，所述连接装置为缆绳，或钢丝绳，或同时包括缆绳和钢丝绳。

优选的，所述松开装置为快速脱钩器。所述快速脱钩器用于快速松开连接装置，让牵引力迅速消失，所述快速脱钩器的脱钩时间可以控制在0.1秒内，从而减少脱钩过程中牵引力大小的变化，使得95％以上的恒定牵引力值都能转化为模型管段的回复力，实现对力的输入的精确控制。具体的，可以参考授权公告号为CN202031964U的中国实用新型专利公开的一种脱钩器结构。所述脱钩时间为牵引力开始释放至牵引力释放为0的时间范围。

优选的，所述缆绳包括连接所述管段模型和快速脱钩器的第一缆绳，以及连接所述快速脱钩器和牵引装置的第二缆绳。为了实现外部牵引力释放后，瞬时力的快速传递，所述第一缆绳的刚度可以设置的较大。

优选的，所述第一缆绳的质量小于或等于所述管段模型质量的1％。

为了减少对悬浮隧道模型质量分布的影响，确保后续悬浮隧道整体衰减振动环节的准确度，第一缆绳应尽量选用轻质材料，推荐采用合成纤维缆绳，合成纤维缆绳比重轻、强度高、抗冲击和耐磨性好，且有耐腐蚀、耐霉烂、耐虫蛀等优点。

优选的，所述第一缆绳自由段的长度小于或等于0.5m。所述自由段指的是在管段模型振动过程中，可以在水中摆动的缆绳，即快速脱钩器脱钩位置和管段模型之间的距离(剪切装置的剪切位置和管段模型之间的距离)小于或等于0.5m。

为了减少对水体的干扰，确保后续悬浮隧道整体衰减振动环节的准确度，第一缆绳的自由段不应该设置的过长，在满足能连接管段模型和快速脱钩器的基础上，第一缆绳自由段的长度越短越好。

优选的，所述第一缆绳套设在所述管段模型的外周；或所述第一缆绳通过卡箍与所述管段模型相连接，所述卡箍套设在所述管段模型的外周，所述卡箍上还设有用于连接所述第一缆绳的连接件，所述连接件可以为挂钩。如此设置的目的是改善第一缆绳和管段模型连接处的局部受力。

优选的，所述第一缆绳、卡箍和连接件的质量之和小于或等于所述管段模型质量的1％，从而能减少对悬浮隧道模型质量分布的影响。

优选的，所述松开装置为剪切装置，所述剪切装置用于剪断所述连接装置。所述剪切装置的剪切位置应尽量靠近管段模型，以尽量减少连接装置对管段模型质量分布的影响以及对水体的干扰。采用剪切装置，通过控制剪切过程中牵引力大小的变化量，例如尽量缩短剪切时间，缩短缆绳在剪切过程中的变形和位移，可以实现95％以上的恒定牵引力都能转化为模型管段的回复力，实现对力的输入的精确控制。

优选的，所述剪切装置为剪刀或钳子。

优选的，所述试验装置还包括有用于限制所述恒定牵引力的牵引方向的导向装置，确保管段模型受到水平或竖向的恒定牵引力，增强对牵引力方向的控制。

优选的，所述导向装置为定滑轮，或导向槽，或导缆器，或导缆柱，只要能起到导向作用、限制牵引方向的所有装置均可。

优选的，所述牵引方向包括水平方向和竖直方向，可满足多种试验要求。

优选的，所述试验装置还包括有安装架，所述安装架固定在试验水池内，所述安装架为透水钢架，所述安装架用于安装所述施力装置和导向装置。

优选的，所述试验装置还包括有用于对所述恒定牵引力大小进行测量的测量装置。所述测量装置能够对恒定牵引力的大小进行准确测量，从而可实现牵引力大小的精准控制。

优选的，所述测量装置为拉力计，所述拉力计与所述施力装置相连，比如安装在与悬浮隧道管段模型相连接的连接装置上。

本发明还公开了一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：将悬浮隧道管段模型悬浮安装于试验水池中，在所述管段模型上安装施力装置；

步骤二：通过所述施力装置对所述管段模型施加恒定牵引力，施加的恒定牵引力的大小根据试验工况进行选择，例如恒定牵引力为0.5t，使得所述管段模型产生初始位移和初始形变；

步骤三：通过松开装置实现所述恒定牵引力的全部释放，，所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10，从而激发悬浮隧道模型发生整体振动。

本发明所述的试验方法采用静力加载、再瞬间放松的方式，可实现精确的力的输入和控制，能够较好的激发悬浮隧道模型达到预期的振动模态，可以获取悬浮隧道模型整体结构的前几阶振动模态。

优选的，所述步骤一中，安装所述施力装置包括在所述管段模型上连接第一缆绳，在所述第一缆绳的端部设置快速脱钩器，在所述快速脱钩器上连接第二缆绳，并将所述第二缆绳连接牵引装置。

优选的，所述步骤二中，通过牵引装置对所述管段模型施加恒定牵引力，所述步骤三中，通过快速脱钩器实现所述恒定牵引力的全部释放。

优选的，所述步骤一中，安装所述施力装置包括在所述管段模型上连接缆绳，且将所述缆绳连接牵引装置。

优选的，所述步骤三中，通过剪断装置剪断所述缆绳。

优选的，所述步骤二中，通过导向装置对所述恒定牵引力的牵引方向进行限制。

优选的，所述步骤二中，通过测量装置对所述恒定牵引力的大小进行测定。

优选的，所述步骤二中，通过在缆绳上设置标记段，并测量标记段的伸长值，来计算所述恒定牵引力大小。具体的，假设标记段的长度为X，标记段的弹性系数为K，则恒定牵引力值为T＝KΔX/X。该方式可以和测量装置测值同时采用，从而能对二者得到的牵引力值进行相互校核。

优选的，所述步骤三中，通过选取或控制所述松开装置，使得将所述恒定牵引力全部释放完毕时，所述管段模型回复力的大小达到试验精度值。具体的，通过快速脱钩器实现所述恒定牵引力的快速释放，通过极短的脱钩时间来实现回复力的大小的精确控制；通过控制剪断装置剪断所述缆绳的时间，比如控制在0.1秒内，来实现回复力的大小的精确控制。并使得将所述恒定牵引力全部释放完毕时，所述管段模型回复力大小为恒定牵引力大小的95％至100％，激发悬浮隧道模型发生整体振动。优选的，在试验过程中，记录施加恒定牵引力前浮隧道管段模型的初始位置、初始应力和初始应变；施加恒定牵引力后释放缆绳前所述管段模型的位置、应力和应变；以及释放缆绳后所述管段模型的位置、应力和应变。这些信息可以用于其它分析，也相当于后续的振动试验中悬浮隧道振动开始的初始条件。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

相比于现有的敲击方案，本发明有效地解决了悬浮隧道整体物理模型结构行为试验时，敲击产生的敲击力大小难以精确控制和敲击装置移动带来的水体干扰问题。本发明通过静力加载方式，可实现精确的力的输入和控制，可以测量静力加载后悬浮隧道模型整体的力学特性，并对模型刚度完好状态进行静力检测，有利于不同悬浮隧道模型结构行为试验的科学对比或同种悬浮隧道模型不同外部环境下的科学对比。且能够较好的激发悬浮隧道模型达到预期的振动模态，可以获取悬浮隧道模型整体结构的前几阶振动模态。另外，本发明可减少对水体的干扰，提高测量精度，且避免了敲击装置敲击悬浮隧道时可能损坏悬浮隧道管段模型的风险。

相比于现有的激振器方案，本发明结构简单，安装、拆卸都较为便捷，且对悬浮隧道模型质量分布的影响以及对水体的干扰较小，确保后续悬浮隧道整体衰减振动环节的准确度，另外，也能够较好的激发悬浮隧道模型达到预期的振动模态。

附图说明：

图1是本发明实施例1所述的一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置的示意图。

图2是本发明实施例1所述的一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置的示意图。

图3是本发明实施例1所述的一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置的示意图。

图4是本发明实施例2所述的一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置的示意图。

图5是本发明实施例3所述的一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置的示意图。

图6是本发明实施例4所述的一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置的示意图。

图7是本发明实施例5所述的浮隧道模型在水池未注水前的安装示意图。

图8是发明所述的牵引力的大小和时间的关系图。

图中标记：0-管段模型，1-第一缆绳，2-快速脱钩器，3-第二缆绳，4-测量装置，5-牵引装置，6-导向装置，7-安装架，8-水池底，9-底部安装架，10-卡箍，11-连接件，12-缆索，13-浮筒，14-剪切装置。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，包括用于与悬浮隧道管段模型0相连接的第一缆绳1，以及用于施加恒定牵引力的第二缆绳3，所述第一缆绳1和所述第二缆绳3之间通过快速脱钩器2相连接。

所述第一缆绳1可以是轻质的缆绳结构，其密度小于或等于2g/cm³。推荐采用合成纤维缆绳，合成纤维缆绳比重轻、强度高、抗冲击和耐磨性好，且有耐腐蚀、耐霉烂、耐虫蛀等优点，比如尼龙绳、涤纶绳。第一缆绳1可以直接系在悬浮隧道管段模型0上(如图1、图2所示)，或者在管段模型0上设置卡箍10，卡箍10套设在所述管段模型0的外周，所述卡箍10上设有用于连接所述第一缆绳1的连接件11，所述连接件11可以是挂钩，所述第一缆绳1通过连接件11与所述管段模型0相连接(如图3所示)。

为了减少对悬浮隧道模型质量分布的影响以及对水体的干扰，所述第一缆绳1应尽量轻(选用轻质缆绳)且短。如图1、图2所示的实施方式中，所述第一缆绳1的质量小于或等于所述管段模型0质量的1％，如3所示的实施方式中，所述第一缆绳1、卡箍10、连接件11的质量总和小于或等于所述管段模型0质量的1％。如图1、图2所示的实施方式中，第一缆绳1与快速脱钩器2的连接端，距所述管段模型0外壁的距离L应小于或等于0.5m，在如图3所示的实施方式中，第一缆绳1的长度应小于或等于0.5m。

所述快速脱钩器2可以快速松开第一缆绳1，让牵引力迅速消失，所述快速脱钩器2的脱钩时间可以控制在0.1秒内，小于所述管段模型0第三阶自振周期的1/10，从而能激发管段模型0发生前几阶振动，且减少脱钩过程中牵引力大小的变化，使得95％以上的恒定牵引力值都能转化为模型管段的回复力，实现力的精确控制。具体的，可以参考授权公告号为CN202031964U的中国实用新型专利公开的一种脱钩器结构。本发明所述的95％-100％是为了满足试验精度而设置的区间值，当试验精度要求较低的时候，可以适当降低回复力和恒定牵引力之间的比值要求，比如85％-100％，此时也可对应降低对快速脱钩器脱钩时间的限定。

所述第二缆绳3的一端与快速脱钩器2相连接，另一端与牵引装置5相连接，所述牵引装置5用以提供恒定牵引力，所述牵引装置5可以是手拉葫芦等。且在所述第二缆绳3与牵引装置5之间还设有用于限制牵引方向的导向装置6，在本实施例中，所述导向装置6为定滑轮，保证定滑轮和管段模型0之间的缆绳水平设置，确保悬浮隧道管段模型0所受恒定牵引力水平。所述第二缆绳3上还设有用于测量缆绳牵引力的测量装置4，所述测量装置4可以是拉力计。

在所述试验水池中可以设置固定在水池底8的安装架7，所述安装架7为透水钢架，上述的牵引装置5和导向装置6均安装在所述安装架7上。而管段模型0通过缆索12悬浮在水池底8(如图1所示)，或管段模型0通过浮筒13悬浮在试验水池中(如图2所示)，管段模型0的两端可以铰接在试验水池的两个池壁上。

如图8所示，下面对牵引力F在整个试验过程的大小变化进行描述，以便能更好的对整个发明原理进行阐述。

时刻为0时，启动牵引装置开始施加牵引力，牵引力的大小从0逐渐增大到试验所需的恒定牵引力F₁(0-t₁)，并保持在F₁这个恒定值(t₁-t₂)；在t2时刻，开始进行恒定牵引力的释放，在释放的过程中，牵引力的数值会发生一定的消减，比如从F₁变化为F₂(理想状态下，在释放过程中，牵引力释放为0之前，牵引力大小一直保持在恒定值F₁)，并从F₂突变为0(t3时刻)。

本发明一方面通过静力加载，可以使得牵引力可以保持在恒定值F₁，实现力大小的精确控制；另一方面，通过减少释放过程中，牵引力的消减，即F₁和F₂之间的差值，使得F₂≥F₁×0.95，从而保证95％以上的恒定牵引力都可以转化为全部释放瞬间，模型管段的回复力，进一步实现了对模型管段激振试验中瞬时力的精确控制，保证了试验精度。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述牵引方向为竖直向下，所述导向装置6包括两个定滑轮，其中一个定滑轮设置在管段模型0的正下方，并固定在水池底8上，另一个定滑轮也固定在水池底8。

实施例3

如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述牵引方向为竖直向上，通过设计安装架7的结构形式，所述牵引装置5直接布置在所述管段模型0的正上方，无需再设置导向装置6。

实施例4

如图6所示，一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，包括用于与悬浮隧道管段模型0相连接的第一缆绳1，所述第一缆绳1可以直接套设在所述管段模型0上，所述第一缆绳1的另一端连接有牵引装置5，所述牵引装置5可以是手拉葫芦等。还包括剪切装置14，所述剪切装置14用于剪断所述第一缆绳1，所述剪切装置可以是剪刀或钳子。

为了减少对悬浮隧道模型质量分布的影响以及对水体的干扰，所述第一缆绳1应尽量轻(选用轻质缆绳)且短。通过剪切装置14剪断后，附着在管段模型0上的所述第一缆绳1的质量小于或等于所述管段模型0质量的1％。，附着在管段模型0上的所述第一缆绳1的长度应小于或等于0.5m。

且在所述第一缆绳1与牵引装置5之间还设有用于限制牵引方向的导向装置6，在本实施例中，所述导向装置6为定滑轮，所述定滑轮可以直接设置在试验水池的池壁上，保证第一缆绳1水平设置，确保悬浮隧道管段模型0所受恒定牵引力水平。所述第一缆绳1上还可以设有用于测量缆绳牵引力的测量装置4，所述测量装置4可以是拉力计。

采用剪切装置14，通过控制剪切过程中牵引力大小的变化量，例如尽量缩短剪切时间(控制在0.1秒内)，小于所述管段模型0第三阶自振周期的1/10，从而能激发管段模型0发生前几阶振动，且缩短缆绳在剪切过程中的变形和位移，可以实现95％以上的恒定牵引力都能转化为模型管段0的回复力，实现力的精确控制。本发明所述的95％-100％是为了满足试验精度而设置的区间值，当试验精度要求较低的时候，可以适当降低回复力和恒定牵引力之间的比值要求，比如85％-100％，此时也可对应降低对剪切时间的限定。

实施例5

一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：如图7所示，在水池底8上固定安装底部安装架9，将悬浮隧道管段模型0放置在所述底部安装架9上，并与试验水池通过缆索12相连接。在靠近管段模型0的区域设置固定在水池底8的安装架7，在所述安装架7上安装导向装置6，本实施例中所述导向装置6为定滑轮。

步骤二：将第一缆绳1的一端与悬浮隧道管段模型0相连接，在第一缆绳1的另一端设置快速脱钩器2，并通过第二缆绳3将快速脱钩器2、测量装置4、牵引装置5相连，本实施例中所述测量装置4为拉力计，所述牵引装置5为手拉葫芦，将手拉葫芦挂在安装架7上。

步骤三：往试验水池注水，并撤去支撑悬浮隧道管段模型0的底部安装架9，此时，悬浮隧道管段模型0处于悬浮状态，记录管段模型0的初始位置、初始应力和初始应变；

步骤四：拉动手拉葫芦的链条，直到测量装置4上的牵引力值达到悬浮隧道整体结构行为试验设定的恒定牵引力值，管段模型0产生初始位移和初始形变，此时，记录管段模型0的位置、应力和应变；

步骤五：通过快速脱钩器2瞬间松开第一缆绳1，激发悬浮隧道模型发生整体振动，记录振动试验过程中管段模型0的位置、应力和应变。松开第一缆绳1的过程中，通过控制快速脱钩器2的脱钩时间(0.1s内)等手段，确保恒定牵引力全部释放时间小于所述管段模型0第三阶自振周期的1/10，从而能激发管段模型0发生前几阶振动，且可以尽量减少松开过程中恒定牵引力的损失值，使得95％以上的恒定牵引力都能转化为管段模型0受到的回复力，实现力大小的精准控制。

优选的，在所述步骤四中，通过在所述第二缆绳3上设置标记段，并测量标记段的伸长值ΔX，来计算所述第二缆绳3上的牵引力值。具体的，假设标记段的长度为X，第二缆绳3的弹性系数为K，则牵引力值为T＝KΔX/X。该方式可以和测量装置测值同时采用，从而能对二者得到的牵引力值进行相互校核。

实施例6

本实施例与实施例5的区别在于，所述步骤二中：将第一缆绳1的一端与悬浮隧道管段模型0相连接，将第一缆绳1的另一端直接与牵引装置5相连；

所述步骤五中，通过括剪切装置14剪断所述第一缆绳1，激发悬浮隧道模型发生整体振动。通过控制剪切过程中牵引力大小的变化量，例如尽量缩短剪切时间，确保恒定牵引力全部释放时间小于所述管段模型0第三阶自振周期的1/10，从而能激发管段模型0发生前几阶振动，且缩短缆绳在剪切过程中的变形和位移，可以实现95％以上的恒定牵引力都能转化为模型管段0的回复力，实现力的精确控制。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (17)

1.一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，包括用于对悬浮隧道管段模型施加恒定牵引力的施力装置，以及用于将所述恒定牵引力全部释放的松开装置，且所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10；

所述施力装置包括与悬浮隧道管段模型相连接的连接装置，以及与所述连接装置相连接的牵引装置，所述牵引装置用于施加所述恒定牵引力，所述连接装置为缆绳，或钢丝绳，或同时包括缆绳和钢丝绳。

2.根据权利要求1所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，当所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放完毕时，该松开装置能够使得所述管段模型回复力大小达到试验精度值。

3.根据权利要求2所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，当所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放完毕时，该松开装置能够使得所述管段模型回复力大小为恒定牵引力大小的95%至100%。

4.根据权利要求1所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，所述松开装置为快速脱钩器。

5.根据权利要求4所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，所述缆绳包括连接所述管段模型和快速脱钩器的第一缆绳，以及连接所述快速脱钩器和牵引装置的第二缆绳。

6.根据权利要求5所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，所述第一缆绳的质量小于或等于所述管段模型质量的1%，且所述第一缆绳自由段的长度小于或等于0.5m。

7.根据权利要求5所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，所述第一缆绳套设在所述管段模型的外周；或所述第一缆绳通过卡箍与所述管段模型相连接，所述卡箍套设在所述管段模型的外周，所述卡箍上还设有用于连接所述第一缆绳的连接件。

8.根据权利要求1所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，所述松开装置为剪切装置，所述剪切装置用于剪断所述连接装置。

9.根据权利要求8所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，所述剪切装置为剪刀或钳子。

10.根据权利要求1-9任一所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，还包括有用于限制所述恒定牵引力的牵引方向的导向装置。

11.根据权利要求10所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，所述导向装置为定滑轮，或导向槽，或导缆器，或导缆柱。

12.根据权利要求1-9任一所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，还包括有用于对所述恒定牵引力大小进行测量的测量装置。

13.根据权利要求12所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验装置，其特征在于，所述测量装置为拉力计，所述拉力计与所述施力装置相连接。

14.一种用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将悬浮隧道管段模型悬浮安装于试验水池中，在所述管段模型上安装施力装置；

步骤二：通过所述施力装置对所述管段模型施加恒定牵引力，使得所述管段模型产生初始位移和初始形变；

步骤三：通过松开装置实现所述恒定牵引力的全部释放，所述松开装置将所述恒定牵引力全部释放所需的时间，小于所述管段模型第三阶自振周期的1/10，从而激发悬浮隧道模型发生整体振动；

所述步骤一中，安装所述施力装置包括在所述管段模型上连接第一缆绳，在所述第一缆绳的端部设置快速脱钩器，在所述快速脱钩器上连接第二缆绳，并将所述第二缆绳连接牵引装置，所述步骤二中，通过牵引装置对所述管段模型施加恒定牵引力，所述步骤三中，通过快速脱钩器实现所述恒定牵引力的全部释放；

或；

所述步骤一中，安装所述施力装置包括在所述管段模型上连接缆绳，且将所述缆绳连接牵引装置；所述步骤三中，通过剪断装置剪断所述缆绳。

15.根据权利要求14所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验方法，其特征在于，所述步骤二中，通过导向装置对所述恒定牵引力的牵引方向进行限制。

16.根据权利要求14所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验方法，其特征在于，所述步骤二中，通过测量装置对所述恒定牵引力的大小进行测定。

17.根据权利要求14所述的用于激发悬浮隧道模型整体振动的试验方法，其特征在于，所述步骤二中，通过在缆绳上设置标记段，并测量标记段的伸长值，来计算所述恒定牵引力大小。

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