专利名称：一种可连续改变锚索倾角的水中悬浮隧道模型试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水中悬浮隧道的模型试验装置。
技术背景 水中悬浮隧道，又称阿基米德桥，是一种潜浮于水面下一定深度、利用其自身浮力 为支撑，通过锚索、桩柱等固定的一种新型跨水域交通方案。对于水域跨度很大或地质不稳 定以至于不宜建造桥梁和水底隧道的地区，或有环境保护要求地区，阿基米德桥是跨越水 域连接的优选方案。目前世界上仍然没有一座建成的水中悬浮隧道。对于这种新型的交 通结构来说，进行针对性的模型试验，对研究其结构动力特性、验证结构安全性是十分重要 的。已有的水中悬浮隧道试验模型只能实现特定的锚索布置形式。在实验中，为了研究不同 锚索形式的水中悬浮隧道，必须分别对各种特定形式设计、布置模型，使得试验过程复杂费 时。目前并没有很好地解决水中悬浮隧道试验模型中如何实现连续改变锚索倾角的问题。
发明内容
针对现有实验技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以连续改变锚索倾角的 水中悬浮隧道模型试验装置。一种可连续改变锚索倾角的水中悬浮隧道试验装置，其特征在于包括可滑动底 座、顶部支架和水中悬浮隧道模型和锚索；水中悬浮隧道模型通过锚索固定，使悬浮隧道模 型在水下的淹没深度固定，锚索与滑动底座滑动连接，锚索的端部固定在顶部支架上。进一步，所述可滑动底座包括基座、导轨、传动机构和两个滑座。进一步，所述导轨的左右部分具有旋转方向相反、螺距相同的螺纹，所述滑座内部 设有与之相配合的螺纹。进一步，所述两个滑座对称地安装在导轨左右两边，调节时，所述滑座将沿导轨中 心对称地向导轨两侧或中心移动。进一步，所述可滑动底座通过传动机构保证滑座在两根导轨上的同步联动。进一步，所述传动机构还包括控制杆，该控制杆伸出水面，安装在水槽沿上。进一步，控制杆通过齿轮带动导轨转动，控制杆上有反映转动圈数的标记点。进一步，所述顶部支架包括底座，设置在底座上的丝杠和设置在丝杠上的传动高 度调节机构，顶部支架的横梁设置在高度调节机构上，并且可随所述高度调节机构改变其 在垂直方向上的位置；锚索可固定在所述的横梁上；所述传动高度调节机构，可以用来调 节所述横梁的高度，并与可滑动底座相配合，在锚索倾角改变时保证实验模型在水下的淹 没深度不变。进一步，所述锚索长度固定，通过设置在所述支架上的卡环固定在支架上，在卡环 上设置力传感器来测量水中悬浮隧道模型锚索张力。进一步，所述水中悬浮隧道模型自身浮力大于重力。
图1为本发明可滑动底座和水中悬浮隧道模型的主视示意图；图2为本发明可滑动底座和水中悬浮隧道模型的俯视示意图；图3为本发明顶部支架的主视示意图；图4为本发明顶部支架的左视示意图；图5为本发明中的一种可以连续改变锚索倾角的水中悬浮隧道模型试验装置的 三维立体图。
具体实施例方式本发明可连续改变锚索倾角的水中悬浮隧道模型试验装置包括可滑动底座、顶部 支架和水中悬浮隧道模型和锚索。
如图1、2所示，可滑动底座包括底座4，设置在底座上的导轨5，可在导轨上移动的 滑座7，固定在滑座7上的滑轮3和转动传动机构。可滑动底座应具有足够的重量，以保证 在试验中底座不会在水中悬浮隧道试验模型的锚索拉力作用下发生移动。并且，可滑动底 座的基座4和导轨5应根据试验所需要调节的锚索倾角范围选择合适的长度，可滑动底座 的导轨5可由其中间位置分为左半部和右半部，两部分设有旋转方向相反、螺距相同的螺 纹，并在滑座7内部设有与之相配合的螺纹。实验装置中设置两个可滑动底座的滑座7，其 长度应不小于水中悬浮隧道模型长度、不大于实验水槽宽度。两个滑座7对称地安装在导 轨左右两边。传动机构由控制杆6a、齿轮和连杆组成。如图3、4所示，顶部支架包括底座9，设置在底座9上的丝杠10和设置在丝杠10 上的传动高度调节机构11，顶部支架的横梁14，设置在顶部横梁上用于固定锚索2顶端的 卡环15，顶部支架应具有足够的刚度，以保证支架在水中悬浮隧道模型锚索的张力作用下 不会发生比较大的变形而影响实验测量。悬浮隧道模型的形状、尺寸、材料等根据试验要求定制。水中悬浮隧道模型的浮力 大于自身重力，通过锚索平衡剩余浮力，锚索通过滑座上的滑轮与底座滑动连接，并延伸出 水面，端部固定连接在顶部支架上。实验时，如图1、2、3、4、5所示，将顶部支架通过其底座9设置在实验水槽边缘13 上；可滑动底座放置在实验水槽底部，水中悬浮隧道模型1通过锚索2固定；锚索2经滑轮 3绕出水面8，锚索端部使用卡环15固定在顶部支架的横梁14上。实验中需要改变锚索 倾角时，通过转动固定在水槽沿上的控制杆6a通过齿轮来带动导轨转动，从而带动两个滑 座7在导轨5上对称地向导轨两侧或向导轨中心移动。控制杆6a上有反映转动圈数的标 记点，在实验中通过控制控制杆6a的转动圈数来实现精确地改变实验模型的锚索倾角。因 为该试验装置中锚索的总长度是固定的，在改变锚索2的倾角的同时应相应地调节支架高 度，以保证水中悬浮隧道模型1在水下的淹没深度不变。支架可以通过转动高度调节机构 11与丝杠10之间产生相对运动来调节高度。实验模型的锚索端部用卡环15固定在顶部支 架的横梁14上。可以在卡环15上安装力传感器来测量锚索中张力。
权利要求
一种可连续改变锚索倾角的水中悬浮隧道试验装置，其特征在于包括可滑动底座、顶部支架和水中悬浮隧道模型和锚索；水中悬浮隧道模型通过锚索固定，使悬浮隧道模型在水下的淹没深度固定，锚索与滑动底座滑动连接，锚索的端部固定在顶部支架上。
2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述可滑动底座包括基座、导轨、传动 机构和两个滑座。
3.如权利要求2所述的试验装置，其特征还在于所述导轨的左右部分具有旋转方向 相反、螺距相同的螺纹，所述滑座内部设有与之相配合的螺纹。
4.如权利要求2所述的试验装置，其特征还在于所述两个滑座对称地安装在导轨左 右两边，调节时，所述滑座将沿导轨中心对称地向导轨两侧或中心移动。
5.如权利要求2所述的试验装置，其特征还在于所述可滑动底座通过传动机构保证 滑座在两根导轨上的同步联动。
6.如权利要求5所述的试验装置，其特征还在于所述传动机构还包括控制杆，该控制 杆伸出水面，安装在水槽沿上。
7.如权利要求6所述的试验装置，其特征还在于控制杆通过齿轮带动导轨转动，控制 杆上有反映转动圈数的标记点。
8.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述顶部支架包括底座，设置在底座上 的丝杠和设置在丝杠上的传动高度调节机构，顶部支架的横梁设置在高度调节机构上，并 且可随所述高度调节机构改变其在垂直方向上的位置；锚索可固定在所述的横梁上；所述 传动高度调节机构，可以用来调节所述横梁的高度，并与可滑动底座相配合，在锚索倾角改 变时保证实验模型在水下的淹没深度不变。
9.如权利要求8所述的试验装置，其特征在还在于所述锚索长度固定，通过设置在 所述支架上的卡环固定在支架上，在卡环上设置力传感器来测量水中悬浮隧道模型锚索张 力。
10.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述水中悬浮隧道模型自身浮力大于重力。
全文摘要
本发明公开了一种可连续改变锚索倾角的水中悬浮隧道模型试验装置，该装置包括可滑动底座、顶部支架和水中悬浮隧道模型。可滑动底座具有足够的重量以克服锚索中的张力，同时可以连续、精确、并对称于滑轨中心同步调节滑座的位置。顶部支架固定在水槽壁沿上，具有足够的刚度。顶部支架可调节高度，以保证在锚索倾角发生改变时实验模型在水下淹没深度不变。水中悬浮隧道模型自身浮力大于重力，通过锚索平衡剩余浮力。锚索通过滑座上的滑轮绕出水面固定在顶部支架上。顶部支架上可安装力传感器测量锚索张力。利用本发明的水中悬浮隧道模型试验装置可以实现在水面上连续、精确地改变水中悬浮隧道的锚索倾角。
文档编号G01L5/04GK101846579SQ20101911405
公开日2010年9月29日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者洪友士, 王雷, 葛斐, 陆维 申请人:中国科学院力学研究所
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