悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020882394.9 (22)申请日 2020.05.22 (73)专利权人 广西大学 地址 540003 广西壮族自治区南宁市西乡 塘区大学东路100号 (72)发明人 巫志文牟礼旺阳帅饶坤荣 韦思孟祥章 (74)专利代理机构 四川力久律师事务所 51221 代理人 林秋雅 (51)Int.Cl. G01M 99/00(2011.01) G01M 10/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实。

2、用新型名称 悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试 验装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种悬浮隧道锚索失效 及连续倒塌动力响应试验装置， 包括试验水槽、 试验模型管体、 锚泊系统和锚索连续倒塌装置， 试验模型管体通过锚泊系统安装在试验水槽内， 锚泊系统包括锚索和缆索拉紧器， 缆索拉紧器安 装在锚索上， 缆索拉紧器用于调节锚索， 锚索连 续倒塌装置包括多个锚索破断触发装置， 每个锚 索破断触发装置安装在锚索上， 锚索破断触发装 置包括张力传感器和控制电路装置， 张力传感器 用于对锚索的张力进行监测， 控制电路装置和张 力传感器相连接， 控制电路装置根据张力传感器 测得的张力值对锚索进行破断。 。

3、本实用新型通过 多组张力传感器和控制电路装置， 可以模拟锚索 断缆及连续倒塌， 分析锚索失效后的剩余系统动 力响应。 权利要求书1页 说明书8页 附图5页 CN 211855880 U 2020.11.03 CN 211855880 U 1.一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 其特征在于， 包括试验水槽、 试验模型管体、 锚泊系统和锚索连续倒塌装置， 所述试验模型管体通过所述锚泊系统安装 在所述试验水槽内， 所述锚泊系统包括锚索和缆索拉紧器， 所述缆索拉紧器安装在所述锚 索上， 所述缆索拉紧器用于调节所述锚索， 所述锚索连续倒塌装置包括多个锚索破断触发 装置， 每个所述锚索破断触。

4、发装置安装在所述锚索上， 所述锚索破断触发装置包括张力传 感器和控制电路装置， 所述张力传感器用于对所述锚索的张力进行监测， 所述控制电路装 置和所述张力传感器相连接， 所述控制电路装置用于根据所述张力传感器测得的张力值对 所述锚索进行破断。 2.根据权利要求1所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 其特征在 于， 所述控制电路装置包括安装在所述锚索上的失电型电磁铁和铁块， 且所述失电型电磁 铁连接有比较电路， 所述比较电路包括电压比较器、 继电器和电阻， 所述比较电路通过所述 电压比较器输出高低电平， 控制所述继电器的开合， 继而控制所述失电型电磁铁的磁性， 使 得所述铁块吸附或。

5、分开所述失电型电磁铁。 3.根据权利要求1所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 其特征在 于， 还包括有传感测量仪器， 所述传感测量仪器包括陀螺仪和非接触式应变位移测量装置， 所述陀螺仪安装在所述试验模型管体的重心位置， 所述非接触式应变位移测量装置包括至 少两台相机， 以及设置在所述试验模型管体横截面上的多个靶点。 4.根据权利要求3所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 其特征在 于， 所述非接触式应变位移测量装置还包括背景纸， 所述背景纸粘贴在所述试验模型管体 的横截面上， 所述靶点布置在所述背景纸上。 5.根据权利要求3所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应。

6、试验装置， 其特征在 于， 所述靶点的数量为3个， 3个所述靶点非共线设置。 6.根据权利要求1所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 其特征在 于， 所述锚泊系统还包括假底、 滑轮和固定支架， 所述假底固定在所述试验水槽底部， 所述 固定支架固定在水面以上， 所述锚索穿过所述滑轮后与所述固定支架相连接， 所述滑轮能 够沿着所述假底滑动， 所述张力传感器安装在水面以上的锚索上。 7.根据权利要求1-6任一所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 其 特征在于， 还包括约束装置， 所述约束装置包括拉伸弹簧和扭转弹簧， 所述拉伸弹簧安装在 所述试验模型管体的横荡、 纵荡、 垂。

7、荡方向， 所述拉伸弹簧用于模拟相邻管节对所述试验模 型管体的横荡、 纵荡、 垂荡的约束作用， 所述扭转弹簧安装在所述试验模型管体的横摇、 纵 摇、 艏摇方向， 所述扭转弹簧用于模拟相邻管节对所述试验模型管体的横摇、 纵摇、 艏摇的 约束作用。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211855880 U 2 悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置 技术领域 0001 本实用新型涉及悬浮隧道技术领域， 特别是一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动 力响应试验装置。 背景技术 0002 悬浮隧道， 也被称为 “阿基米德桥” ， 是一种跨越长深水域的创新性交通结构物， 悬 浮隧道是由隧道管体、 锚索、 基。

8、础及两岸连接物等组成， 其中， 锚索主要是用于将隧道管体 连接到海底， 与锚基础共同构成锚泊系统， 所有外载荷都由锚泊系统承担， 可见锚索对于悬 浮隧道的施工和运营起到了至关重要的作用。 但由于悬浮隧道长期处于外海海洋环境中， 锚索将会在波流荷载、 地震、 腐蚀、 磨损或潜艇撞击等复杂因素下， 出现锚索横截面损失， 甚 至会发生破断现象， 即锚索失效。 一旦锚索失效发生， 隧道体系原有的平衡状态将会被打 破， 容易出现锚泊张紧松弛现象， 严重威胁其正常的施工和运营。 更值得强调的是， 锚索失 效后可能还会引起整个悬浮隧道连续性倒塌， 即局部失效引起整体结构的破坏， 这将会对 整个隧道带来灾难性。

9、的后果， 而且在复杂的外海深水环境下安全处置难度极大， 面临着一 系列科学、 技术和工程问题。 可见对悬浮隧道锚索失效及其连续倒塌的动力响应分析是不 容忽视的， 需要我们深入的研究。 实用新型内容 0003 本实用新型的目的在于： 针对现有技术存在的问题， 提供一种悬浮隧道锚索失效 及连续倒塌动力响应试验装置。 0004 为了实现上述目的， 本实用新型采用的技术方案为： 0005 一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 包括试验水槽、 试验模型 管体、 锚泊系统和锚索连续倒塌装置， 所述试验模型管体通过所述锚泊系统安装在所述试 验水槽内， 所述锚泊系统包括锚索和缆索拉紧器， 所述缆索。

10、拉紧器安装在所述锚索上， 所述 缆索拉紧器用于调节所述锚索， 从而改变所述锚索的初始张拉应力， 所述锚索连续倒塌装 置包括多个锚索破断触发装置， 每个所述锚索破断触发装置安装在所述锚索上， 所述锚索 破断触发装置包括张力传感器和控制电路装置， 所述张力传感器用于对所述锚索的张力进 行监测， 所述控制电路装置和所述张力传感器相连接， 所述控制电路装置用于根据所述张 力传感器测得的张力值对所述锚索进行破断。 0006 现有的通过气压的增减来达到锚索断缆效果的试验装置， 存在一定的时间延迟， 不能实现力控和时控断缆， 因此不能在试验中模拟悬浮隧道锚索发生瞬时破断后的动力响 应。 本实用新型所述的动力。

11、响应试验装置通过张力传感器实时监测数据， 通过控制电路装 置控制通断电， 来实现锚索瞬时断缆效果， 从而提高数据采集的真实性和准确性， 可以在试 验中模拟悬浮隧道锚索发生瞬时破断后的动力响应； 且所述锚索破断触发装置结构简单， 安装操作方便， 锚索断缆触发条件可以自我调整， 从而可以实现不同锚索张力的断裂试验， 可以重复性使用， 成本低。 说明书 1/8 页 3 CN 211855880 U 3 0007 进一步的， 通过设置多组张力传感器和控制电路装置， 可以实现悬浮隧道连续倒 塌效果， 真实模拟和分析锚索连续失效后的剩余系统的瞬时动力响应， 为悬浮隧道设计和 建造提供了参考。 0008 进。

12、一步的， 所述缆索拉紧器可以采用花篮螺丝。 0009 作为本实用新型的优选方案， 所述控制电路装置包括安装在所述锚索上的失电型 电磁铁和铁块， 锚索的一端连接有失电型电磁铁， 另一端连接有铁块， 且所述失电型电磁铁 连接有比较电路， 所述比较电路包括电压比较器、 继电器和电阻， 所述比较电路通过所述电 压比较器输出高低电平， 控制所述继电器的开合， 继而控制所述失电型电磁铁的磁性。 0010 在张力传感器数显仪表上可以观测其张力值， 而且张力传感器外接一个控制电路 装置， 该装置先利用电压比较器的作用实现断电或通电， 再通过继电器的作用实现失电型 电磁铁有磁性或无磁性， 从而铁块将与电磁铁吸附。

13、和分开作用， 分开则表示锚索断开， 即实 现断缆的控制功能。 锚索破断的触发条件为设定的锚索失效阈值张力， 当张力没有达到设 定值时， 继电器无法开始工作， 失电型电磁铁表现为有磁， 失电型电磁铁与铁块吸在一起， 锚索处于正常状态。 当张力达到设定值时， 继电器开始工作， 失电型电磁铁表现为无磁， 失 电型电磁铁与铁块分离， 从而控制断缆的发生。 0011 张力传感器采用电阻式应变式张力传感器， 其由电阻应变片组成的测量电路和弹 性敏感元件组合起来的传感器。 当弹性敏感元件受到外界拉力作用时， 将产生应变， 粘贴在 表面的电阻应变片也会产生应变， 电阻值会发生变化。 0012 通电型电磁在持续。

14、通电的情况下才能保持磁性， 但持续通电会使通电型电磁铁发 热， 磁性会降低， 而失电型电磁铁可以长时间保持磁性。 0013 作为本实用新型的优选方案， 所述比较电路结构如下： 记张力传感器电阻应变片 电阻值为Rz， 电阻值Rz随着外力大小改变而改变， 其改变值的大小正比于所受张力的大小。 当5V电压加在应变片电阻值Rz及电阻R1上时， 在A点有一个电压VA， 当锚索的张力增大时， 则电阻片Rz的阻值下降， 使VA上升。 当锚索张力达到设定某一值时， 这张力值即设定的阈值 张力FTH。 电阻R2与滑动电阻片电阻Rp组成分压器， 调节Rp可以改变VB的电压， VB值为比较 器设定的阈值电压， 称为。

15、VTH。 当锚索的张力一旦超过阈值张力FTH时， VAVTH， 则比较器输 出低电平， 继电器K吸合， 失电型电磁铁通电失去磁性， 使失电型电磁铁与铁块分离， 从而达 到锚索破断的目的。 0014 作为本实用新型的优选方案， 所述动力响应试验装置还包括有传感测量仪器， 所 述传感测量仪器包括陀螺仪和非接触式应变位移测量装置。 0015 所述陀螺仪安装在所述试验模型管体的重心位置， 利用陀螺仪可以测量围绕轴的 旋转角速度， 并通过推导得到围绕轴的旋转角度， 对试验模型管体重心位置处的空间姿态 进行计算， 从而可以计算出悬浮隧道试验模型的转动量。 陀螺仪能够精确测量悬浮隧道重 心的转动量， 通过测。

16、量试验模型管体的角速度， 从而判别试验模型管体的三个转动状态， 即 纵摇、 横摇和首摇， 陀螺仪具有体积小， 结构简单， 精度高等优点。 0016 虽然陀螺仪也能获取试验模型管体的加速度数据， 利用其加速度进行二次积分也 得到三个平动时域响应， 但由于陀螺仪得到的加速度不够精确， 且还需通过加速度二次积 分才能得到平动时域响应， 困难较大且精度不高， 所以本实用新型采用非接触式应变位移 测量装置获取试验模型管体的平动时域响应， 即水平方向平动时域和竖直方向平动时域响 说明书 2/8 页 4 CN 211855880 U 4 应， 不仅不用考虑传感器需做防水处理这一复杂的要求， 安装操作方便， 。

17、还能精确地利用计 算机算法解算得到试验模型管体的平动时域响应， 解决陀螺仪不能精确测量平动时域响应 问题， 最后在计算机上图形化显示响应结果， 具有图像直观可见， 测量精度高等优点， 便于 更好地理解和分析模型管体的性能。 0017 所述非接触式应变位移测量装置包括至少两台相机， 以及设置在所述试验模型管 体横截面上的多个靶点。 靶点与试验模型管体横截面是协同运动， 在测量过程中不发生任 何的移动， 从而试验模型管体的运动姿态与靶点的运动姿态保持一致， 非接触式应变位移 测量装置通过相机对靶点进行高速采样， 并通过收集的图像相关点进行对比算法， 计算出 靶点表面的位移及应变分布。 0018 水。

18、槽壁可以采用透明玻璃， 两台相机安装在水槽的一侧。 0019 作为本实用新型的优选方案， 所述相机为高速相机， 从而能实现高速采样， 以高频 率对样本进行捕捉。 0020 作为本实用新型的优选方案， 所述非接触式应变位移测量装置还包括背景纸， 所 述背景纸粘贴在所述试验模型管体的横截面上， 所述靶点布置在所述背景纸上。 背景纸尽 量为纯色纸， 且背景纸的颜色尽量和靶点的颜色形成鲜明对比， 从而便于对靶点进行采样。 0021 作为本实用新型的优选方案， 所述靶点的数量为3个， 3个所述靶点非共线设置。 0022 作为本实用新型的优选方案， 所述传感测量仪器还包括安装在所述试验水槽内的 波高计和流。

19、速计， 可获取试验的波高、 流速等重要参数。 0023 作为本实用新型的优选方案， 所述张力传感器安装在水面以上， 实现水下测量转 化为水上测量， 不仅满足测量精度要求， 且无需考虑做防水措施， 安装操作更加便利。 0024 作为本实用新型的优选方案， 所述锚泊系统还包括假底、 滑轮和固定支架， 所述假 底固定在所述试验水槽底部， 所述固定支架固定在水面以上， 所述锚索穿过所述滑轮后与 所述固定支架相连接。 通过设置在水面以上的固定支架和滑轮， 可以将锚索的一部分露出 水面， 从而可以在露出水面的锚索上安装所述张力传感器， 实现水上测量。 0025 作为本实用新型的优选方案， 所述滑轮能够沿着。

20、所述假底滑动， 从而可以改变锚 索的传力方向。 0026 作为本实用新型的优选方案， 所述动力响应试验装置还包括约束装置， 所述约束 装置拉伸弹簧和扭转弹簧， 所述拉伸弹簧安装在所述试验模型管体的横荡、 纵荡、 垂荡方 向， 所述拉伸弹簧用于模拟相邻管节对所述试验模型管体的横荡、 纵荡、 垂荡的约束作用， 所述扭转弹簧安装在所述试验模型管体的横摇、 纵摇、 艏摇方向， 所述扭转弹簧用于模拟相 邻管节对所述试验模型管体的横摇、 纵摇、 艏摇的约束作用。 0027 悬浮隧道为超长跨度交通结构物， 限于试验场地， 多采用节段管节模型实验。 实际 工程， 全尺度悬浮隧道两端锚固于陆域岩体， 对于全尺度。

21、悬浮隧道两端约束可以考虑为两 端简支约束。 但是对于悬浮隧道节段模型， 节段悬浮隧道模型两端约束来源其相邻管节对 其的约束作用， 该约束作用与悬浮隧道的长度， 锚固形式， 结构形式等相关。 因而， 悬浮隧道 节段模型试验两端约束无法用简单的简支约束或者全自由进行考虑。 0028 为准确地模拟悬浮隧道节段模型试验两端约束作用， 提高试验测试精度， 贴近工 程实际。 本实用新型专门设计了特殊的模型约束装置， 通过6个方向弹簧的轴向刚度和扭转 刚度控制约束作用的大小， 从而更加真实灵活地模拟试验模型管体的真实约束情况。 说明书 3/8 页 5 CN 211855880 U 5 0029 作为本实用新。

22、型的优选方案， 水槽的长度远大于其横截面尺寸， 所述试验水槽内 设置有造波造流系统和消波系统， 所述造波造流系统和所述消波系统分别设置在所述试验 水槽的两端， 所述造波造流系统可以模拟悬浮隧道物理模型在波流作用下的动力响应， 所 述消波系统用来降低迎面波浪的反射作用， 从而提高测量装置采集的数据的真实性。 0030 作为本实用新型的优选方案， 所述消波系统为碎石消波系统。 0031 采用本实用新型所述的一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 进 行动力响应试验的试验方法， 包括如下步骤： 0032 步骤一： 制作试验模型管体， 将陀螺仪安装至试验模型管体的重心位置， 在试验模 型管体。

23、的端部横截面上设置靶点； 0033 步骤二： 将试验模型管体放置到试验水槽中， 安装锚泊系统、 锚索连续倒塌装置以 及其他的传感测量仪器； 0034 步骤三： 设定锚索失效阈值张力后， 打开造流造波系统进行造波和造流， 同时也打 开消波系统； 0035 步骤四： 收集和整理在锚索连续失效后， 传感测量仪器所得到的动态时域响应数 据， 分析试验模型管体在锚索连续失效后剩余系统的瞬时动力响应。 0036 利用本实用新型所述的试验方法可以实现锚索瞬时断缆和悬浮隧道连续倒塌， 提 高数据采集的真实性和准确性， 真实模拟和分析锚索失效后的隧道及锚索力学特性和运动 状态变化规律。 0037 作为本实用新型。

24、的优选方案， 所述步骤三， 设定一根或多根锚索的失效阈值张力 小于其他锚索的失效阈值张力， 优选的， 其他锚索的失效阈值张力相同， 该试验可以分析悬 浮隧道在一根或多根锚索失效后剩余结构内力重分布后管体的运动状态变化规律及剩余 锚索发生连续倒塌的时域动力响应力学特性规律。 0038 作为本实用新型的优选方案， 所述步骤四， 采用响应剧烈系数RIF来描述试验模型 管体在锚索失效后的响应剧烈程度，其中Sd为锚索失效后试验模型管体的瞬时 最大动力响应， S0为试验模型管体在锚索失效前的瞬时动力响应。 通过模拟试验确定一个 锚索失效后发生连续倒塌的临界值， 当RIF大于该临界值时， 表示试验模型管体在。

25、锚索失效 后发生连续倒塌现象。 0039 综上所述， 由于采用了上述技术方案， 本实用新型的有益效果是： 0040 (1)本实用新型提出一种模拟悬浮隧道模型锚索破断的锚索破断装置， 该装置各 个部件都很小， 结构简单， 安装操作方便， 锚索断缆触发条件可以自我调整， 从而可以实现 不同锚索张力的断裂试验， 即力控； 另外， 该装置利用张力传感器实时监测， 结合继电器控 制着失电型电磁铁通电， 实现锚索瞬时断缆效果， 从而提高数据采集的真实性和准确性； 该 锚索破断装置可以重复性使用， 成本低。 0041 (2)本实用新型通过设置多组张力传感器和控制电路装置， 可以实现悬浮隧道连 续倒塌效果， 。

26、真实模拟和分析锚索连续失效后的剩余系统的瞬时动力响应， 为悬浮隧道设 计和建造提供了参考。 0042 (3)本实用新型采用陀螺仪和非接触式应变位移测量装置， 可以把水下悬浮隧道 模型运动姿态精确地测量出来。 其中， 陀螺仪通过测量模型管体的角速度， 能够精确得到试 说明书 4/8 页 6 CN 211855880 U 6 验模型管体的三个转动时域响应， 即纵摇、 横摇和首摇； 非接触式应变位移测量装置能获取 试验模型管体的平动时域响应， 即水平方向平动时域和竖直方向平动时域响应， 不仅不用 考虑传感器需做防水处理这一复杂的要求， 安装操作方便， 还能精确地利用计算机算法解 算得到管体的平动时域。

27、响应， 解决陀螺仪不能精确测量平动时域响应问题， 最后在计算机 上图形化显示响应结果， 具有图像直观可见， 测量精度高等优点， 便于更好地理解和分析试 验模型管体的性能。 0043 (4)本实用新型专门设计了特殊的模型约束装置， 通过6个方向弹簧的轴向刚度和 扭转刚度控制约束作用的大小， 从而更加真实灵活地模拟试验模型管体的真实约束情况。 0044 (5)本实用新型通过滑轮将锚索延伸到水面上， 测量锚索张力的张力传感器可以 安装到水面上， 将试验模型的水下测量转换为成熟且精度高的水上测量， 且不需要考虑传 感器防水问题及安装操作的便利。 同时， 通过调节假底安装的位置， 可以实现不同的锚索夹 。

28、角布置方式。 0045 (6)本实用新型通过调节缆索拉紧器， 可以改变锚索初始张应力的大小， 从而满足 试验要求的不同的初始张应力。 0046 (7)利用本实用新型所述的试验方法可以实现锚索瞬时断缆和悬浮隧道连续倒 塌， 提高数据采集的真实性和准确性， 真实模拟和分析锚索失效后的悬浮隧道及锚索力学 特性和运动状态变化规律。 0047 (8)本实用新型采用响应剧烈系数RIF来描述试验模型管体在锚索失效后的响应 剧烈程度，通过模拟试验确定一个锚索失效后发生连续倒塌的临界值， 当RIF大 于该临界值时， 表示试验模型管体在锚索失效后发生连续倒塌现象。 附图说明 0048 图1是本实用新型所述的一种悬。

29、浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置的 结构示意图。 0049 图2是本实用新型所述的一种悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置的 三维示意图。 0050 图3是图2的局部放大示意图。 0051 图4是本实用新型所述的锚索在正常状态的结构示意图。 0052 图5是本实用新型所述的锚索在破断状态的结构示意图。 0053 图6是本实用新型所述的控制电路装置的电路图。 0054 图7是本实用新型所述的约束装置的结构示意图。 0055 图标： 1-试验模型管体， 2-锚索， 3-张力传感器， 4-滑轮， 5-缆索拉紧器， 6-假底， 7- 固定支架， 8-失电型电磁铁， 9-铁块， 10-比较。

30、电路， 11-非接触式应变位移测量装置， 12-背 景纸， 13-靶点， 14-陀螺仪， 15-波高计， 16-流速计， 17-拉伸弹簧， 18-扭转弹簧， 101-造波造 流系统， 102-消波系统。 具体实施方式 0056 下面结合附图， 对本实用新型作详细的说明。 说明书 5/8 页 7 CN 211855880 U 7 0057 为了使本实用新型的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施 例， 对本实用新型进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅用以解释本 实用新型， 并不用于限定本实用新型。 0058 实施例1 0059 如图1-图3所示， 一种悬浮。

31、隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置， 包括试验 水槽、 试验模型管体1、 锚泊系统、 锚索连续倒塌装置和传感测量仪器。 0060 试验水槽主要是包括水槽、 造波造流系统101和消波系统102。 0061 水槽的长度要远大于其横截面尺寸， 可以减少波浪的反射作用。 造波造流系统101 布置在试验水槽的一端， 另一端布置消波系统102， 即含有碎石消波系统。 采用造波造流系 统101可以模拟悬浮隧道试验模型在波流作用下的动力响应， 消波系统102主要为碎石堆成 的消波装置， 用来降低迎面波浪的反射作用， 从而提高采集数据的真实性。 0062 试验模型管体1横截面设为圆形， 在试验模型管体1一端。

32、粘贴着一张白色的背景纸 12， 背景纸12上设有三个黑色的特征圆点， 即靶点13。 由于背景纸12是粘贴在试验模型管体 1横截面上， 靶点13能够保证在测量过程中始终保持与该试验模型管体1横截面协同运动， 不发生任何的移动， 从而使得靶点13的运动姿态与试验模型管体1的运动姿态保持一致。 0063 锚泊系统包括锚索2、 缆索拉紧器5、 滑轮4、 假底6和水面上的固定支架7。 试验模型 管体1通过锚索2的支撑作用悬浮在水中， 利用在假底6上预先固定的滑轮4， 将锚索2穿过滑 轮4延伸到水面上的固定支架7， 从而监测锚索2张力的张力传感器3可以安置在水面以上， 实现水下测量转化为水上测量， 不仅满。

33、足测量精度要求， 还不用考虑做防水措施以及安装 操作的便利。 所述滑轮4能够沿着所述假底6滑动， 从而可以改变锚索2的传力方向。 0064 缆索拉紧器5安装在锚索2上， 通过旋转缆索拉紧器5可调节锚索2， 从而改变锚索2 的初始张拉应力。 0065 所述锚索连续倒塌装置包括多个锚索破断触发装置， 每个锚索破断触发装置包括 张力传感器3和控制电路装置， 张力传感器3安装在锚索2上， 对锚索2进行实时监测张力状 态， 在传感器数显仪表上可以观测其张力数据， 而且张力传感器3外接一个控制电路装置。 所述控制电路装置包括安装在所述锚索2上的失电型电磁铁8和铁块9， 且所述失电型电磁 铁8连接有比较电路。

34、10， 所述比较电路10包括电压比较器、 继电器K和电阻(R1、 R2、 RZ、 RP)， 该 装置先利用电压比较器的作用实现断电或通电， 再通过继电器K的作用实现失电型电磁铁8 有磁性或无磁性， 从而铁块9将与失电型电磁铁8吸附和分开作用， 分开则表示锚索2破断， 即实现断缆的控制功能。 0066 张力传感器3采用电阻式应变式张力传感器， 其由电阻应变片组成的测量电路和 弹性敏感元件组合起来的传感器。 当弹性敏感元件受到外界拉力作用时， 将产生应变， 粘贴 在表面的电阻应变片也会产生应变， 电阻值会发生变化。 0067 控制电路装置的电路结构， 如图6所示， 记张力传感器电阻应变片电阻值为R。

35、z， 将 5V电压加在Rz及R1电阻上时， 在A点处电压为VA， 当锚索2的张力增大时， 则电阻片Rz的阻值 下降， 使VA上升。 当锚索2张力达到设定某一值时， 该张力值即设定的失效阈值张力FTH。 R2 与Rp组成分压器， 调节Rp可以改变VB的电压， VB值为比较器设定的阈值电压， 称为VTH。 当锚 索2的张力一旦超过失效阈值张力FTH时， VAVTH， 则比较器输出低电平， 继电器K吸合， 失 电型电磁铁8通电失去磁性， 使失电型电磁铁8与铁块9分离， 从而达到锚索2破断的目的。 说明书 6/8 页 8 CN 211855880 U 8 0068 如图4所示， 锚索2破断的触发条件为。

36、设定的锚索2的失效阈值张力， 当张力没有达 到设定值时， 继电器K无法开始工作， 失电型电磁铁8表现为有磁， 失电型电磁铁8与铁块9吸 在一起， 锚索2处于正常状态。 如图5所示， 当张力达到设定值时， 继电器K开始工作， 失电型 电磁铁8表现为无磁， 失电型电磁铁8与铁块9分离， 从而控制断缆的发生。 0069 传感测量仪器包括陀螺仪14、 非接触式应变位移测量装置11、 波高计15和流速计 16等， 所述陀螺仪14安装在所述试验模型管体1的重心位置， 利用陀螺仪14可以测量围绕轴 的旋转角速度， 并通过推导得到围绕轴的旋转角度， 对管体质心位置处的空间姿态进行计 算， 从而可以计算出悬浮隧。

37、道模型的转动量。 0070 所述非接触式应变位移测量装置11包括上述的背景纸12和靶点13， 以及至少两台 相机， 所述相机优选为工业高速相机。 非接触式应变位移测量装置11利用工业高速相机对 靶点13进行高速采样， 并通过收集的图像相关点进行对比算法， 计算出靶点13表面的位移 及应变分布。 0071 实施例2 0072 如图7所示， 本实施例与实施例1的区别在于， 本实施例所述的动力响应试验装置 还包括约束装置， 所述约束装置拉伸弹簧17和扭转弹簧18， 所述拉伸弹簧17安装在所述试 验模型管体1的横荡、 纵荡、 垂荡方向， 所述拉伸弹簧17用于模拟相邻管节对所述试验模型 管体1的横荡、 。

38、纵荡、 垂荡的约束作用， 所述扭转弹簧18安装在所述试验模型管体1的横摇、 纵摇、 艏摇方向， 所述扭转弹簧18用于模拟相邻管节对所述试验模型管体1的横摇、 纵摇、 艏 摇的约束作用 0073 其中， 拉伸弹簧17和扭转弹簧18的刚度， 可以通过数值模拟计算推荐， 经验公式等 方式先确定节段等效刚度， 进而获得弹簧刚度。 如： 悬浮隧道节段等效刚度的计算公式为： 0074 0075 式中， Ki(i1， 2， 3， 4， 5， 6)分别为悬浮隧道节段在横荡、 纵荡、 垂荡、 横摇、 纵摇和 艏摇六个方向的等效刚度。 mi(i1， 2， 3， 4， 5， 6)分别为考虑横荡、 纵荡、 垂荡、 横。

39、摇、 纵摇和 艏摇各个方向附加水质量的悬浮隧道节段质量。 Ti(i1， 2， 3， 4， 5， 6)分别代表悬浮隧道节 段在横荡、 纵荡、 垂荡、 横摇、 纵摇和艏摇方向的一阶自振周期(数值模拟求得)。 0076 由于研究的节段模型和原型存在缩尺， 需将求得的原型等效刚度取值通过相似比 转化成模型等效刚度取值。 0077 实施例3 0078 本实施例公开了一种基于锚索失效的悬浮隧道连续倒塌动力响应试验方法， 采用 如实施例1或实施例2所述的悬浮隧道锚索失效及连续倒塌动力响应试验装置进行试验， 包 括如下步骤： 0079 步骤一： 制作试验模型管体1， 将陀螺仪14安装至试验模型管体1的重心位置。

40、， 做好 防水措施， 在试验模型管体1的端部横截面贴上带有靶点13的背景板12； 0080 步骤二： 将试验模型管体1放置到试验水槽中， 安装锚泊系统、 锚索连续倒塌装置 以及其他的传感测量仪器(波高计15、 流速计16、 工业高速相机等)； 0081 步骤三： 设定锚索2的失效阈值张力， 设定某一根或多根锚索2的失效阈值张力小 于其他锚索2的失效阈值张力， 其他锚索2的失效阈值张力相同， 打开造流造波系统101进行 说明书 7/8 页 9 CN 211855880 U 9 造波和造流， 同时也打开消波系统102； 0082 步骤四： 观测在某一根或多根锚索2失效后剩余锚索2的连续倒塌现象， 。

41、收集和整 理在锚索连续失效后， 传感测量仪器所得到的动态时域响应数据， 分析悬浮隧道在锚索失 效后剩余锚索发生连续倒塌的时域动力响应。 0083 所述步骤四， 采用响应剧烈系数RIF来描述试验模型管体在锚索失效后的响应剧 烈程度，其中Sd为锚索失效后试验模型管体的瞬时最大动力响应， S0为试验模型 管体在锚索失效前的瞬时动力响应。 通过模拟试验确定一个锚索失效后发生连续倒塌的临 界值， 当RIF大于该临界值时， 表示试验模型管体在锚索失效后发生连续倒塌现象， 反之不 会发生连续倒塌现象。 0084 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已， 并不用以限制本实用新型， 凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本实用新型 的保护范围之内。 说明书 8/8 页 10 CN 211855880 U 10 图1 说明书附图 1/5 页 11 CN 211855880 U 11 图2 说明书附图 2/5 页 12 CN 211855880 U 12 图3 图4 说明书附图 3/5 页 13 CN 211855880 U 13 图5 图6 说明书附图 4/5 页 14 CN 211855880 U 14 图7 说明书附图 5/5 页 15 CN 211855880 U 15 。