本发明涉及桥梁风洞试验，具体而言，涉及一种适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构及其设计方法。
背景技术：
1、本部分的内容仅提供了与本发明相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。
2、随着桥梁跨度的提升，大跨度桥梁的抗风问题逐渐成为更加显著和重要的问题。对于大跨度桥梁，通常需要对桥梁施工至成桥的各个状态的抗风问题进行检验。目前，常见的检验方法是进行全桥气弹模型(也即“全桥气动弹性模型”)风洞试验。
3、在已知的全桥气弹模型风洞试验中，全桥气弹模型一般采用结构外形和刚度分开模拟的方式。其中，结构刚度一般采用芯梁进行模拟，结构外形采用刚性连接在芯梁上的箱梁外模进行模拟，并且，箱梁外模顺桥向又被分为若干个外模节段，相邻两个外模节段之间形成狭缝。全桥气弹模型剩下的结构质量特性则由芯梁、箱梁外模以及额外的质量配重共同模拟。
4、针对额外的质量配重，已知的方式通常是将铅皮等金属件制作成条状以作为配重件，并将配重件采用两液混合硬化胶粘接在各外模节段的外模箱体中。然而，在实际应用中，全桥气弹模型风洞试验往往需要先进行成桥态试验后再开展施工态试验，且基于全桥气弹模型在成桥状态和施工状态的质量差异较大，因此在进行成桥态试验后需要对质量配重进行拆卸和再安装。在此基础上，若配重件采用粘接的方式粘接在各外模节段的外模箱体中，在拆装配重件时有较大的概率对全桥气弹模型造成损伤，尤其是公路桥梁的轻质外模，从而可能影响试验的进展并造成试验成本的增加。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，以期望能够简化配重件的拆装过程，并降低在拆装配重件时造成模型损伤的风险。同时，本发明还提供了一种适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构的设计方法。
2、本发明的目的通过以下技术方案实现：
3、一方面，本发明公开了一种适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，所述全桥气弹模型包括箱梁外模和芯梁，所述箱梁外模包括多个顺桥向间隔设置的外模节段，各所述外模节段包括两个相互平行且呈左右对称设置的外模箱体；各所述外模箱体内均设有两个顺桥向间隔设置的固定件；
4、所述芯梁包括两个顺桥向设置的主芯梁以及横桥向设置的副芯梁，其中一个所述主芯梁依次贯穿各所述外模节段左侧的所述外模箱体，另一个所述主芯梁依次贯穿各所述外模节段右侧的所述外模箱体；所述副芯梁与所述外模节段一一对应，各所述外模节段的两个所述外模箱体内的所述主芯梁通过所述副芯梁连接；
5、所述主梁质量配重结构包括设于各所述外模箱体内的配重组件；所述配重组件包括连接件、多个配重件以及锁定件；
6、所述连接件的两端分别可拆卸地连接至两个所述固定件，多个所述配重件可拆卸地连接至所述连接件，所述锁定件用于锁定或解锁所述连接件以及连接在所述连接件上的多个所述配重件的位置。
7、进一步的，所述连接件在横桥向方向上的位置可调节。
8、进一步的，两个所述固定件上均设置有沿横桥向方向延伸的活动槽；
9、所述连接件的两端分别穿过两个所述固定件上的所述活动槽，且穿过所述活动槽的连接件的位置被所述锁定件锁定。
10、进一步的，多个所述配重件等分为两组，两组所述配重件分别与两个所述固定件对应，且各组所述配重件中的所述配重件位于对应的所述固定件的两侧。
11、进一步的，所述连接件为丝杆，多个所述配重件套设在所述丝杆的外壁；
12、所述锁定件包括双叠垫圈以及锁紧螺母，位于各组所述配重件相对的两端的所述丝杆上均套装有双叠垫圈，各所述双叠垫圈外侧的所述丝杆上螺纹连接有所述锁紧螺母。
13、进一步的，位于各所述外模箱体内的所述主芯梁包括多个顺桥向布置的顺桥向段以及多个横桥向布置的横桥向段。
14、进一步的，多个所述顺桥向段包括第一顺桥向段、第二顺桥向段、第三顺桥向段，多个所述横桥向段包括第一横桥向段、第二横桥向段、第三横桥向段、第四横桥向段；
15、所述第一顺桥向段背离上一个所述外模节段的一端与所述第二横桥向段的一端连接，所述第二横桥向段的另一端与所述第二顺桥向段的一端连接，所述第二顺桥向段的另一端与所述第三横桥向段的一端连接，所述第三横桥向段的另一端与所述第三顺桥向段背离下一个所述外模节段的一端连接；
16、所述第一横桥向段的一端与所述第一顺桥向段连接，所述第一横桥向段的另一端朝远离所述全桥气弹模型主梁扭转中心的方向延伸，所述第四横桥向段的一端与所述第三顺桥向段连接，所述第四横桥向段的另一端朝远离所述全桥气弹模型主梁扭转中心的方向延伸。
17、另一方面，本发明公开了一种适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构的设计方法，包括以下步骤：
18、步骤s1.确定缩尺后的所述全桥气弹模型在单位长度下的质量和质量惯矩；
19、步骤s2.确定缩尺后的所述全桥气弹模型中的所述芯梁以及单个所述外模节段在单位长度下的质量，同时，确定缩尺后的所述全桥气弹模型中的所述芯梁以及单个所述外模节段的质量惯矩贡献；
20、步骤s3.确定单个所述外模节段所需的配重质量和配重质量惯矩，并确定单个所述配重组件的位置以及单个所述外模节段中的所述配重组件的数量。
21、进一步的，在步骤s2中，所述芯梁的质量惯矩贡献表达为：
22、
23、上式中，ib为所述芯梁的质量惯矩贡献，n为所述芯梁每延米顺桥向杆件数量，m为所述芯梁每延米横桥向杆件数量，ri为各杆件的质心至缩尺后的所述全桥气弹模型断面扭转中心的水平距离，li为横桥向杆件的长度，mi为每延米芯梁单个杆件的质量；
24、单个所述外模节段的质量惯矩贡献表达为：
25、
26、上式中，is为单个所述外模节段的质量惯矩贡献，b为在弹性悬挂试验中位于单个所述外模节段的两个所述外模箱体外侧的弹簧之间的间距，λ为通过弹性悬挂试验测量得到的竖向频率和扭转频率之比，ms为单个所述外模节段在单位长度下的质量。
27、进一步的，在步骤s3中，单个所述外模节段所需的配重质量和配重质量惯矩分别表达为：
28、mt＝(m-mb-ms)t；
29、it＝(i-ib-is)t；
30、上式中，mt为单个所述外模节段所需的配重质量，it为单个所述外模节段所需的配重质量惯矩，t为单个所述外模节段的长度，m为缩尺后的所述全桥气弹模型在单位长度下的质量，mb为所述芯梁在单位长度下的质量，i为缩尺后的所述全桥气弹模型在单位长度下的质量惯矩。
31、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
32、1、本发明通过将构成配重组件的连接件以及多个配重件均设置为可拆卸的部件，有利于在进行全桥气弹模型风洞试验时根据需要拆装配重组件，并能够有效避免在拆装配重组件的过程中对全桥气弹模型造成损伤。同时，此种设计的配重组件还能够根据实际配重需求增加或减少配重件的数量，以尽可能的保证质量配重的精度，且可以实现配重件的回收循环利用。
33、2、本发明通过将配重组件的连接件在横桥向方向上的位置设置为可调节的形式，能够实现调节配重组件至全桥气弹模型主梁扭转中心的距离，以满足多种不同工况下的配重质量惯矩所存在的差异。
34、3、本发明通过采用双叠垫圈以及锁紧螺母对连接件及其配重件的位置进行锁定，能够有效避免配重组件在全桥气弹模型风洞试验的风致振动的影响下松动，以提升配重组件的稳定性及可靠性。
1.一种适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，其特征在于，所述全桥气弹模型包括箱梁外模和芯梁，所述箱梁外模包括多个顺桥向间隔设置的外模节段，各所述外模节段包括两个相互平行且呈左右对称设置的外模箱体；各所述外模箱体内均设有两个顺桥向间隔设置的固定件；
2.根据权利要求1所述的适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，其特征在于，所述连接件在横桥向方向上的位置可调节。
3.根据权利要求2所述的适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，其特征在于，两个所述固定件上均设置有沿横桥向方向延伸的活动槽；
4.根据权利要求1所述的适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，其特征在于，多个所述配重件等分为两组，两组所述配重件分别与两个所述固定件对应，且各组所述配重件中的所述配重件位于对应的所述固定件的两侧。
5.根据权利要求4所述的适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，其特征在于，所述连接件为丝杆，多个所述配重件套设在所述丝杆的外壁；
6.根据权利要求1所述的适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，其特征在于，位于各所述外模箱体内的所述主芯梁包括多个顺桥向布置的顺桥向段以及多个横桥向布置的横桥向段。
7.根据权利要求6所述的适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构，其特征在于，多个所述顺桥向段包括第一顺桥向段、第二顺桥向段、第三顺桥向段，多个所述横桥向段包括第一横桥向段、第二横桥向段、第三横桥向段、第四横桥向段；
8.一种适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构的设计方法，其特征在于，在步骤s2中，所述芯梁的质量惯矩贡献表达为：
10.根据权利要求9所述的适用于全桥气弹模型的主梁质量配重结构的设计方法，其特征在于，在步骤s3中，单个所述外模节段所需的配重质量和配重质量惯矩分别表达为：
