本发明涉及风洞试验，尤其涉及一种弹性尖劈装置及其设计方法。
背景技术：
1、近年来涌现出了一大批高海拔深切峡谷区的大跨度桥梁，由于高海拔深切峡谷区易形成大风向角来流，对于大跨度悬索桥而言，其风致动力响应稳定性变得尤为关键。己有研究主要针对沿海、平原地区的大跨度桥梁，其风场条件与山区峡谷迴异，少有对高海拔峡谷区非均匀来流和大攻角下风场特性的研究，因此亟需开展相关研究。
2、风洞试验作为目前国内外研究桥梁动力稳定性分析的最重要的研究方法之一，它既可直观地观察到整个试验过程，又可在进行试验过程中控制、改变和重复试验条件得到桥梁工程师想要的观察的现象。然而大气边界层内的自然风在时间和空间上都具有较强的随机性，因此在进行风洞试验时，除了满足几何相似性外，还应正确模拟桥址处大气边界层风场特性。当前，国内外风洞试验模拟大气边界层的方法主要分为被动模拟方法和主动模拟方法。其中三角形尖劈是目前采用最多的一种被动模拟方法。
3、三角形尖塔通过改变尖劈形状能够比较方便的模拟出不同地貌的平均风速剖面，同时通过改变底部宽度可以很容易提高中部和下部的湍流度。但是湍流沿高度方向衰减过快，使得中上部的湍流度偏小，达不到要求，所以在湍流度剖面模拟方面就有欠缺。例如公开号为cn205138754u的中国实用新型专利，公开了通过设置挡板增大近地面湍流度。通过增加挡板可以明显提高湍流度，但是随着挡板数量增多和宽度增加，风场影响会很大，给流场调试带来较大的困难。所以目前一般采用底部挡板，适当增加整体湍流度。虽然采用一些异形尖劈可以有所改善，但仍不能根本很好的模拟深切峡谷区的复杂湍流风场。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有的用于风洞试验的尖劈中上部的湍流度偏小，造成湍流剖面模拟困难，无法满足风洞试验要求的问题，提供一种弹性尖劈装置及其设计方法。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
3、一种弹性尖劈装置，包括底座，所述底座固定安装有立柱，所述立柱套设有多个活动板，所述活动板通过扭转部件与所述立柱连接，所述活动板能够发生扭转振动。
4、本发明提供的弹性尖劈装置，可以有效模拟深切峡谷区域的湍流风场，该装置通过设置多个活动板，当风洞来流风吹过尖劈时，活动板在来流风作用下会存在旋涡脱落现象，因此活动板在扭转部件的作用下会发生扭转振动，活动板的扭转振动会加剧直流风扰动，从而生成更复杂的湍流风场。该装置不仅中部和下部能够产生复杂的湍流风场，其中上部也设置有活动板，因此中上部也能产生较强的湍流，解决了湍流沿高度方向即自下而上快速衰减的问题，从而整个湍流度剖面都能得到较好的模拟效果。与设置大量固定挡板来增加湍流的尖劈相比，活动板对流场的影响较小，不会引入过多干扰，有利于风场的调试。
5、可选地，弹性尖劈装置还包括多个固定板，所述固定板与所述立柱固定连接，沿高度方向所述固定板与所述活动板交替设置，所述固定板的阻塞比沿高度递减。
6、本发明提供的弹性尖劈装置，固定板与活动板交替设置，可以形成复杂的气流阻塞模式，进一步提高气流的湍动性，当测点较少时，例如测点数量≤3个时，固定板和活动板的复合作用，会形成各种不同尺度的涡流和湍流，提供更丰富的气流环境进行采样，模拟效果更好。固定板的阻塞比沿高度方向，即自下而上递减，可产生近似线性的风速剖面，更接近峡谷区的实际情况。
7、可选地，所述活动板的振动频率fi满足：
8、
9、式中：fi为第i个所述活动板的振动频率，单位hz；
10、mi为第i个所述活动板的质量，单位kg；
11、ki为第i个所述扭转部件的刚度，单位n/m。
12、可选地，所述弹性尖劈装置自下而上形成梯形或三角形。
13、可选地，所述扭转部件为扭转弹簧。
14、可选地，所述活动板向水平面的投影为t形。
15、可选地，所述活动板和所述固定板向水平面的投影均为t形。
16、一种弹性尖劈装置设计方法，用于设计上述的一种弹性尖劈装置，包括如下步骤：
17、s1.沿高度方向选取1，2…i个观测点，i个观测点距离地面高度分别为h1，h2…hi；采集各观测点的风荷载数据，确定各个观测点风荷载的中心主频率f1，f2…fi；
18、s2.根据风洞试验的缩尺比1：u，计算在缩尺情况下各观测点距离地面的高度hi：
19、
20、式中，hi为第i个实测观测点的高度，单位m；
21、hi为第i个实测观测点缩尺后的高度，单位m；
22、获取每个所述活动板的质量，根据下式计算第i个所述扭转部件的刚度：
23、
24、式中：fi为第i个观测点风荷载的中心主频率，单位hz；
25、mi为第i个所述活动板的质量，单位kg；
26、ki为第i个所述扭转部件的刚度，单位n/m。
27、本发明提供的弹性尖劈装置设计方法，通过获取相应观测点风荷载的中心主频率、活动板的质量即可方便的设计扭转部件的刚度，利用风洞试验的几何相似原理，通过缩尺比进行匹配转换，可快速确定实测点缩尺后距离地面的高度，所需参数较少，简单实用，易于工程使用。
28、可选地，所述活动板的质量根据所述活动板的密度和体积计算求得。
29、可选地，第i个观测点风荷载的中心主频率与第i个所述活动板的振动频率相同。
30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31、1.本发明提供的弹性尖劈装置，可以有效模拟深切峡谷区域的湍流风场，该装置通过设置多个活动板，当风洞来流风吹过尖劈时，活动板在来流风作用下会存在旋涡脱落现象，因此活动板在扭转部件的作用下会发生扭转振动，活动板的扭转振动会加剧直流风扰动，从而生成更复杂的湍流风场。该装置不仅中部和下部能够产生复杂的湍流风场，其中上部也设置有活动板，因此中上部也能产生较强的湍流，解决了湍流沿高度方向即自下而上快速衰减的问题，从而整个湍流度剖面都能得到较好的模拟效果。与设置大量固定挡板来增加湍流的尖劈相比，活动板对流场的影响较小，不会引入过多干扰，有利于风场的调试。
32、2.本发明提供的弹性尖劈装置，固定板与活动板交替设置，可以形成复杂的气流阻塞模式，进一步提高气流的湍动性，当测点较少时，例如测点数量≤3个时，固定板和活动板的复合作用，会形成各种不同尺度的涡流和湍流，提供更丰富的气流环境进行采样，模拟效果更好。固定板的阻塞比沿高度方向，即自下而上递减，可产生近似线性的风速剖面，更接近峡谷区的实际情况。
33、3.本发明提供的弹性尖劈装置设计方法，通过获取相应观测点风荷载的中心主频率、活动板的质量即可方便的设计扭转部件的刚度，利用风洞试验的几何相似原理，通过缩尺比进行匹配转换，可快速确定实测点缩尺后距离地面的高度，所需参数较少，简单实用，易于工程使用。
1.一种弹性尖劈装置，其特征在于，包括底座(1)，所述底座(1)固定安装有立柱(2)，所述立柱(2)套设有多个活动板(3)，所述活动板(3)通过扭转部件(4)与所述立柱(2)连接，所述活动板(3)能够发生扭转振动。
2.根据权利要求1所述的一种弹性尖劈装置，其特征在于，还包括多个固定板(5)，所述固定板(5)与所述立柱(2)固定连接，沿高度方向所述固定板(5)与所述活动板(3)交替设置，所述固定板(5)的阻塞比沿高度递减。
3.根据权利要求1或2任一所述的一种弹性尖劈装置，其特征在于，所述活动板(3)的振动频率fi满足：
4.根据权利要求1或2任一所述的一种弹性尖劈装置，其特征在于，所述弹性尖劈装置自下而上形成梯形或三角形。
5.根据权利要求1所述的一种弹性尖劈装置，其特征在于，所述扭转部件(4)为扭转弹簧。
6.根据权利要求1所述的一种弹性尖劈装置，其特征在于，所述活动板(3)向水平面的投影为t形。
7.根据权利要求2所述的一种弹性尖劈装置，其特征在于，所述活动板(3)和所述固定板(5)向水平面的投影均为t形。
8.一种弹性尖劈装置设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求1-7任一所述的一种弹性尖劈装置，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种弹性尖劈装置设计方法，其特征在于，所述活动板(3)的质量根据所述活动板(3)的密度和体积计算求得。
10.根据权利要求8所述的一种弹性尖劈装置设计方法，其特征在于，第i个观测点风荷载的中心主频率与第i个所述活动板(3)的振动频率相同。
