一种对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置

摘要

本发明公开了一种对称布置式建筑结构同步气弹‑测压‑测空气力装置，应用在风洞试验装置领域，包括建筑模型、安装座、基板、形变杆和应变片，本发明通过设计对称的建筑模型及风力传感器，可实现测出同一点的试验风力大小和空气惯性力的大小，试验风力大小和空气惯性力获得实际由风引起的气动力大小，使测量的实际由风引起的气动力数据更加准确，且可同时进行测压试验和气弹试验，全面反应模型振动对风荷载的影响，使实验分析用数据更加贴近实际情况，且提高试验效率。

权利要求

1.一种对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，其特征在于：包括建筑模型、安装座、基板、形变杆和应变片；

所述基板水平固定设置于风洞试验区域内，且基板上表面为有试验风一侧，下表面为无试验风一侧，基板中央垂直开设有安装孔；

所述安装孔在水平方向上的左右两侧呈圆弧形；

所述安装座通过一根转轴可转动设置于基板的安装孔内，且其水平方向上的左右两侧呈与安装孔型面相契合匹配的圆弧形；

所述转轴平行试验风风向设置，且其轴心位于基板水平方向上的中轴线M上；

所述安装座及安装孔左右两侧的圆弧形的圆心均在转轴的轴心处；

所述建筑模型有完全相同的两个，分别连接设置于安装座的上下侧并关于中轴线M对称，每个建筑模型在垂直试验风风向的左右两侧设有风力传感器，且设置在两个建筑模型上的风力传感器关于中轴线M对称；

所述形变杆有两根相对连接于基板下表面，每根形变杆均通过一根弹簧分别与建筑模型的左/右表面连接；

所述应变片有两片分别镶嵌于两根形变杆相对外侧，且均位于弹簧上方。

2.根据权利要求1所述的对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，其特征在于：还包括阻尼力模拟机构；所述阻尼力模拟机构包括连杆、阻尼片、容器和阻尼油；所述连杆上部连接于下侧的建筑模型下端中央，下部与阻尼片连接；所述容器开口向上，里面盛装阻尼油；所述阻尼片呈片状插放在阻尼油中，且其片状结构的窄面一侧与试验风风向平行。

3.根据权利要求1所述的对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，其特征在于：所述风力传感器在每一个建筑模型高度方向上均布设有多个。

4.根据权利要求1所述的对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，其特征在于：所述安装座与安装孔相契合匹配的圆弧形面之间的距离为1～3mm。

5.根据权利要求4所述的对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，其特征在于：还包括柔性袋；所述柔性袋呈冗状连接于上侧建筑模型与基板上表面之间，以及下侧建筑模型与基板下表面之间，将安装座与安装孔相契合匹配的圆弧形面之间的间隙完全覆盖。

6.根据权利要求5所述的对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，其特征在于：所述柔性袋为塑胶袋。

说明书

一种对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置

技术领域

[0001] 本发明属于风洞试验装置领域，具体涉及一种对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置。

背景技术

[0002] 在设计超高层建筑时，结构的风致响应是设计过程中需要重点考虑的因素，因此在设计超高层建筑时，须用风洞试验来对建筑模型的风致效应进行研究。

[0003] 现有技术中，可用于研究建筑模型风致效应的试验装置功能都较为单一，比如，常见的风洞测压试验装置所用的试验装置，其无法对模型在风致作用下的振动进行模拟，其测到的压力未包含结构振动的影响(流固耦合的影响)，因此测量结果无法全面反应模型振动对风荷载的影响，并且模型振动过程中会存在空气惯性力，现有的试验系统多忽略了对该因素力的测量，因此得到的实际由风引起的气动力结果不够精确。又如常见的风洞气弹试验所用的试验装置，由于无法测到作用在结构上的气动力，因此其测量结果也存在片面性。有少数能够在一套装置上进行测压试验和气弹试验的试验设备，却只能将测压试验和气弹试验两个试验分别进行，实验效率较低，且试验数据无法反应出振动对模型的影响。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，能同步进行测压试验和气弹试验，全面反应模型振动对风荷载的影响，并且测量出模型振动过程中的空气惯性力，使获得的实际由风引起的气动力结果更加精确。

[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，包括建筑模型、安装座、基板、形变杆和应变片；所述基板水平固定设置于风洞试验区域内，且基板上表面为有试验风一侧，下表面为无试验风一侧，基板中央垂直开设有安装孔；所述安装孔在水平方向上的左右两侧呈圆弧形；所述安装座通过一根转轴可转动设置于基板的安装孔内，且其水平方向上的左右两侧呈与安装孔型面相契合匹配的圆弧形；所述转轴平行试验风风向设置，且其轴心位于基板水平方向上的中轴线M上；所述安装座及安装孔左右两侧的圆弧形的圆心均在转轴的轴心处；所述建筑模型有完全相同的两个，分别连接设置于安装座的上下侧并关于中轴线M对称，每个建筑模型在垂直试验风风向的左右两侧设有风力传感器，且设置在两个建筑模型上的风力传感器关于中轴线M对称；所述形变杆有两根相对连接于基板下表面，每根形变杆均通过一根弹簧分别与建筑模型的左/右表面连接；所述应变片有两片分别镶嵌于两根形变杆相对外侧，且均位于弹簧上方。

[0007] 优选的，还包括阻尼力模拟机构；所述阻尼力模拟机构包括连杆、阻尼片、容器和阻尼油；所述连杆上部连接于下侧的建筑模型下端中央，下部与阻尼片连接；所述容器开口向上，里面盛装阻尼油；所述阻尼片呈片状插放在阻尼油中，且其片状结构的窄面一侧与试验风风向平行。

[0008] 优选的，所述风力传感器在每一个建筑模型高度方向上均布设有多个。

[0009] 优选的，所述安装座与安装孔相契合匹配的圆弧形面之间的距离为1～3mm。

[0010] 优选的，还包括柔性袋；所述柔性袋呈冗状连接于上侧建筑模型与基板上表面之间，以及下侧建筑模型与基板下表面之间，将安装座与安装孔相契合匹配的圆弧形面之间的间隙完全覆盖。

[0011] 优选的，所述柔性袋为塑胶袋。

[0012] 本发明的有益效果在于：

[0013] 1、本发明通过设计对称的建筑模型及风力传感器，可实现测出同一点的试验风力大小和空气惯性力的大小，试验风力大小和空气惯性力获得实际由风引起的气动力大小，使测量的实际由风引起的气动力数据更加准确。

[0014] 2、本发明可同时进行测压试验和气弹试验，全面反应模型振动对风荷载的影响，使实验分析用数据更加贴近实际情况，且提高试验效率。

附图说明

[0015] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

[0016] 图1为实施例一结构示意图；

[0017] 图2为实施例二结构示意图。

[0018] 附图中标记如下：建筑模型1、安装座2、基板3、安装孔31、形变杆4、应变片5、转轴6、连杆7、阻尼片8、容器9、阻尼油10、紧定螺栓11、风力传感器12、柔性袋13、弹簧14。

具体实施方式

[0019] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

[0020] 实施例一

[0021] 如图1，一种对称布置式建筑结构同步气弹-测压-测空气力装置，包括建筑模型1、安装座2、基板3、形变杆4和应变片5；所述基板3水平固定设置于风洞试验区域内，且基板3上表面为有试验风一侧，下表面为无试验风一侧，实现该风力分配的方式之一可以是将整个试验装置置于风洞内，但基板3以下的结构采用围挡进行完全隔离，实现基板下表面无风；实现该风力分配的方式之二可以是将基板3以上的结构置于风洞内，基板3以下的结构置于风洞外(风洞外侧的下部通常为闲置空间，以便于在风洞下侧对各项试验参数及结构的调节)，当然，本领域技术人员应当知晓，也可以为其他结构。

[0022] 基板3中央垂直开设有安装孔31；所述安装孔31在水平方向上的左右两侧呈圆弧形；所述安装座2通过一根转轴6可转动设置于基板3的安装孔31内，且其水平方向上的左右两侧呈与安装孔31型面相契合匹配的圆弧形；所述转轴6平行试验风风向设置，且其轴心位于基板3水平方向上的中轴线M上；所述安装座2及安装孔31左右两侧的圆弧形的圆心均在转轴6的轴心处；所述建筑模型1有完全相同的两个，分别通过紧定螺栓11连接设置于安装座2的上下侧并关于中轴线M对称，每个建筑模型1在垂直试验风风向的左右两侧设有风力传感器12，且设置在两个建筑模型1上的风力传感器12关于中轴线M对称；所述形变杆4有两根相对连接于基板3下表面，每根形变杆4均通过一根弹簧14分别与建筑模型1的左/右表面连接；所述应变片5有两片分别镶嵌于两根形变杆4相对外侧，且均位于弹簧14上方。

[0023] 试验时，将预先制作好的建筑模型1两个对称的安装于安装座2的上下侧，然后将整套试验装置置于风洞内或基板3以下结构置于风洞外，具体参考上文“基板3上表面为有试验风一侧，下表面为无试验风一侧”的实现方式。风洞启动后，试验风风向如图1所示，作用于建筑模型1，建筑模型1在横风作用下会发生如图1中绕转轴6的左右方向的摆动。

[0024] 由于上侧的建筑模型1与下侧的建筑模型1关于中轴线M对称，且每个建筑模型1在垂直试验风风向的左右两侧设有风力传感器12，且设置在两个建筑模型1上的风力传感器12关于中轴线M对称，参考图1，即风力传感器A-a对称，B-b对称，C-c对称，D-d对称，以风力传感器A-a为例，A点可测得试验风力FA的大小，a点可测得对应于A点的空气惯性力的大小Fa，那么FA-Fa就是实际由风引起的气动力大小。该对称式建筑模型及风力传感器的布置，可测出同一点的空气惯性力的大小，再将该点测得的试验风力减去惯性力，就可获得完全由风引起的气动力，相对于常规风洞试验测到的包含空气惯性力的气动力数据，本发获得的完全由风引起的气动力数据更加真实准确。

[0025] 与此同时，建筑模型1摆动的过程中，下侧的建筑模型1会压迫与其连接的弹簧14，进而压迫形变杆4发生形变，而镶嵌于形变杆4上的应变片5则获得了测压数据，实现同步进行测压试验和气弹试验，全面反应模型振动对风荷载的影响。

[0026] 需要特别说明的是，上述风力传感器12及应变片5的布线方式以信号接收、数据获取方式均为本领域的常规设置，故本申请不做赘述。

[0027] 进一步的，本实施例还包括阻尼力模拟机构；所述阻尼力模拟机构包括连杆7、阻尼片8、容器9和阻尼油10；所述连杆7上部连接于下侧的建筑模型1下端中央，下部与阻尼片8连接；所述容器9开口向上，里面盛装阻尼油10；所述阻尼片8呈片状插放在阻尼油10中，且其片状结构的窄面一侧与试验风风向平行，以确保阻尼片8在阻尼油10中获得最大的阻尼受力面。试验过程中，可通过调节阻尼片8与阻尼油10的接触面积(也即控制阻尼片8浸入阻尼油10的深度)来调节建筑模型振动时的阻尼比，充分模拟建筑结构在横风作用振动下来自底部土壤等结构的阻尼受力情况，使测得的气动力和压力值更加精确，更贴近实际情况。

[0028] 进一步的，本实施例采用的风力传感器12在每一个建筑模型1高度方向上均布设有多个，该设计可一次性实现多处的实际由风引起的气动力大小，提高试验效率，同时也方便分析不同高度处实际由风引起的气动力与应变片测得压力之间的关系。

[0029] 进一步的，本实施例采用的安装座2与安装孔31相契合匹配的圆弧形面之间的距离为1～3mm，该间距可保证安装座2在基板3内可绕转轴6自由旋转，又不至于基板3上侧的试验风窜风至基板3下侧干扰试验数据测量。

[0030] 实施例二

[0031] 如图2，与实施例一的区别在于，本实施例还包括柔性袋13，本处采用的柔性袋13为塑胶袋；所述柔性袋13呈冗状连接于上侧建筑模型1与基板3上表面之间，以及下侧建筑模型1与基板3下表面之间，将安装座2与安装孔31相契合匹配的圆弧形面之间的间隙完全覆盖。冗状设置的柔性袋13可吸收建筑模型1的摆动幅度，并且完全覆盖掉安装座2与安装孔31之间的间隙，彻底杜绝窜风的情况出现。

[0032] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。