CN104677740B - 一种建筑膜结构张拉性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑膜结构张拉性能测试装置，包括一个试验平台，其特征在于，还包括设置在试验平台上的用于将膜张拉展开的张拉装置、用于发射弹珠的弹珠弹射装置和用于检测膜振动情况的振动检测装置。本发明能够用于试验和获取建筑用膜材料的张拉性能，同时具有结构简单，操作方便，检测快速，结果精确等优点。

Description

一种建筑膜结构张拉性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种建筑膜材料性能检测技术；特别是涉及一种建筑膜结构张拉性能测试装置。

背景技术

膜结构，是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件（钢架、钢柱或钢索）通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。张拉摸结构一般通过柱及钢架支承或钢索张拉成型，其造型打破了纯直线建筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合，呈现给人以耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。

由于膜结构自重小且经济美观，因此它被广泛地应用于大跨度空间结构中，如：大型体育场馆、会展中心、装饰小品等。在各种膜结构体系中，张拉膜结构的应用最为广泛。张拉膜结构的刚度是通过给膜材施加预张力来实现的。为了控制实际膜张力与其设计值相符合，保证工程质量，防止膜褶皱松弛或被撕裂，减少工程事故，对膜结构预张力的精确检测就显得十分必要和重要。对使用中的建筑张拉膜结构的预张力的检测属于无损检测范畴。如何准确地测量膜材预张力值一直是业界致力研究的一个方向。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单，操作方便，检测快速，能够精确获取膜材料张拉性能的建筑膜结构张拉性能测试装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：（下述技术方案中结构描述，以装置使用时的状态为基础进行描述）

一种建筑膜结构张拉性能测试装置，包括一个试验平台，其特征在于，还包括设置在试验平台上的用于将膜张拉展开的张拉装置、用于发射弹珠的弹珠弹射装置和用于检测膜振动情况的振动检测装置；

所述张拉装置包括沿环形布置在试验平台上的多个水平设置的张拉用气缸，每个张拉气缸均靠张拉气缸支撑座固定支承在试验平台上且其伸缩臂沿张拉用气缸所在环形指向圆心方向设置，伸缩臂的前端设置有下压紧块和上压紧块，所述下压紧块前端具有呈弧形的压紧部，下压紧块后端中部具有后凸的连接凸台且连接凸台中部靠一个拉力计和伸缩臂前端相连，所述上压紧块为弧度和弧长均和压紧部一致的弧形且贴合设置在下压紧块的压紧部上，所述张拉气缸的伸缩臂均向前伸出后能够使得每个上压紧块的两端能够恰好抵接成一个与张拉装置所在位置圆环同心的圆环，所述上压紧块和下压紧块的压紧部上沿自身弧形均匀间隔设置有多个竖向螺栓孔并能够靠螺栓压紧固定；

所述弹珠弹射装置设置于所述上压紧块围成的环形平面的下方中部位置，且所述弹珠弹射装置的发射口正对上压紧块围成的环形圆心设置；所述弹珠弹射装置中具有能够检测弹珠入射速度和反弹速度的弹珠速度检测装置；

所述振动检测装置设置于上压紧块围成的环形平面的上方位置。

本装置使用时，先将张拉气缸伸缩臂伸出，使得各自的压紧块能够围成一个正圆形，然后一块匹配圆形的待检测的膜展开后，四周靠下压紧块和上压紧块夹持并靠螺栓压紧固定，然后启动张拉气缸的伸缩臂缩回，根据拉力计读数可以获取膜的实际张拉力；然后通过弹珠弹射装置对膜中心位置发射弹珠，并获取弹珠的入射速度和反弹速度；然后通过振动检测装置能够获取膜面振动情况，进而得到待检测膜的张拉性能。（膜的张拉性能主要是指膜所受张拉力、和膜受到的冲击载荷以及膜的振动情况三者之间的对应关系，例如能够获取膜在一定张拉力的作用下能够承受的极限冲击载荷，或者膜在一定张拉力的作用下，当冲击载荷改变时其振动幅度的对应改变情况，或者膜能够承受最大冲击载荷的张拉力大小等等性能均可以得到测试和验证）

作为优化，所述弹珠弹射装置包括设置在试验平台上的底板，底板上竖向并列向上设置有一根立柱和一块立柱固定板；

所述立柱整体呈空心圆管状，立柱内腔中部位置具有一段直径变小的限位台阶段，限位台阶段上部相邻位置具有一横向设置的弹珠入口，弹珠入口外部设置有一个固定在立柱上的横向连接块，横向连接块上方还具有竖向设置的一个储料管，横向连接块远离立柱方向的端部还设置有一个送料气缸，所述横向连接块内部具有水平设置的弹珠通道，弹珠通道一端和立柱上的弹珠入口对接，另一端和上方的储料管连通设置，所述送料气缸的伸缩臂正对弹珠通道设置且能够将来自储料管的弹珠推送入弹珠入口；立柱内腔中还竖向设置有用于撞击弹珠的撞针，撞针整体呈圆柱形，其上部为配合在立柱内腔限位台阶段内部的小直径段，撞针下部设置有一圈直径变大的限位凸环，撞针下端到立柱内腔底部之间抵接设置有强力弹簧，所述撞针对应位置的立柱内壁上还竖向设置有和外界连通的竖槽；

所述立柱固定板上还固定设置有一个竖向伸缩气缸，竖向伸缩气缸具有一个可竖向向下伸缩的伸缩臂且该伸缩臂上固定设置有一个安装板，安装板上固定设置有一个横向伸缩气缸，横向伸缩气缸具有一个可横向伸缩的伸缩臂且该伸缩臂前端固定设置有扳机件，扳机件前端面正对立柱上的竖槽设置有一个凸起，所述横向伸缩气缸的伸缩臂伸出后能够带动扳机件的凸起进入到立柱竖槽内并挂住撞针的限位凸环；

所述弹珠速度检测装置包括一个同轴套设在立柱上端的套管和设置在套管内部的速度检测计。

这样，弹珠弹射装置使用时，预先将弹珠装入到储料管内，启动送料气缸的伸缩臂伸出将储料管最下方的弹珠从弹珠通道推送入弹珠入口进入到立柱内，弹珠停留在立柱内腔限位台阶段上端位置；然后启动横向伸缩气缸的伸缩臂横向伸出，使得扳机件的凸起进入到立柱竖槽内并挂住撞针的限位凸环，然后启动竖向伸缩气缸的伸缩臂向下伸出，通过横向伸缩气缸和扳机件带动撞针克服强力弹簧的弹力向下运动，压缩强力弹簧后处于击发状态，然后控制横向伸缩气缸的伸缩臂横向缩回，释放撞针向上冲出，撞针撞击弹珠使其向上发射出去。弹珠经过立柱上端的套管时靠其内的速度检测计可以检测入射速度；同时由于立柱和套管均为正对待检测膜被夹持的圆形圆心竖直设置，故弹珠撞击待检测膜后可以原路返回到套管内靠速度检测计检测其反弹速度。故具有结构简单，操作方便，控制可靠，检测快捷等优点。

作为优化，立柱固定板上端横向延伸固定有立柱限位板，立柱限位板和立柱上部固定连接。

这样，可以更好地提高立柱的固定强度和稳定性。

作为优化，所述撞针上端面中部具有向下设置的球冠形面。

这样，撞针靠球冠形面撞击弹珠进行击发，能够更好地传递击发冲击力且击发更加稳定可靠。

作为优化，所述底板上还向上固定设置有三角形的加强板，加强板一侧和立柱固定板固定连接。

这样，可以加强立柱固定板的固定强度和稳定性。

作为优化，所述底板包括下底板和上底板，所述上底板四角通过向下旋设的调节螺栓支撑在下底板上。

这样，可以更加方便根据弹珠实际发射返回情况，调节上底板的水平度，使其上的立柱能够垂直正对待检测膜中心，以使得调节后保证发射的弹珠能够原路返回到套管内，从而准确地检测到弹珠的反弹速度。

作为优化，所述立柱固定板下部还具有一个水平贯穿设置的限位底板，限位底板一端位于立柱固定板和立柱相邻的一侧，另一端位于立柱固定板背离立柱的一侧，所述竖向伸缩气缸的伸缩臂的下端还设置有一个向下的检测限位开关，所述检测限位开关和竖向伸缩气缸的控制装置相连，所述检测限位开关正对并用于检测限位底板位于立柱端，进行竖向伸缩气缸伸缩臂的下行限位。

这样，当竖向伸缩气缸的伸缩臂向下伸出时，可以靠检测限位开关和检测限位底板的配合进行竖向伸缩气缸伸缩臂的下行限位；使其控制更加方便可靠和稳定。

作为优化，所述限位底板上方还向上设置有数块水平布置的限位调节板，限位调节板可水平滑动地插接在立柱固定板上对应的滑孔内并能够从立柱固定板背离立柱一侧滑动到临近立柱一侧，所述限位调节板上设置有两个竖向的定位孔，并能够靠定位销插入对应的定位孔完成限位调节板在立柱固定板两侧位置的固定，当限位调节板固定于临近立柱一侧时能够和检测限位开关配合实现竖向伸缩气缸的伸缩臂的下行限位。

这样，采用了简单的结构，可以通过限位调节板调节竖向伸缩气缸伸缩臂的下行距离，进而方便快捷地调节弹珠发射速度的大小，利于试验的进行。

作为优化，储料管上端旋接有一个管帽。这样可以起到密封储料弹珠的效果。

作为优化，所述检测装置采用（ZLDS）激光位移传感器。这样，可以方便快捷准确地实现待检测膜振动幅度的检测。

综上所述，本发明能够用于试验和获取建筑用膜材料的张拉性能，同时具有结构简单，操作方便，检测快速，结果精确等优点。

附图说明

图1为本发明采用的试验平台及其上的张拉装置的立体结构示意图。

图2为本发明中采用的弹珠弹射装置的正视图。

图3为图2的左视图。

图4为图2的立体图。

图5为图2中单独立柱结构的剖视图。

图6为图2中单独撞针结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时，如图1-6所示：一种建筑膜结构张拉性能测试装置，包括一个试验平台1，还包括设置在试验平台1上的用于将膜张拉展开的张拉装置、用于发射弹珠的弹珠弹射装置和用于检测膜振动情况的振动检测装置；

所述张拉装置包括沿环形布置在试验平台上的多个水平设置的张拉用气缸2，每个张拉气缸2均靠张拉气缸支撑座3固定支承在试验平台1上且其伸缩臂沿张拉用气缸2所在环形指向圆心方向设置，伸缩臂的前端设置有下压紧块4和上压紧块5，所述下压紧块4前端具有呈弧形的压紧部，下压紧块4后端中部具有后凸的连接凸台且连接凸台中部靠一个拉力计6和伸缩臂前端相连，所述上压紧块5为弧度和弧长均和压紧部一致的弧形且贴合设置在下压紧块4的压紧部上，所述张拉气缸2的伸缩臂均向前伸出后能够使得每个上压紧块5的两端能够恰好抵接成一个与张拉装置所在位置圆环同心的圆环，所述上压紧块5和下压紧块4的压紧部上沿自身弧形均匀间隔设置有多个竖向螺栓孔并能够靠螺栓压紧固定；

所述弹珠弹射装置设置于所述上压紧块围成的环形平面的下方中部位置，且所述弹珠弹射装置的发射口正对上压紧块围成的环形圆心设置；所述弹珠弹射装置中具有能够检测弹珠入射速度和反弹速度的弹珠速度检测装置；

所述振动检测装置（图中未显示）设置于上压紧块围成的环形平面的上方位置。

上述装置使用时，先将张拉气缸伸缩臂伸出，使得各自的压紧块能够围成一个正圆形，然后一块匹配圆形的待检测的膜展开后，四周靠下压紧块和上压紧块夹持并靠螺栓压紧固定，然后启动张拉气缸的伸缩臂缩回，根据拉力计读数可以获取膜的实际张拉力；然后通过弹珠弹射装置对膜中心位置发射弹珠，并获取弹珠的入射速度和反弹速度；然后通过振动检测装置能够获取膜面振动情况，进而得到待检测膜的张拉性能。（膜的张拉性能主要是指膜所受张拉力、和膜受到的冲击载荷以及膜的振动情况三者之间的对应关系，例如能够获取膜在一定张拉力的作用下能够承受的极限冲击载荷，或者膜在一定张拉力的作用下，当冲击载荷改变时其振动幅度的对应改变情况，或者膜能够承受最大冲击载荷的张拉力大小等等性能均可以得到测试和验证）

上述装置中，所述弹珠弹射装置包括设置在试验平台1上的底板，底板上竖向并列向上设置有一根立柱7和一块立柱固定板8；

所述立柱7整体呈空心圆管状，立柱内腔中部位置具有一段直径变小的限位台阶段9，限位台阶段9上部相邻位置具有一横向设置的弹珠入口10，弹珠入口外部设置有一个固定在立柱上的横向连接块11，横向连接块11上方还具有竖向设置的一个储料管12，横向连接块远离立柱方向的端部还设置有一个送料气缸13，所述横向连接块11内部具有水平设置的弹珠通道，弹珠通道一端和立柱上的弹珠入口10对接，另一端和上方的储料管12连通设置，所述送料气缸13的伸缩臂正对弹珠通道设置且能够将来自储料管12的弹珠推送入弹珠入口；立柱7内腔中还竖向设置有用于撞击弹珠的撞针14，撞针14整体呈圆柱形，其上部为配合在立柱内腔限位台阶段内部的小直径段，撞针下部设置有一圈直径变大的限位凸环15，撞针14下端到立柱内腔底部之间抵接设置有强力弹簧，所述撞针14对应位置的立柱7内壁上还竖向设置有和外界连通的竖槽16；

所述立柱固定板8上还固定设置有一个竖向伸缩气缸17，竖向伸缩气缸17具有一个可竖向向下伸缩的伸缩臂且该伸缩臂上固定设置有一个安装板18，安装板18上固定设置有一个横向伸缩气缸19，横向伸缩气缸19具有一个可横向伸缩的伸缩臂且该伸缩臂前端固定设置有扳机件20，扳机件20前端面正对立柱上的竖槽设置有一个凸起，所述横向伸缩气缸的伸缩臂伸出后能够带动扳机件的凸起进入到立柱竖槽16内并挂住撞针14的限位凸环15；

所述弹珠速度检测装置包括一个同轴套设在立柱上端的套管21和设置在套管21内部的速度检测计。

这样，弹珠弹射装置使用时，预先将弹珠装入到储料管内，启动送料气缸的伸缩臂伸出将储料管最下方的弹珠从弹珠通道推送入弹珠入口进入到立柱内，弹珠停留在立柱内腔限位台阶段上端位置；然后启动横向伸缩气缸的伸缩臂横向伸出，使得扳机件的凸起进入到立柱竖槽内并挂住撞针的限位凸环，然后启动竖向伸缩气缸的伸缩臂向下伸出，通过横向伸缩气缸和扳机件带动撞针克服强力弹簧的弹力向下运动，压缩强力弹簧后处于击发状态，然后控制横向伸缩气缸的伸缩臂横向缩回，释放撞针向上冲出，撞针撞击弹珠使其向上发射出去。弹珠经过立柱上端的套管时靠其内的速度检测计可以检测入射速度；同时由于立柱和套管均为正对待检测膜被夹持的圆形圆心竖直设置，故弹珠撞击待检测膜后可以原路返回到套管内靠速度检测计检测其反弹速度。故具有结构简单，操作方便，控制可靠，检测快捷等优点。

上述装置中，立柱固定板上端横向延伸固定有立柱限位板22，立柱限位板22和立柱7上部固定连接。

这样，可以更好地提高立柱的固定强度和稳定性。

上述装置中，所述撞针14上端面中部具有向下设置的球冠形面。

这样，撞针靠球冠形面撞击弹珠进行击发，能够更好地传递击发冲击力且击发更加稳定可靠。

上述装置中，所述底板上还向上固定设置有三角形的加强板23，加强板23一侧和立柱固定板8固定连接。

这样，可以加强立柱固定板的固定强度和稳定性。

上述装置中，所述底板包括下底板24和上底板25，所述上底板25四角通过向下旋设的调节螺栓26支撑在下底板24上。

这样，可以更加方便根据弹珠实际发射返回情况，调节上底板的水平度，使其上的立柱能够垂直正对待检测膜中心，以使得调节后保证发射的弹珠能够原路返回到套管内，从而准确地检测到弹珠的反弹速度。

上述装置中，所述立柱固定板下部还具有一个水平贯穿设置的限位底板27，限位底板27一端位于立柱固定板和立柱相邻的一侧，另一端位于立柱固定板背离立柱的一侧，所述竖向伸缩气缸17的伸缩臂的下端还设置有一个向下的检测限位开关28，所述检测限位开关28和竖向伸缩气缸17的控制装置相连，所述检测限位开关28正对并用于检测限位底板位于立柱端，进行竖向伸缩气缸伸缩臂的下行限位。

这样，当竖向伸缩气缸的伸缩臂向下伸出时，可以靠检测限位开关和检测限位底板的配合进行竖向伸缩气缸伸缩臂的下行限位；使其控制更加方便可靠和稳定。

上述装置中，所述限位底板27上方还向上设置有数块水平布置的限位调节板29，限位调节板29可水平滑动地插接在立柱固定板上对应的滑孔内并能够从立柱固定板背离立柱一侧滑动到临近立柱一侧，所述限位调节板上设置有两个竖向的定位孔，并能够靠定位销30插入对应的定位孔完成限位调节板29在立柱固定板两侧位置的固定，当限位调节板29固定于临近立柱一侧时能够和检测限位开关配合实现竖向伸缩气缸的伸缩臂的下行限位。

这样，采用了简单的结构，可以通过限位调节板调节竖向伸缩气缸伸缩臂的下行距离，进而方便快捷地调节弹珠发射速度的大小，利于试验的进行。

上述装置中，储料管12上端旋接有一个管帽31。这样可以起到密封储料弹珠的效果。

上述装置中，所述检测装置采用（ZLDS）激光位移传感器。这样，可以方便快捷准确地实现待检测膜振动幅度的检测。

另外，上述装置实施时，可以设置触摸面板实现对上述操作过程的控制，可在触摸面板中设置弹珠发射循环次数，可单次发射或连续射击，可设置间隔时间，可按照指定时间间歇发射。但这些均属于电气控制领域常规技术，不在此详述。

综上所述，本发明能够用于试验和获取建筑用膜材料的张拉性能，同时具有结构简单，操作方便，检测快速，结果精确等优点。

Claims (10)

1.一种建筑膜结构张拉性能测试装置，包括一个试验平台，其特征在于，还包括设置在试验平台上的用于将膜张拉展开的张拉装置、用于发射弹珠的弹珠弹射装置和用于检测膜振动情况的振动检测装置；

所述张拉装置包括沿环形布置在试验平台上的多个水平设置的张拉用气缸，每个张拉气缸均靠张拉气缸支撑座固定支承在试验平台上且其伸缩臂沿张拉用气缸所在环形指向圆心方向设置，伸缩臂的前端设置有下压紧块和上压紧块，所述下压紧块前端具有呈弧形的压紧部，下压紧块后端中部具有后凸的连接凸台且连接凸台中部靠一个拉力计和伸缩臂前端相连，所述上压紧块为弧度和弧长均和压紧部一致的弧形且贴合设置在下压紧块的压紧部上，所述张拉气缸的伸缩臂均向前伸出后能够使得每个上压紧块的两端能够恰好抵接成一个与张拉装置所在位置圆环同心的圆环，所述上压紧块和下压紧块的压紧部上沿自身弧形均匀间隔设置有多个竖向螺栓孔并能够靠螺栓压紧固定；

所述弹珠弹射装置设置于所述上压紧块围成的环形平面的下方中部位置，且所述弹珠弹射装置的发射口正对上压紧块围成的环形圆心设置；所述弹珠弹射装置中具有能够检测弹珠入射速度和反弹速度的弹珠速度检测装置；

所述振动检测装置设置于上压紧块围成的环形平面的上方位置。

2.如权利要求1所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，所述弹珠弹射装置包括设置在试验平台上的底板，底板上竖向并列向上设置有一根立柱和一块立柱固定板；

所述立柱整体呈空心圆管状，立柱内腔中部位置具有一段直径变小的限位台阶段，限位台阶段上部相邻位置具有一横向设置的弹珠入口，弹珠入口外部设置有一个固定在立柱上的横向连接块，横向连接块上方还具有竖向设置的一个储料管，横向连接块远离立柱方向的端部还设置有一个送料气缸，所述横向连接块内部具有水平设置的弹珠通道，弹珠通道一端和立柱上的弹珠入口对接，另一端和上方的储料管连通设置，所述送料气缸的伸缩臂正对弹珠通道设置且能够将来自储料管的弹珠推送入弹珠入口；立柱内腔中还竖向设置有用于撞击弹珠的撞针，撞针整体呈圆柱形，其上部为配合在立柱内腔限位台阶段内部的小直径段，撞针下部设置有一圈直径变大的限位凸环，撞针下端到立柱内腔底部之间抵接设置有强力弹簧，所述撞针对应位置的立柱内壁上还竖向设置有和外界连通的竖槽；

所述立柱固定板上还固定设置有一个竖向伸缩气缸，竖向伸缩气缸具有一个能够竖向向下伸缩的伸缩臂且该伸缩臂上固定设置有一个安装板，安装板上固定设置有一个横向伸缩气缸，横向伸缩气缸具有一个能够横向伸缩的伸缩臂且该伸缩臂前端固定设置有扳机件，扳机件前端面正对立柱上的竖槽设置有一个凸起，所述横向伸缩气缸的伸缩臂伸出后能够带动扳机件的凸起进入到立柱竖槽内并挂住撞针的限位凸环；

所述弹珠速度检测装置包括一个同轴套设在立柱上端的套管和设置在套管内部的速度检测计。

3.如权利要求2所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，立柱固定板上端横向延伸固定有立柱限位板，立柱限位板和立柱上部固定连接。

4.如权利要求2所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，所述撞针上端面中部具有向下设置的球冠形面。

5.如权利要求2所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，所述底板上还向上固定设置有三角形的加强板，加强板一侧和立柱固定板固定连接。

6.如权利要求2所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，所述底板包括下底板和上底板，所述上底板四角通过向下旋设的调节螺栓支撑在下底板上。

7.如权利要求2所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，所述立柱固定板下部还具有一个水平贯穿设置的限位底板，限位底板一端位于立柱固定板和立柱相邻的一侧，另一端位于立柱固定板背离立柱的一侧，所述竖向伸缩气缸的伸缩臂的下端还设置有一个向下的检测限位开关，所述检测限位开关和竖向伸缩气缸的控制装置相连，所述检测限位开关正对限位底板并用于限位底板的检测，进行竖向伸缩气缸伸缩臂的下行限位。

8.如权利要求7所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，所述限位底板上方还向上设置有数块水平布置的限位调节板，限位调节板能够水平滑动地插接在立柱固定板上对应的滑孔内并能够从立柱固定板背离立柱一侧滑动到临近立柱一侧，所述限位调节板上设置有两个竖向的定位孔，并能够靠定位销插入对应的定位孔完成限位调节板在立柱固定板两侧位置的固定，当限位调节板固定于临近立柱一侧时能够和检测限位开关配合实现竖向伸缩气缸的伸缩臂的下行限位。

9.如权利要求2所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，储料管上端旋接有一个管帽。

10.如权利要求1所述的建筑膜结构张拉性能测试装置，其特征在于，所述检测装置采用激光位移传感器。