CN106768788A - 一种气动弹性实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气动弹性实验系统，包括底座、支承件、建筑物模型、若干配重块、弹性装置、可变阻尼器、若干位移测量装置、万向联轴器和微处理器；建筑物模型的一端固定连接于支承件的中部并向上延伸，各配重块固定连接于支承件且位于建筑物模型的侧面；万向联轴器的一端固定连接于底座，另一端固定连接于支承件，且万向联轴器与建筑物模型的位置对应；弹性装置位于万向联轴器的侧面，且弹性装置的一端固定连接于底座，另一端固定连接于支承件；可变阻尼器用于向支承件提供阻尼；各位移测量装置用于测量支承件的位移；可变阻尼器和各位移测量装置均与微处理器信号连接；以便在进行风洞实验时准确控制建筑物模型的结构阻尼。

Description

一种气动弹性实验系统
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种气动弹性实验系统。
背景技术
随着经济和科技的发展，在建的数百米以上的超高层建筑在数量上不断增加，建筑高度亦逐步向千米级逼近；超高层建筑在高度上的急剧增加，必然使得风与结构的相互耦合效应趋于明显，为准确测量结构与风荷载之间的耦合效应，必须开展超高层建筑的气动弹性模型风洞实验。
根据是否考虑高层建筑的高阶模态可以将气动弹性实验系统分为多自由度气动弹性实验系统和单自由度气动弹性实验系统；多自由度气动弹性实验系统制作十分费时，而且制作费用也相当昂贵，同时针对每一个模型都必须单独进行设计，其难度相当大；对于绝大多数高层建筑，风致响应的一阶分量在总响应中通常占绝对份量，且一阶振型接近直线形状，因此采用单自由度气动弹性实验系统可保证实验结果的可靠性，且其制作与调试相对简单，目前被广泛应用于研究和实际工程抗风设计之中；然而，传统的单自由度气动弹性模型存在以下缺陷：通常采用油槽阻尼器，无法精确定量控制结构的阻尼比；通过在建筑顶部增加砝码来调整配重，这会使得结构模型的质量分布不均匀；当建筑物平面完全对称时，两个平动方向的响应会产生耦合效应，出现拍振现象，此时传统的气动弹性实验装置无法识别出结构的气动阻尼。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种气动弹性实验系统，以便在进行风洞实验时准确控制建筑物模型的结构阻尼。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种气动弹性实验系统，包括底座、支承件、建筑物模型、若干配重块、弹性装置、可变阻尼器、若干位移测量装置、万向联轴器和微处理器；建筑物模型的一端固定连接于支承件的中部并向上延伸，各配重块固定连接于支承件且位于建筑物模型的侧面；万向联轴器的一端固定连接于底座，另一端固定连接于支承件，且万向联轴器与建筑物模型的位置对应；弹性装置位于万向联轴器的侧面，且弹性装置的一端固定连接于底座，另一端固定连接于支承件；可变阻尼器用于向支承件提供阻尼，可变阻尼器包括基座和伸出端，基座固定连接于底座朝向支承件的表面，伸出端从基座伸出且与支承件抵接；各位移测量装置用于测量支承件的位移，各位移测量装置的一端固定连接于底座并向上延伸，另一端与支承件之间存在间隙；可变阻尼器和各位移测量装置均与微处理器信号连接。
优选的，所述可变阻尼器为电磁感应阻尼器。
优选的，所述配重块为铁块。
优选的，所述弹性装置包括弹簧，弹簧的一端固定连接于支承件，另一端固定连接于底座。
优选的，所述支承件为十字形钢梁。
优选的，所述万向联轴器为十字形万向联轴器。
优选的，所述建筑物模型由木头制成。
优选的，所述位移测量装置为电涡流位移传感器。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
采用可变阻尼器，利于精确地控制该气动弹性实验系统的阻尼比；在建筑物模型底部的支承件上增加或减少配重块，以达到质量相似，且不影响建筑物模型的质量分布的效果。
附图说明
图1为本发明一种气动弹性实验系统的示意图；
图2为本发明一种气动弹性实验系统沿A-A方向的剖视图；
图中：1、底座；2、支承件；3、建筑物模型；4、配重块；5、弹性装置；6、可变阻尼器；7、位移测量装置；8、万向联轴器；61、基座；62、伸出端。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
如图1～2所示，一种气动弹性实验系统，包括底座1、支承件2、建筑物模型3、若干配重块4、弹性装置5、可变阻尼器6、若干位移测量装置7、万向联轴器8和微处理器(未示出)；建筑物模型3的一端固定连接于支承件2的中部并向上延伸，各配重块4固定连接于支承件2且位于建筑物模型3的侧面；万向联轴器8的一端固定连接于底座1，另一端固定连接于支承件2，且万向联轴器8与建筑物模型3的位置对应；弹性装置5位于万向联轴器8的侧面，且弹性装置5的一端固定连接于底座1，另一端固定连接于支承件2；可变阻尼器6用于向支承件2提供阻尼，可变阻尼器6包括基座61和伸出端62，基座61固定连接于底座1朝向支承件2的表面，伸出端62从基座61伸出且与支承件2抵接；各位移测量装置7用于测量支承件2的位移，各位移测量装置7的一端固定连接于底座1并向上延伸，另一端与支承件2之间存在间隙；各位移测量装置7和可变阻尼器6均与微处理器信号连接。
其中，由于各配重块4固定连接于支承件2且位于建筑物模型3的侧面，与传统的在建筑物模型3顶部加载配重块4的方法相比，可以达到质量相似，且不会影响原建筑物模型3的重量分布的效果，同时可以给支承件2和建筑物模型3提供转动惯量，使实验更加容易进行；同时，由于弹性装置5位于万向联轴器8的侧面，优选为两个，且弹性装置5的一端固定连接于底座1，另一端固定连接于支承件2，当建筑物模型3受到风载荷的作用时，建筑物模型3发生倾斜和振动，从而带动支承件2发生倾斜和振动，此时一个弹性装置5受到压缩，另一个弹性装置5受到拉伸，从而使支承件2和建筑物模型3保持相对稳定；在进行风洞实验的时候，在风载荷的作用下，固定连接于支承件2上的建筑物模型3发生振动，并且带动支承件2发生振动；该系统包括若干位移测量装置7，优选为四个，且均匀分布于支承件2的四周，各位移测量装置7的一端固定连接于底座1并向上延伸，且另一端与支承件2之间存在间隙，因此在支承件2和建筑物模型3振动的过程中，各位移测量装置7分别对支承件2各个部位的位移进行非接触式测量，测得的四个位移转变为信号传输到微处理器，同时向微处理器输入一定的参数控制阻尼比，经由微处理器处理后输出信号并驱动可变阻尼器6产生相应的阻尼，即不同的位移对应于不同的阻尼，最终达到主动且稳定地控制建筑物模型3的结构阻尼的目的。
优选的，可变阻尼器6为电磁感应阻尼器，其反应迅速，能在最短的时间内产生相应的阻尼，从而提高工作效率。
优选的，配重块4为铁块，其来源广泛且成本较低。
另外，弹性装置5优选为弹簧，弹簧的一端固定连接于支承件2，另一端固定连接于底座1，以防止由于风载荷较大引起支承件2和建筑物模型3的过度倾斜。
优选的，支承件2为十字形钢梁，其具有一定的刚度且能够节约材料。
优选的，万向联轴器8为十字形万向联轴器8，使得支承件2和建筑物模型3仅能沿着十字钢梁的两个梁的平行方向转动着两个自由度，利于简化实验流程，提高工作效率。
优选的，建筑物模型3由木头制成，其重量相对较轻，制作相对简单。
优选的，位移测量装置7为电涡流位移传感器，能够精确地测量位移，利于提高实验数据的精度。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气动弹性实验系统，其特征在于：包括底座、支承件、建筑物模型、若干配重块、弹性装置、可变阻尼器、若干位移测量装置、万向联轴器和微处理器；建筑物模型的一端固定连接于支承件的中部并向上延伸，各配重块固定连接于支承件且位于建筑物模型的侧面；万向联轴器的一端固定连接于底座，另一端固定连接于支承件，且万向联轴器与建筑物模型的位置对应；弹性装置位于万向联轴器的侧面，且弹性装置的一端固定连接于底座，另一端固定连接于支承件；可变阻尼器用于向支承件提供阻尼，可变阻尼器包括基座和伸出端，基座固定连接于底座朝向支承件的表面，伸出端从基座伸出且与支承件抵接；各位移测量装置用于测量支承件的位移，各位移测量装置的一端固定连接于底座并向上延伸，另一端与支承件之间存在间隙；可变阻尼器和各位移测量装置均与微处理器信号连接。
2.根据权利要求1所述的气动弹性实验系统，其特征在于：所述可变阻尼器为电磁感应阻尼器。
3.根据权利要求2所述的气动弹性实验系统，其特征在于：所述配重块为铁块。
4.根据权利要求1～3任一所述的气动弹性实验系统，其特征在于：所述弹性装置包括弹簧，弹簧的一端固定连接于支承件，另一端固定连接于底座。
5.根据权利要求1所述的气动弹性实验系统，其特征在于：所述支承件为十字形钢梁。
6.根据权利要求5所述的气动弹性实验系统，其特征在于：所述万向联轴器为十字形万向联轴器。
7.根据权利要求5或6所述的气动弹性实验系统，其特征在于：所述建筑物模型由木头制成。
8.根据权利要求7所述的气动弹性实验系统，其特征在于：所述位移测量装置为电涡流位移传感器。
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