CN109470445A - 一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置。在建筑风洞的试验段左右对称布置有结构相同的测力段；两支座上方分别固定有测力天平，测力天平上方分别固定有卡座，两支座固定于试验段地面，两卡座的开口朝向吹风方向。两卡座后侧面开口的导向面底部布置有弧形橡胶片，长细构件的试件两端圆杆的尺寸要求小于弧形橡胶片的直径；将试件的两端圆杆经导向面放置于两卡座的弧形橡胶片上，以形成简支型测力体系；将两二维流隔离箱分别罩于各自的测力段上，以形成二维流效应，通过两侧测力天平获得试件的阻力，从而获得试件的阻力系数。本发明测试长细杆件的阻力系数，克服传统测试装置的不足，为长细构件阻力系数的风洞测力试验提供新的途径。

Description

一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置
技术领域
本发明涉及风荷载测试装置，尤其是涉及一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置。
背景技术
为了保障建筑物和构筑物的抗风安全，需要精确获得这些建筑物或者构筑物的阻力系数，通常采用在风洞中进行模型测力的方法获得。长细构件在这些建筑物或者构筑物中非常常见，如圆柱、多圆柱、单跟输电线，多分裂输电线、平面桁架、立体桁架、桥梁等。通常采用制作这些长细构件的足尺或者缩尺模型，截取特定长度的试验模型在风洞中进行考虑二维流效应的测力风洞试验。
以往试验通常有两种装置，第一种称为悬臂型装置，如图1所示，将长细杆件模型立于风洞中，通过在底部安装测力天平获得长细杆件模型的阻力，即一端为固支端，另一端为悬空端。第二种方法称为两端固支型装置，如图2所示，将长细杆件横放于风洞中，在两端布置测力天平，通过在两端安装测力天平获得长细杆件模型的阻力，即两端均形成固支端。
这两种测力试验装置均存在一定的不足之处。对于如图1所示的悬臂型测力装置，由于风洞时风速较大，悬空端在风洞中晃动很大，同时试件由于晃动较大导致试件的受风面积和受力方向会有所变化，影响到试件阻力的测试精度。对于如图2所示的两端固支型测试装置，由于两端都是固定端，会形成了超静定结构，在安装完毕后两端天平的相互牵制，导致两端天平的调零非常困难，受风后两端天平的结果会相互影响，也会影响到试件阻力的测试精度。
基于以上分析，非常有必要开发一套简支型的长细杆件阻力系数测试装置，克服悬臂型和两端固支型测试装置的不足，同时还必须具有安装简单、使用方便的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置，通过风洞试验获得长细构件在不同风速和湍流度下的阻力系数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明在建筑风洞的试验段的左右对称布置有结构相同的左测力段和右测力段；左测力段主要由左支座、左测力天平和左卡座组成，左支座上方固定有左测力天平，左测点天平上方固定有左卡座，左支座固定于试验段地面；右测力段主要由右支座、右测力天平和右卡座组成，右支座上方固定有右测力天平，右测点天平上方固定有右卡座，右支座固定于试验段地面；安装要求左卡座和右卡座的开口朝向吹风方向；左卡座和右卡座后侧面开口有导向面，导向面底部呈图弧形，图弧形面上布置有弧形橡胶片，长细构件的试件两端为圆杆，圆杆的直径小于弧形橡胶片的直径；试验时将试件两端圆杆经各自导向面放置于左卡座和右卡座的弧形橡胶片上，以形成简支型测力体系；将左二维流隔离箱和右二维流隔离箱分别罩于左测力段和右测力段上，以形成二维流效应，将左测力段和右测力段与风隔绝，左二维流隔离箱和右二维流隔离箱固定于试验段地面，通过左测力天平和右测力天平获得试件的阻力，从而获得试件的阻力系数。
所述阻力系数的计算公式为：
Cd＝Fd/0.5ρv2LD
式中：Cd为阻力系数，Fd为阻力，ρ为空气密度，v为来流风速，L为试件长度，D为试件直径。
所述长细构件的试件，其长径比为10～100。
所述左二维流隔离箱和右二维流隔离箱两端为流线型导流端，形成二维流效应，左二维流隔离箱和右二维流隔离箱朝向试件一侧开有半圆形长孔，安装完毕后用胶带纸将半圆形长孔中除圆杆外的部分封闭。
所述长细构件的试件为单根输电线、多分裂导线和立体桁架。
本发明具有的有益效果是：
本发明采用简支型的测试装置来测试长细杆件的阻力系数，克服背景技术领域中传统的悬臂型测力装置和两端固支型测试装置的不足之处，为长细构件阻力系数的风洞测力试验提供了一种新的途径。
附图说明
图1是悬臂型装置。
图2是两端固支型装置。
图3是本发明的结构示意图。
图4是左卡座和右卡座的结构示意图。
图5是左二维流隔离箱和右二维流隔离箱的立面图。
图6是左二维流隔离箱和右二维流隔离箱的俯视图。
图7是长细杆件的几种常见类型。
图中：1、试验段，2、左测力段，3、右测力段，4、左支座，5、左测力天平，6、左卡座，7、右支座，8、右测力天平，9、右卡座，10、弧形橡胶片，11、试件，12、圆杆，13、左二维流隔离箱，14、右二维流隔离箱，15、流线型导流端，16、半圆形长孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3、图4所示，本发明在建筑风洞的试验段1的左右对称布置有结构相同的左测力段2和右测力段3；左测力段主要由左支座4、左测力天平5和左卡座6组成，左支座4上方固定有左测力天平5，左测点天平5上方固定有左卡座6，左支座4固定于试验段1地面；右测力段主要由右支座7、右测力天平8和右卡座9组成，右支座7上方固定有右测力天平8，右测点天平8上方固定有右卡座9，右支座9固定于试验段1地面；安装要求左卡座6和右卡座9的开口朝向吹风方向；左卡座6和右卡座9后侧面开口有导向面，导向面底部呈图弧形，图弧形面上布置有弧形橡胶片10，长细构件的试件11两端为圆杆12，圆杆12的直径小于弧形橡胶片10的直径；试验时将试件11两端圆杆12经各自导向面放置于左卡座6和右卡座9的弧形橡胶片10上，以形成简支型测力体系；将左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14分别罩于左测力段2和右测力段3上，以形成二维流效应，将左测力段2和右测力段3与风隔绝，左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14固定于试验段1地面，通过左测力天平5和右测力天平8获得试件11的阻力，从而获得试件11的阻力系数。
所述阻力系数的计算公式为：
Cd＝Fd/0.5ρv2LD
式中：Cd为阻力系数，Fd为阻力，ρ为空气密度，v为来流风速，L为试件长度，D为试件直径。
所述长细构件的试件11，其长径比为10～100。
如图5、图6所示，所述左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14两端为流线型导流端15，形成二维流效应，左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14朝向试件一侧开有半圆形长孔16，安装完毕后用胶带纸将半圆形长孔16中除圆杆12外的部分封闭。
所述长细构件的试件11为单根输电线(如图7a所示)、多分裂导线(如图7b所示)和立体桁架(如图7c所示)。
现以某风洞试验装置及试验过程为例来说明本装置的使用方法。
如图3-图7所示，试验过程如下：
1)装置布置：在建筑风洞的试验段1布置有左测力段2和右测力段3，建筑风洞为浙江大学ZD-1风洞。左测力段由左支座4、左测力天平5和左卡座6组成，左支座为离地面20cm高的铁件，左测力天平为扬州科动KD46040型六分量测力天平，左支座4上方固定有左测力天平5，左测点天平5上方固定有左卡座6，左支座4固定于试验段1地面，固定方法为四颗螺栓。右测力段由右支座7、右测力天平8和右卡座9组成，右支座为离地面20cm高的铁件，右测力天平为扬州科动KD46040型六分量测力天平，右支座7上方固定有右测力天平8，右测点天平8上方固定有右卡座9，右支座9固定于试验段1地面，固定方法为四颗螺栓。安装要求左测力段2和右测力段3呈左右对称布置，距离中心线各为50cm，安装要求左卡座6和右卡座9的开口朝向吹风方向。左卡座6和右卡座9的详图如图4所示，左卡座6和右卡座9底部布置有弧形橡胶片10，弧形弧形橡胶片的直径为3cm。
2)试件安装：长细构件为试件11，试件为型号为LGJ-300/50的输电线，其外径为2.426cm，长度为1.12m，其中1m为直接受力段，两端各0.06m为与左卡座6和右卡座9的弧形橡胶片10的搁置长度。该输电线为试件11的常见类型之一，如图7所示，a为单根输电线，b为多分裂导线，c为立体桁架；试件11要求两端为圆杆12，圆杆12的尺寸要求略小于弧形橡胶片10。试验时将试件11通过两端圆杆12放置于左卡座6和右卡座9的弧形橡胶片10上，以形成简支型测力体系。
3)二维流装置的安装：将左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14分别罩于左测力段2和右测力段3上，以形成二维流效应，且将左测力段2和右测力段3与风隔绝，将左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14固定于试验段1地面。二维流隔离箱长1.5m，高1.5m，厚10cm。左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14两端有流线型导流端15，左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14朝向试件一侧开有半圆形长孔6，孔的直径为3cm，安装完毕后需要用胶带纸将半圆形长孔16中除圆杆12外的部分封闭。左二维流隔离箱13和右二维流隔离箱14的立面图和俯视图如图5和图6所示。
4)天平的测力试验：通过左测力天平5和右测力天平8可以获得试件11的阻力，从而获得试件11的阻力系数。例如：来流风速为10m/s，试件的受风长度为1m，试件直径为2.426cm，空气密度为1.25g/cm3，当测试的阻力为1.516N时，可以通过公式计算获得该试件的阻力系数为1.20。
上述具体实施方式用来说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求保护范围内，对本发明作出的任何修改和变更，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置。在建筑风洞的试验段(1)的左右对称布置有结构相同的左测力段(2)和右测力段(3)；左测力段主要由左支座(4)、左测力天平(5)和左卡座(6)组成，左支座(4)上方固定有左测力天平(5)，左测点天平(5)上方固定有左卡座(6)，左支座(4)固定于试验段(1)地面；右测力段主要由右支座(7)、右测力天平(8)和右卡座(9)组成，右支座(7)上方固定有右测力天平(8)，右测点天平(8)上方固定有右卡座(9)，右支座(9)固定于试验段(1)地面；安装要求左卡座(6)和右卡座(9)的开口朝向吹风方向；左卡座(6)和右卡座(9)后侧面开口有导向面，导向面底部呈图弧形，图弧形面上布置有弧形橡胶片(10)，长细构件的试件(11)两端为圆杆(12)，圆杆(12)的直径小于弧形橡胶片(10)的直径；试验时将试件(11)两端圆杆(12)经各自导向面放置于左卡座(6)和右卡座(9)的弧形橡胶片(10)上，以形成简支型测力体系；将左二维流隔离箱(13)和右二维流隔离箱(14)分别罩于左测力段(2)和右测力段(3)上，以形成二维流效应，将左测力段(2)和右测力段(3)与风隔绝，左二维流隔离箱(13)和右二维流隔离箱(14)固定于试验段(1)地面，通过左测力天平(5)和右测力天平(8)获得试件(11)的阻力，从而获得试件(11)的阻力系数。
2.根据权利要求1所述的一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置，其特征在于：所述阻力系数的计算公式为：
Cd＝Fd/0.5ρv2LD
式中：Cd为阻力系数，Fd为阻力，ρ为空气密度，v为来流风速，L为试件长度，D为试件直径。
3.根据权利要求1所述的一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置，其特征在于：所述长细构件的试件(11)，其长径比为10～100。
4.根据权利要求1所述的一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置，其特征在于：所述左二维流隔离箱(13)和右二维流隔离箱(14)两端为流线型导流端(15)，形成二维流效应，左二维流隔离箱(13)和右二维流隔离箱(14)朝向试件一侧开有半圆形长孔(16)，安装完毕后用胶带纸将半圆形长孔(16)中除圆杆(12)外的部分封闭。
5.根据权利要求1所述的一种长细构件阻力系数的简支型风洞测试装置，其特征在于：所述长细构件的试件(11)为单根输电线、多分裂导线和立体桁架。
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