CN110470423A - 一种测量极限水平风荷载装置和方法 - Google Patents

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鲁梓阳
雷冬
辛子扬
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    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning

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Abstract

本发明的一种测量极限水平风荷载装置，包括一个壳体，其内设置有受力模块和测量模块，所述受力模块包括空心的旋转柱，旋转柱内转动连接有转轴，转轴上端穿出壳体，转轴上端对称设置有若干叶片；所述测量模块包括滑动变阻器、齿条和棘爪，滑动变阻器接入带有电源的电路，电路中设置电路表。本发明结构简单，携带方便，选用材料造价便宜耐腐蚀，对室外试验的条件适应性较强；本发明在使用时要求固定实验装置，尽可能减少外力干扰，使旋转柱仅受到风荷载作用，由于卡齿的作用弹簧只能伸长，从而表盘能读出最大外部风荷载大小，满足大多数工程上结构的精度要求。

Description

一种测量极限水平风荷载装置和方法
技术领域
本发明属于风荷载时空特性领域，尤其涉及一种测量极限水平风荷载装置和方法。
背景技术
风荷载时空特性复杂。由于许多工程上的结构表面的风压分布不但与来流的脉动特性有关，还会更多的受到结构自身特征湍流的影响，这使得现有技术很难获得一种普遍适用工程结构的风荷载监控模型。加上钝体绕流的复杂特性，来流绕建筑物的流动包含有大气湍流、分离的剪切层产生的分离流及再附着的尾流产生的三维流等，风荷载特性不但受地形、地貌、周围建筑环境等因素影响，还与结构的几何外形直接相关。同时由于大气风环境在良态风与极端气象条件风环境下的复杂性，基于现有技术无法很好地结合工程结构本身的特点以及风荷载作用的复杂特性，往往造成不必要的浪费，另一方面也不排除某些未预见到的隐患。由此造成的结构的风灾事故也层出不穷。在未能透彻的理解大气风环境以及工程结构风荷载特性的情况下，如何为工程结构设计一种方案，能够在不改变既有建筑气动外形条件下，有效测量极限水平风载荷，进而防范风荷载造成的破坏影响，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种测量极限水平风荷载装置和方法，其能够便捷的测出建筑的极限水平风载荷，为防范风荷载造成的破坏提供数据依据。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种测量极限水平风荷载装置，包括一个壳体，其内设置有受力模块和测量模块，所述受力模块包括空心的旋转柱，旋转柱内转动连接有转轴，转轴上端穿出壳体，转轴上端对称设置有若干叶片；所述测量模块包括滑动变阻器，所述滑动变阻器包括线圈、滑杆和滑块，所述滑块和转轴侧壁通过细绳连接，滑块远离细绳的一侧连接有弹簧，弹簧的另一端与壳体固定，在所述线圈的两侧设置有一对齿条，在滑块两侧设置有和齿条配合的棘爪，棘爪朝向弹簧的一侧倾斜设置，滑动变阻器接入带有电源的电路，电路中设置电路表。
进一步的，所述齿条通过中心轴连接于滑动变阻器的支架上，所述中心轴上连接有电机，电机上连接控制器，所述电机接入电路中，电路中串接断电延时器。
进一步的，所述转轴和旋转柱之间设置有转珠。
进一步的，所述细绳连接于转轴中部，所述旋转柱侧壁开设有供细绳穿过的孔。
进一步的，所述壳体内设置有挡板，所述弹簧远离滑块的一端和挡板连接。
一种测量极限水平风荷载方法，包括如下步骤：
步骤一，将该测量极限水平荷载装置安装于目标区域的指定高度位置上；
步骤二，闭合电路的开关将电路闭合，控制器控制电机启动，将齿条向上翻转至与棘爪啮合；
步骤三，叶片在风荷载作用下驱动转轴转动，从而使得细绳缠绕在转轴上，细绳带动滑块朝向转轴滑动，从而改变滑动变阻器的电阻，同时，棘爪在齿条上滑动，弹簧被拉伸；当风载荷达到最大载荷时，滑动变阻器移动到最大位置，棘爪在齿条上形成制动；
步骤四，滑块滑动引起滑动变阻器阻值变化，从而建立风荷载和电流的函数关系：
R0--------------弹簧、导线、电源内阻阻值
RL--------------滑动动变阻器总阻
L--------------滑动动变阻器长
E---------------电源电压；
步骤五，断开电路的开关将电路断开，断电延时器作用，从而让控制器控制电机反转，将齿条向下反转至与棘爪脱离，滑块失去棘爪的限制，在弹簧的作用下复原。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明结构简单，携带方便，选用材料造价便宜耐腐蚀，对室外试验的条件适应性较强；本发明在使用时要求固定实验装置，尽可能减少外力干扰，使旋转柱仅受到风荷载作用，由于卡齿的作用弹簧只能伸长，从而表盘能读出最大外部风荷载大小，满足大多数工程上结构的精度要求；
2、本发明选用的材料结实耐用，实验误差小、测量精准，满足大多数正常状况下的使用，对外部环境的恶劣条件适应性强；本发明在使用时需保持装置静止，以更好的测量出自然状态下外部风荷载的大小，更加准确的反映出局部地方风荷载的大小；此外通过改变装置的方向，可以应对风向的随机改变，更加适应自然环境的真实状况，从而为工程上校核外部风荷载提供重要参考。
附图说明
图1为本实施例的整体结构示意图；
图2为本实施例中滑动变阻器的结构示意图。
图中，1、转轴；2、旋转柱；3、转珠；4、细绳；5、挡板；6、弹簧；7、电源；8、导线；9、滑动变阻器；91、滑块；92、线圈；93、滑杆；10、电路表；11、开关；12、齿条；13、棘爪；14、电机；141、中心轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种测量极限水平风荷载装置，如图1和2所示，包括一个壳体，其内设置有受力模块和测量模块，所述受力模块包括空心的旋转柱2，旋转柱2内转动连接有转轴1，转轴1上端穿出壳体，转轴1上端对称设置有若干叶片；所述测量模块包括滑动变阻器9，所述滑动变阻器9包括线圈92、滑杆93和滑块91，所述滑块91和转轴1侧壁通过细绳4连接，滑块91远离细绳4的一侧连接有弹簧6，弹簧6的另一端与壳体固定，在所述线圈92的两侧设置有一对齿条12，在滑块91两侧设置有和齿条12配合的棘爪13，棘爪13朝向弹簧6的一侧倾斜设置，滑动变阻器9接入电路，电路中设置电路表10，该电路包括导线8、开关11和电源7。
齿条12通过中心轴141连接于滑动变阻器9的支架上，所述中心轴141上连接有电机14，电机14上连接控制器，控制器选用C51单片机，所述电机14接入电路中，电路中串接断电延时器。转轴1和旋转柱2之间设置有转珠3。细绳4连接于转轴1中部，所述旋转柱2侧壁开设有供细绳4穿过的孔。壳体内设置有挡板5，所述弹簧6远离滑块91的一端和挡板5连接。
一种测量极限水平风荷载方法，包括如下步骤：
步骤一，将该测量极限水平荷载装置安装于目标区域的指定高度位置上。
步骤二，闭合电路的开关将电路闭合，控制器控制电机启动，将齿条向上翻转至与棘爪啮合。
步骤三，荷载在叶片上作用形成的力矩使叶片发生转动，在转轴、转珠的帮助下，旋转中的叶片得以稳定地转动，从而做到将空气中的风力做功转换成可视的机械能。从而使得细绳缠绕在转轴上，细绳带动滑块朝向转轴滑动，从而改变滑动变阻器的电阻，同时，棘爪在齿条上滑动，弹簧被拉伸；当风载荷达到最大载荷时，滑动变阻器移动到最大位置，棘爪在齿条上形成制动。
步骤四，滑块滑动引起滑动变阻器阻值变化，从而建立风荷载和电流的函数关系：
R0--------------弹簧、导线、电源内阻阻值
RL--------------滑动动变阻器总阻
L--------------滑动动变阻器长
E--------------电源电压
从而得出最大的风载荷F风。
步骤五，断开电路的开关将电路断开，断电延时器作用，从而让控制器控制电机反转，将齿条向下反转至与棘爪脱离，滑块失去棘爪的限制，在弹簧的作用下复原。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种测量极限水平风荷载装置，其特征在于：包括一个壳体，其内设置有受力模块和测量模块，所述受力模块包括空心的旋转柱，旋转柱内转动连接有转轴，转轴上端穿出壳体，转轴上端对称设置有若干叶片；所述测量模块包括滑动变阻器，所述滑动变阻器包括线圈、滑杆和滑块，所述滑块和转轴侧壁通过细绳连接，滑块远离细绳的一侧连接有弹簧，弹簧的另一端与壳体固定，在所述线圈的两侧设置有一对齿条，在滑块两侧设置有和齿条配合的棘爪，棘爪朝向弹簧的一侧倾斜设置，滑动变阻器接入带有电源的电路，电路中设置电路表。
2.根据权利要求1所述的一种测量极限水平风荷载装置，其特征在于：所述齿条通过中心轴连接于滑动变阻器的支架上，所述中心轴上连接有电机，电机上连接控制器，所述电机接入电路中，电路中串接断电延时器。
3.根据权利要求1所述的一种测量极限水平风荷载装置，其特征在于：所述转轴和旋转柱之间设置有转珠。
4.根据权利要求1所述的一种测量极限水平风荷载装置，其特征在于：所述细绳连接于转轴中部，所述旋转柱侧壁开设有供细绳穿过的孔。
5.根据权利要求1所述的一种测量极限水平风荷载装置，其特征在于：所述壳体内设置有挡板，所述弹簧远离滑块的一端和挡板连接。
6.一种测量极限水平风荷载方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，将该测量极限水平荷载装置安装于目标区域的指定高度位置上；
步骤二，闭合电路的开关将电路闭合，控制器控制电机启动，将齿条向上翻转至与棘爪啮合；
步骤三，叶片在风荷载作用下驱动转轴转动，从而使得细绳缠绕在转轴上，细绳带动滑块朝向转轴滑动，从而改变滑动变阻器的电阻，同时，棘爪在齿条上滑动，弹簧被拉伸；当风载荷达到最大载荷时，滑动变阻器移动到最大位置，棘爪在齿条上形成制动；
步骤四，滑块滑动引起滑动变阻器阻值变化，从而建立风荷载和电流的函数关系：
R0--------------弹簧、导线、电源内阻阻值
RL--------------滑动动变阻器总阻
L--------------滑动动变阻器长
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