CN112229664A - 一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置及方法 - Google Patents

一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，包括：试件安装平台，用于装载测试件；保温箱体，位于所述试件安装平台的上方，可与所述测试件围合成密闭空间；发热单元和降温单元，均分布于所述保温箱体内；温度采集系统，包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；应力应变采集系统；位移采集系统。本发明还公开了一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测方法。本检测装置通过发热单元和降温单元为测试件模拟自然热辐射温差，控制系统还可以进行温差工况模拟控制，使得本检测装置能够检测建筑围护系统在模拟自然热辐射温差作用下的结构安全性能。

Description

一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置及方法
技术领域
本发明涉及建筑屋面技术领域，特别涉及一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置及方法。
背景技术
随着大型压型金属板围护系统工程的不断涌现，使得太阳强烈辐射对压型金属板的影响日益重要，不容忽视。目前在进行压型金属围护系统设计与施工时，温度荷载一般采用历史最低和最高气温确定的一个整体、均匀的温度作用。然而，在太阳强烈辐射作用下，围护系统表面受到太阳短波辐射、周围建筑物与天空的长波辐射、外部空气的自然对流换热等多个因素的耦合作用，围护系统表面的实际温度不仅远超过气温，而且具有强非均匀性和时变性。在压型金属板系统施工期内，太阳辐射作用下的时变温度作用会引起复杂的温度残余应力、温度合拢施工控制偏差等施工缺陷，降低结构服役期的工作性能，给工程带来重大安全隐患，因此需要提供温度场效应实验室模拟检测装置及方法来解决这个问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，能够检测建筑围护系统在模拟自然热辐射温差作用下的结构安全性能。
本发明还提供一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测方法。
根据本发明第一方面实施例的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，包括：试件安装平台，用于装载测试件；保温箱体，位于所述试件安装平台的上方，可与所述测试件围合成密闭空间；发热单元和降温单元，均分布于所述保温箱体内；温度采集系统，包括多个分布于所述保温箱体外部的第一温度传感器、多个分布于所述测试件上表面的第二温度传感器和多个分布于所述保温箱体内部的第三温度传感器；控制系统，与所述发热单元、所述降温单元和所述温度采集系统电性连接；应力应变采集系统，可安装在所述测试件上并用于采集所述测试件上不同测点的应力应变的测量数据；位移采集系统，可安装在所述测试件上并用于采集所述测试件上不同测点的平面变形或线性位移的测量数据。
至少具有如下有益效果：本检测装置在试件安装平台上装在测试件，保温箱体与测试件围合成密闭空间，第一温度传感器能够采集外接环境温度数据，第二温度传感器能够采集测试件上表面的温度数据，第三温度传感器能够采集保温箱体内部的温度数据，通过发热单元和降温单元为测试件模拟自然热辐射温差，应力应变采集系统和位移采集系统能够分别采集测试件上不同测点的应力应变以及平面变形或线性位移的测量数据，控制系统还可以进行温差工况模拟控制，使得本检测装置能够检测建筑围护系统在模拟自然热辐射温差作用下的结构安全性能。
根据本发明的一些实施例，所述测试件相对所述试件安装平台的角度可调。
根据本发明的一些实施例，所述发热单元设置有多个，多个所述发热单元均匀地分布于所述保温箱体的内顶部。
根据本发明的一些实施例，所述发热单元为远红外加热管。
根据本发明的一些实施例，所述降温单元为制冷机的冷风出口。
根据本发明第二方面实施例的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测方法，采用本发明第一方面实施例所述的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，包括以下步骤：
步骤一、在试件安装平台上装载测试件，使保温箱体与测试件围合成密闭空间；
步骤二、启动发热单元，对测试件上表面均匀地热辐射，第三温度传感器开始采集保温箱体内部的温度数据直至设定温度，并将信号反馈给控制系统，控制系统控制发热单元的输出功率，同时第二温度传感器开始采集测试件上表面的初始温度T0；
步骤三，当测试件被检测到设定温差后，第二温度传感器将信号反馈给控制系统，控制系统修正发热单元的输出功率以保持保温箱体内部的温度和测试件上表面的温度T1均恒定，应力应变采集系统和位移采集系统分别同步采集测量数据；
步骤四，当恒温时间达到设定时间后，关闭发热单元并启动降温单元直至测试件上表面的温度恢复到T0，间隔一段时间后，重启发热单元，控制系统修正发热单元的输出功率以保持保温箱体内部的温度和测试件上表面的温度T2均恒定，其中，T2等于或大于T1，应力应变采集系统和位移采集系统分别同步采集测量数据，以此类推，重复至目标次数；或者，发热单元继续加热，控制系统修正发热单元的输出功率以保持保温箱体内部的温度和测试件上表面的温度T2均恒定，其中，T2大于T1，应力应变采集系统和位移采集系统分别同步采集测量数据，以此类推，重复至目标次数。
至少具有如下有益效果：本检测方法能够进行温度场效应恒温差静态作用下、恒温差循环作用下以及非恒温差循环作用下的结构安全性能检测，从而达到检测建筑围护系统在模拟自然热辐射温差作用下的结构安全性能的目的。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例其中一剖面示意图；
图2为本发明实施例另一剖面示意图；
图3为本发明实施例中试件安装平台的结构示意图；
图4为本发明方法实施例1的温差加载程序示意图；
图5为本发明方法实施例2的温差加载程序示意图；
图6为本发明方法实施例3的温差加载程序示意图。
附图标记：试件安装平台1、测试件2、保温箱体3、发热单元4、降温单元5、温度采集系统6、第一温度传感器61、第二温度传感器 62、第三温度传感器63、应力应变采集系统7、位移采集系统8。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系，除非另有明确的限定，装载、围合、分布、连接、安装等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1和图2，本发明公开一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，包括试件安装平台1、保温箱体3、发热单元4、降温单元5、控制系统、温度采集系统6、应力应变采集系统7和位移采集系统8。
其中，试件安装平台1用于装载测试件2，保温箱体3位于试件安装平台1的上方，可与测试件2围合成密闭空间，发热单元4和降温单元5均分布于保温箱体3内，其中，发热单元4可对密闭空间加热，降温单元5可对密闭空间冷却降温，均可实现可控温差加载。
温度采集系统6包括多个分布于保温箱体3外部的第一温度传感器61、多个分布于测试件2上表面的第二温度传感器62和多个分布于所述保温箱体内部的第三温度传感器63，第一温度传感器61能够采集外界环境温度数据，第二温度传感器62能够采集测试件2上表面的温度数据，第三温度传感器63能够采集保温箱体3的内部温度数据，控制系统与发热单元4、降温单元5和温度采集系统6电性连接，第一温度传感器61、第二温度传感器62和、第三温度传感器63 能够将数据反馈给控制系统，更利于控制系统控制发热单元4和降温单元5的输出功率。
当测试件2装载在试件安装平台1后，应力应变采集系统7安装在测试件上并用于采集测试件2上不同测点的应力应变的测量数据；位移采集系统8安装在测试件2上并用于采集测试件上不同测点的平面变形或线性位移的测量数据。
本检测装置通过发热单元4和降温单元5为测试件模拟自然热辐射温差，此外，控制系统还可以进行多种温差工况模拟控制，使得本检测装置能够检测建筑围护系统在模拟自然热辐射温差作用下的结构安全性能。
进一步参见图3，测试件2相对试件安装平台1的角度可调，调节角度为0°至90°，在上述任一角度下，保温箱体3都能够与测试件2围合成密闭空间，从而能够检测测试件2在实际安装角度下的结构安全性能。
在本发明的一些实施例中，参见图1和图2，发热单元4设置有多个，多个发热单元4均匀地分布于保温箱体3的内顶部，具体地，发热单元4为远红外加热管，可满足室温到300℃之间的可控温差加载。降温单元5可以是制冷机的冷风出口，均匀地分布于保温箱体3内的上部，制冷机与控制系统电性连接，可满足-180℃到室温之间的可控温差加载，还能对保温箱体3内部的高温环境进行降温处理。
此外，本发明还公开建筑围护系统的温度场效应模拟检测方法，采用上述的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，具体可分为三种检测方法。
实施例1
参见图4，针对温度场效应恒温差循环作用下的结构安全性能检测，本发明提供一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测方法，包括以下步骤：
步骤一、在试件安装平台1上装载测试件，使保温箱体3与测试件2围合成密闭空间；
步骤二、启动发热单元4，对测试件2上表面均匀地热辐射，第三温度传感器63开始采集保温箱体3内部的温度数据直至设定温度，并将信号反馈给控制系统，控制系统控制发热单元4的输出功率，同时第二温度传感器62开始采集测试件2上表面的初始温度T0；
步骤三，当测试件2被检测到设定温差后，第二温度传感器62 将信号反馈给控制系统，控制系统修正发热单元4的输出功率以保持保温箱体3内部的温度和测试件2上表面的温度T1均恒定，应力应变采集系统7和位移采集系统8分别同步采集测量数据；
步骤四，当恒温时间达到设定时间后，关闭发热单元4并启动降温单元5直至测试件2上表面的温度恢复到T0，间隔一段时间后，重启发热单元4，控制系统修正发热单元4的输出功率以保持保温箱体 3内部的温度和测试件2上表面的温度T2均恒定，其中，T2等于T1，应力应变采集系统7和位移采集系统8分别同步采集测量数据，以此类推，重复至目标次数。
本检测方法为恒温差循环加载法，可模拟指定温差连续加载测试，对应模拟一个季节内温差循环，以检测建筑围护系统的的热膨胀、位移、应力应变参数。
实施例2
参见图5，针对温度场效应非恒温差循环作用下的结构安全性能检测，本发明提供一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测方法，包括以下步骤：
步骤一、在试件安装平台1上装载测试件，使保温箱体3与测试件2围合成密闭空间；
步骤二、启动发热单元4，对测试件2上表面均匀地热辐射，第三温度传感器63开始采集保温箱体3内部的温度数据直至设定温度，并将信号反馈给控制系统，控制系统控制发热单元4的输出功率，同时第二温度传感器62开始采集测试件2上表面的初始温度T0；
步骤三，当测试件2被检测到设定温差后，第二温度传感器62 将信号反馈给控制系统，控制系统修正发热单元4的输出功率以保持保温箱体3内部的温度和测试件2上表面的温度T1均恒定，应力应变采集系统7和位移采集系统8分别同步采集测量数据；
步骤四，当恒温时间达到设定时间后，
关闭发热单元4并启动降温单元5直至测试件2上表面的温度恢复到T0，间隔一段时间后，重启发热单元4，控制系统修正发热单元 4的输出功率以保持保温箱体3内部的温度和测试件2上表面的温度T2均恒定，其中，T2大于T1，应力应变采集系统7和位移采集系统8分别同步采集测量数据，以此类推，重复至目标次数。
本检测方法为非恒温差循环加载法，可模拟指定非线性温差连续加载测试，对应模拟一年内温差循环，以检测建筑围护系统的的热膨胀、位移、应力应变参数。
实施例3
参见图6，针对温度场效应恒温差静态作用下的结构安全性能检测，本发明提供一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测方法，包括以下步骤：
步骤一、在试件安装平台1上装载测试件，使保温箱体3与测试件2围合成密闭空间；
步骤二、启动发热单元4，对测试件2上表面均匀地热辐射，第三温度传感器63开始采集保温箱体3内部的温度数据直至设定温度，并将信号反馈给控制系统，控制系统控制发热单元4的输出功率，同时第二温度传感器62开始采集测试件2上表面的初始温度T0；
步骤三，当测试件2被检测到设定温差后，第二温度传感器62 将信号反馈给控制系统，控制系统修正发热单元4的输出功率以保持保温箱体3内部的温度和测试件2上表面的温度T1均恒定，应力应变采集系统7和位移采集系统8分别同步采集测量数据；
步骤四，当恒温时间达到设定时间后，发热单元4继续加热，控制系统修正发热单元4的输出功率以保持保温箱体3内部的温度和测试件2上表面的温度T2均恒定，其中，T2大于T1，应力应变采集系统 7和位移采集系统8分别同步采集测量数据，以此类推，重复至目标次数。
本检测方法为静态加载法，可模拟指定阶梯式连续温差加载测试，对应模拟一天内昼夜温差，以检测建筑围护系统的热膨胀、位移、应力应变参数。
上述三种检测方法能够分别进行温度场效应恒温差循环作用下、非恒温差循环作用下以及恒温差静态作用下的结构安全性能检测，从而达到检测建筑围护系统在模拟自然热辐射温差作用下的结构安全性能的目的。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术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作出各种变化。

Claims (6)

1.一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，其特征在于，包括：
试件安装平台，用于装载测试件；
保温箱体，位于所述试件安装平台的上方，可与所述测试件围合成密闭空间；
发热单元和降温单元，均分布于所述保温箱体内；
温度采集系统，包括多个分布于所述保温箱体外部的第一温度传感器、多个分布于所述测试件上表面的第二温度传感器和多个分布于所述保温箱体内部的第三温度传感器；
控制系统，与所述发热单元、所述降温单元和所述温度采集系统电性连接；
应力应变采集系统，可安装在所述测试件上并用于采集所述测试件上不同测点的应力应变的测量数据；
位移采集系统，可安装在所述测试件上并用于采集所述测试件上不同测点的平面变形或线性位移的测量数据。
2.根据权利要求1所述的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，其特征在于，所述测试件相对所述试件安装平台的角度可调。
3.根据权利要求1所述的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，其特征在于，所述发热单元设置有多个，多个所述发热单元均匀地分布于所述保温箱体的内顶部。
4.根据权利要求3所述的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，其特征在于，所述发热单元为远红外加热管。
5.根据权利要求1所述的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，其特征在于，所述降温单元为制冷机的冷风出口。
6.一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的一种建筑围护系统的温度场效应模拟检测装置，包括以下步骤：
步骤一、在试件安装平台上装载测试件，使保温箱体与测试件围合成密闭空间；
步骤二、启动发热单元，对测试件上表面均匀地热辐射，第三温度传感器开始采集保温箱体内部的温度数据直至设定温度，并将信号反馈给控制系统，控制系统控制发热单元的输出功率，同时第二温度传感器开始采集测试件上表面的初始温度T0；
步骤三，当测试件被检测到设定温差后，第二温度传感器将信号反馈给控制系统，控制系统修正发热单元的输出功率以保持保温箱体内部的温度和测试件上表面的温度T1均恒定，应力应变采集系统和位移采集系统分别同步采集测量数据；
步骤四，当恒温时间达到设定时间后，
关闭发热单元并启动降温单元直至测试件上表面的温度恢复到T0，间隔一段时间后，重启发热单元，控制系统修正发热单元的输出功率以保持保温箱体内部的温度和测试件上表面的温度T2均恒定，其中，T2等于或大于T1，应力应变采集系统和位移采集系统分别同步采集测量数据，以此类推，重复至目标次数；
或者，
发热单元继续加热，控制系统修正发热单元的输出功率以保持保温箱体内部的温度和测试件上表面的温度T2均恒定，其中，T2大于T1，应力应变采集系统和位移采集系统分别同步采集测量数据，以此类推，重复至目标次数。
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