一种复杂灾害环境下帐篷雪荷载检测装置及检测方法与流程

1.本发明属于灾害环境下应急救灾物资测试技术领域，尤其涉及一种复杂灾害环境下帐篷雪荷载检测装置及检测方法。


背景技术：

2.目前自然灾害高发，自然灾害种类多，分布地域广，发生频率高，造成损失严重。从灾种发生看，地震灾害造成的死亡失踪人数、洪涝和地址灾害造成的紧急转移安置人口和直接经济损失最为严重。自然灾害的发生往往伴随着一系列次生、衍生灾害的发生，造成大面积的通讯中断、交通瘫痪、房屋倒塌，致使无数的灾民流离失所、无家可归，对于灾后应急救援工作的顺利开展带来的极大的不便。
3.应急物资是指在突发事件应急救援和处置过程中所用到的各类物资的总称，应急物资的种类很多，为了便于应急物资的管理和使用，根据不同的目的，存在多种多样的分类方法。根据应急物资的主要用途和管理主体的不同，可分为国家战略物资、生活必需品、救灾物资、专用应急物资与装备等几大类。救灾物资常见的包括帐篷、棉大衣、棉被、睡袋、折叠床、折叠桌椅、简易厕所、场地照明设备、苫布、应急灯和炉子等，用于发生重特大自然灾害后，根据灾区需求，为受灾群众提供衣、食、住等基本生活保障，其中帐篷一直在历年抢险救援、应急指挥、灾民安置等方方面面发挥重要作用，是十分重要的救灾物资。帐篷通常需要在相对恶劣的环境中使用，因此必须具有更高的质量要求。因此能否提出应急物资帐篷产品耐风、雨和耐风、雪载荷试验方法标准，开展有效的检验检测方法，验证帐篷在风、雨、雪复杂气象灾害环境下帐篷的支撑完整性十分重要。
4.应急环境的复杂性对应急产品提出了可靠性、适应性等要求。美国等发达国家针对本国应急实际需求，建立了相对完善的应急产品检验检测标准体系，应急产品检验检测体系完整，检测手段和设备齐全。美军标mil-std-810g《环境工程考虑和实验室试验》中，将环境适应性定义为：装备、分系统或部件在预期环境中实现其全套预定功能的能力。gjb4239《装备环境工程通用要求》定义为：装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和(或)不被破坏的能力。由此，装备寿命期环境剖面分析贯穿装备研制和改进全过程。通过技术手段和工程实践经验改善不利环境对装备效能影响和提高装备环境耐受力是专用应急装备研制必要的技术准备。环境分析、环境适应性设计、适应性研制试验、使用环境试验是专用应急装备从研制走向应用的必经环节。
5.国外帐篷检测现有技术：
6.(1)西雅图华盛顿大学kirsten(克尔斯滕)风洞西雅图华盛顿大学为增强帐篷的风稳定性。为检测相关设计是否改善抗风性能，开展了专业的风洞测试。
7.(2)kari-韩国空气动力研究所kari是政府所有的研究所，拥有一个非常大的科研性质的风洞，风速可达80m/s(290km/h)。kari风洞本身很大，宽4 米，高2.4米，宽度超过克尔斯滕隧道的两倍。
8.(3)韩国dac风洞试验室韩国dac风洞试验室为世界上唯一一间永久性的专门为测
试帐篷抗风性能而建立的风洞试验室，它的所有者韩国dac公司也垄断了70％的高端铝制帐篷杆市场份额。
9.dac风实验室规格：测试区域：长15米，宽9米，高4米；最大风流面积：长8米，宽5米，高2.4米；最大风速：45米/秒(162公里/小时)；风速测量：双测速管静态探头；风扇直径；米；电动机功率：400千瓦。帐篷用来抵御风、雨、雪等三种主要恶劣天气中，风的威力和不可预测性最为突出。风的破坏力可能在瞬间发生，立即将帐篷内的人们置于危险之中。因此，帐篷的抗风性是一个至关重要的性能指标，在开发任何帐篷时都必须认真考量(即使只是一个非正式的指标)。帐篷的抗风性能受很多因素的影响:框架结构、帐篷杆的尺寸和材料、面料、缝制方法、风绳和搭法、帐篷迎风面的确切方向等。因此，不打风绳的夏季露营帐篷经常在5-10m/s(18-36km/h，4-6级风)的风速下倒塌，而另一个极端，探险用的帐篷可以应对30m/s以上的风(108km/h，约11级风，帐篷狭窄方向作为迎风面)。这是巨大的性能差距，大约相当于10倍的风力差异。
10.国内帐篷测试现有技术：
11.(1)风&雨、雪、低温耦合环境的适应性检验检测平台现有工程技术研究中心、重点实验室等研发平台，偏向于常态应用环境或有限单灾环境下的材料性能、结构设计以及系统设计的改进与完善，不支持大型灾害环境下整装(或核心部件)失能机制、失效机理的理论研究、试验需求。因此，应急物资发展离不开贴近现实的灾害环境、多灾种耦合灾害试验设施系统，为产品设计和产品验收制定科学检验装置和方法。清华合肥公共安全研究院是国家自然科学基金委依托单位、安徽省科研事业机构、安徽省首批新型研发机构，设有院士工作站和国家级博士后工作站，获批建设灾害环境人员安全安徽省重点实验室，借助国家重点研发计划“社会化应急服务关键技术研究”项目支持，建有亚洲最大的公共安全科技基础设施—巨灾科学中心，包括模拟灾害种类最多的灾害环境模拟实验平台。其中多灾耦合实验平台以气候风洞为主体结构,内部集成多种灾害环境模拟装置,具备大范围的温湿度调节能力,可模拟实现台风、暴雨、暴雪、高温高湿、冰冻和强日照等多种极端灾害环境及其耦合作用的综合环境。 12是国内公共安全应急领域首个实现多灾种及其耦合作用的大型实验装置,也是亚洲规模最大、灾害模拟种类最多的灾害实验装置。
12.(2)数值模拟国内部分学者基于现场试验，在实测风荷载作用下研究风荷载与结构顶点位移之间的变化关系。并采用abaqus有限元软件对避难帐篷进行有限元模拟，验证有限元结果与试验结果的一致性。模拟不同刚度条件下结构的风载、雪荷载作用下的受力性能，以此检验避难帐篷的抗风以及抗雪荷载性能。
13.目前，国内外针对不同环境条件下应急物资的性能指标，建立了各项标准测试方法，其中民政部发布的救灾帐篷行业标准在应急物资行业内应用广泛，但大多局限于单一灾害环境下的性能测试，并且缺乏对于雪荷载情况下多种帐篷的有效的检测方法和装置。


技术实现要素：

14.本发明的目的是提供一种复杂灾害环境下帐篷雪荷载的检测方法，通过设置风、雨复合环境实验室，重点研究雪载荷测试空白点，搭建实验平台，制作试验样品，试验验证配重载荷方法，实现铺装、人工降雪压重模式的仿真，科学的模拟自然场景，以测试分析应急临时建筑帐篷产品在复杂气候环境下(即：风、雪、雨叠加环境)，帐篷支撑完整性、可靠
性，研制环境模拟实验室和帐篷类居住设施承受风雨载荷和风雪载荷的功能测试装置，为产品设计和产品验收制定科学检验装置和方法。通过选取典型应急物资产品，重点突破多灾耦合环境下检验检测关键技术，完善复杂灾害环境下，补充关键技术指标检测方法、检测装置，提升应急产品保障能力和社会化应急服务水平，对加强应急管理体系和能力建设，提升灾害风险应对具有十分重要的理论和实际意义。
15.本发明一方面提供了一种复杂灾害环境下帐篷雪荷载的检测方法，包括：
16.s1，确定所述复杂灾害环境下帐篷的类型；
17.s2，进行复杂灾害环境下帐篷雪荷载模拟试验，确定不同组合载荷下的受力情况；
18.s3，根据所述类型进行不同的帐篷雪荷载的检测，并根据与所述不同组合载荷下的受力情况的比较，确定帐篷能够承受的雪荷载。
19.优选的，所述不同类型帐篷包括军用框架帐篷、军用网架帐篷以及折叠框架帐篷。
20.优选的，所述s2包括：
21.(1)确定参照标准：军用帐篷结构设计中的风、雪载载荷模拟试验、计算的依据是以gb/t50009《建筑结构荷载规范》来参照执行；
22.(2)确定载荷组合：由于帐篷属于临时性建筑,采用荷载标准值对结构进行承载力计算,分别考虑8级风载和8cm雪载两种可变荷载三种载荷情况进行理论计算，包括：
23.组合一:自重+8cm雪载；
24.组合二:自重+8级横向风载(90
°
)；
25.组合三:8级纵向风载(0
°
)；
26.通过不同方向的风力荷载加上雪载和篷体自重,计算出篷架不同位置点上的受力数值,作为软件模拟计算的依据；通过理论计算的数值,采用有限元软件 ansys进行计算,在有限元软件中建模时用索单元模拟抗风绳,选用梁单元模拟各种杆件,平面框架内各节点连接方式为刚接,连系梁与框架的连接方式为铰接, 骨架与地面的连接方式为铰接；定性材料性质,确定材料的弹性模量、风绳弹性模量等相关数值,按不同组合形式下计算出的理论数值进行载荷加裁,通过软件模拟计算出该种组合载荷状态下的篷架杆件应力分布及整体结构位移情况；
27.通过计算和分析得出的数据,骨架在各种外力作用下产生的最大位移是否影响帐篷的正常使用,杆件最大应力是否在容许应力范围内,篷布的载荷是否小于其断裂强力；以此数据来确定结构及所选用的材料是否能满足不同组合载荷下的受力需求。
28.优选的，所述s3包括：根据不同产品《制造与验收技术条件中》的雪载模拟试验方法按各载荷挂点分级加载配重,采用配重块或沙袋的吊挂形式；按篷体自重-60mm雪载-80mm雪载-100mm雪载进行逐级加载；每加载一级静载0.5h, 在规定载荷和时间内,篷架不得出现断裂、永久变形缺陷；所述s3包括：军用框架帐篷检测、军用网架帐篷检测以及折叠框架帐篷检测。
29.优选的，所述军用框架帐篷检测包括：
30.(1)方法说明：蓬体及雪厚合计重量按受力位置加载到蓬架上，在受载后一定时间后，观察蓬架情况。
31.(2)试验方法：按帐篷使用架设要求架设蓬架，按设计跨度尺寸固定蓬架和拉绳，是蓬架处于牢靠的使用状态，设计载荷挂点；单个集中力每级加载值；
32.(3)试验判定，加载程序：
33.1)加载篷布自重；
34.2)加载到60mm雪载；
35.3)篷架承载60mm雪载0.5h后检测；
36.4)加载到80mm雪载；
37.5)篷架承载80mm雪载0.5h后检测；
38.6)加载到100mm雪载；
39.7)篷架承载100mm雪载0.5h后检测；
40.8)加载到120mm雪载；
41.9)篷架承载120mm雪载2h后检测；
42.合格判定：在规定载荷和时间内,篷架不得出现断裂、永久变形缺陷。
43.优选的，所述军用网架帐篷检测包括：
44.(1)方法说明：
45.蓬体及雪厚的合计重量按受力位置加载到蓬架上，在受载后一定时间后，观察蓬架情况；
46.(2)试验方法按照帐篷使用架设要求架设蓬架，按设计跨度尺寸固定蓬架底角和拉绳，使得蓬架处于牢靠的使用状态，设计载荷挂点，进行加载试验；
47.(3)试验判定：
48.加载程序：
49.1)加载篷布自重；
50.2)加载到60mm雪载；
51.3)篷架承载60mm雪载0.5h后检测；
52.4)加载到80mm雪载；
53.5)篷架承载80mm雪载0.5h后检测；
54.6)加载到100mm雪载；
55.7)篷架承载100mm雪载0.5h后检测；
56.8)加载到120mm雪载；
57.9)篷架承载120mm雪载0.5h后检测；
58.10)加载到140mm雪载；
59.11)篷架承载140mm雪载0.5h后检测；
60.合格判定：在规定载荷和时间内,篷架不得出现断裂、永久变形缺陷。
61.优选的，所述折叠框架帐篷检测包括：
62.(1)方法说明：篷体及各雪厚的合计重量按受力位置加载到篷架上，在受载后一定时间后，观察篷架情况；
63.(2)试验方法：按帐篷使用架设要求架设篷架，按设计跨度尺寸固定篷架底脚和拉绳，使篷架处于牢靠的使用状态，设立载荷挂点，进行逐步加载。
64.(3)试验判定
65.加载程序：
66.1)加载篷布自重；
67.2)加载到60mm雪载；
68.3)篷架承载60mm雪载0.5h后检测；
69.4)加载到80mm雪载；
70.5)篷架承载80mm雪载0.5h后检测；
71.6)加载到100mm雪载；
72.7)篷架承载100mm雪载0.5h后检测；
73.8)加载到120mm雪载；
74.9)篷架承载120mm雪载2h后检测；
75.合格判定：在规定载荷和时间内,篷架不得出现断裂、永久变形缺陷。
76.本发明的第二方面提供一种复杂灾害环境下帐篷雪荷载的检测装置，包括：
77.帐篷类型确定模块，用于确定所述复杂灾害环境下帐篷的类型；
78.帐篷雪荷载模拟试验模块，用于进行复杂灾害环境下帐篷雪荷载模拟试验，确定不同组合载荷下的受力情况；
79.检测模块，用于根据所述类型进行不同的帐篷雪荷载的检测，并根据与所述不同组合载荷下的受力情况的比较，确定帐篷能够承受的雪荷载。
80.本发明的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第一方面所述的方法。
81.本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第一方面所述的方法。
82.本发明提供复杂灾害环境下帐篷的检测方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质，具有如下有益的技术效果：
83.通过设置风、雨复合环境实验室，重点研究雪载荷测试空白点，搭建实验平台，制作试验样品，试验验证配重载荷方法，实现铺装、人工降雪压重模式的仿真，科学的模拟自然场景，以测试分析应急临时建筑帐篷产品在复杂气候环境下(即：风、雪、雨叠加环境)，帐篷支撑完整性、可靠性，研制环境模拟实验室和帐篷类居住设施承受风雨载荷和风雪载荷的功能测试装置，为产品设计和产品验收制定科学检验装置和方法。通过选取典型应急物资产品，重点突破多灾耦合环境下检验检测关键技术，完善复杂灾害环境下，补充关键技术指标检测方法、检测装置，提升应急产品保障能力和社会化应急服务水平，对加强应急管理体系和能力建设，提升灾害风险应对具有十分重要的理论和实际意义。
附图说明
84.图1为本发明提供的复杂灾害环境下帐篷雪荷载检测方法流程图。
85.图2为本发明提供的框架帐篷雪载现场测试荷载挂点图。
86.图3为本发明提供的自重+雪荷载加载编号图。
87.图4为本发明提供的折叠框架帐篷雪载现场测试荷载挂点图。
88.图5为本发明提供的gb/t50009《建筑结构荷载规范》示意图。
89.图6为本发明提供的电子设备一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
90.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
91.如图1所示，实施例一
92.一种复杂灾害环境下帐篷雪荷载的检测方法，包括：
93.s1，确定所述复杂灾害环境下帐篷的类型；
94.s2，进行复杂灾害环境下帐篷雪荷载模拟试验，确定不同组合载荷下的受力情况；
95.s3，根据所述类型进行不同的帐篷雪荷载的检测，并根据与所述不同组合载荷下的受力情况的比较，确定帐篷能够承受的雪荷载。
96.作为优选的实施方式，所述不同类型帐篷包括军用框架帐篷、军用网架帐篷以及折叠框架帐篷。
97.作为优选的实施方式，所述s2包括：
98.(1)确定参照标准：军用帐篷结构设计中的风、雪载载荷模拟试验、计算的依据是以如图5所示gb/t50009《建筑结构荷载规范》来参照执行；
99.(2)确定载荷组合：由于帐篷属于临时性建筑,采用荷载标准值对结构进行承载力计算,分别考虑8级风载和8cm雪载两种可变荷载三种载荷情况进行理论计算，包括：
100.组合一:自重+8cm雪载；
101.组合二:自重+8级横向风载(90
°
)；
102.组合三:8级纵向风载(0
°
)；
103.通过不同方向的风力荷载加上雪载和篷体自重,计算出篷架不同位置点上的受力数值,作为软件模拟计算的依据；通过理论计算的数值,采用有限元软件 ansys进行计算,在有限元软件中建模时用索单元模拟抗风绳,选用梁单元模拟各种杆件,平面框架内各节点连接方式为刚接,连系梁与框架的连接方式为铰接, 骨架与地面的连接方式为铰接；定性材料性质,确定材料的弹性模量、风绳弹性模量等相关数值,按不同组合形式下计算出的理论数值进行载荷加裁,通过软件模拟计算出该种组合载荷状态下的篷架杆件应力分布及整体结构位移情况。
104.通过计算和分析得出的数据,骨架在各种外力作用下产生的最大位移是否影响帐篷的正常使用,杆件最大应力是否在容许应力范围内,篷布的载荷是否小于其断裂强力；以此数据来确定结构及所选用的材料是否能满足不同组合载荷下的受力需求。
105.作为优选的实施方式，所述s3包括：根据不同产品《制造与验收技术条件中》的雪载模拟试验方法按各载荷挂点分级加载配重,采用配重块或沙袋的吊挂形式；按篷体自重-60mm雪载-80mm雪载-100mm雪载进行逐级加载；每加载一级静载0.5h,在规定载荷和时间内,篷架不得出现断裂、永久变形缺陷。
106.作为优选的实施方式，所述s3包括：
107.军用框架帐篷检测、军用网架帐篷检测以及折叠框架帐篷检测。
108.作为优选的实施方式，所述军用框架帐篷检测包括：
109.(1)方法说明：蓬体及雪厚合计重量按受力位置加载到蓬架上，在受载后一定时间后，观察蓬架情况。
110.(2)试验方法：以框架帐篷30m2为例，框架帐篷80m2按此扩展，按帐篷使用架设要求
架设蓬架，按设计跨度尺寸固定蓬架和拉绳，是蓬架处于牢靠的使用状态，按照下图2所示位置设计载荷挂点。
111.按照表1数据进行逐步加载。
112.表1单个集中力每级加载值
[0113][0114]
(3)试验判定，加载程序：
[0115]
1)加载篷布自重；
[0116]
2)加载到60mm雪载；
[0117]
3)篷架承载60mm雪载0.5h后检测；
[0118]
4)加载到80mm雪载；
[0119]
5)篷架承载80mm雪载0.5h后检测；
[0120]
6)加载到100mm雪载；
[0121]
7)篷架承载100mm雪载0.5h后检测；
[0122]
8)加载到120mm雪载；
[0123]
9)篷架承载120mm雪载2h后检测；
[0124]
合格判定：在规定载荷和时间内,篷架不得出现断裂、永久变形等缺陷。
[0125]
作为优选的实施方式，所述军用网架帐篷检测包括：
[0126]
(1)方法说明：
[0127]
蓬体及雪厚的合计重量按受力位置加载到蓬架上，在受载后一定时间后，观察蓬架情况。
[0128]
(2)试验方法按照帐篷使用架设要求架设蓬架，按设计跨度尺寸固定蓬架底角和拉绳，使得蓬架处于牢靠的使用状态，按照图3所示位置设计载荷挂点，按照表2进行加载试验；
[0129]
表2自重+山墙端骨架编号及加载顺序
[0130][0131]
(3)试验判定：加载程序：
[0132]
1)加载篷布自重；
[0133]
2)加载到60mm雪载；
[0134]
3)篷架承载60mm雪载0.5h后检测；
[0135]
4)加载到80mm雪载；
[0136]
5)篷架承载80mm雪载0.5h后检测；
[0137]
6)加载到100mm雪载；
[0138]
7)篷架承载100mm雪载0.5h后检测；
[0139]
8)加载到120mm雪载；
[0140]
9)篷架承载120mm雪载0.5h后检测；
[0141]
10)加载到140mm雪载；
[0142]
11)篷架承载140mm雪载0.5h后检测；
[0143]
合格判定：在规定载荷和时间内,篷架不得出现断裂、永久变形缺陷。
[0144]
作为优选的实施方式，所述折叠框架帐篷检测包括：
[0145]
(1)方法说明：篷体及各雪厚的合计重量按受力位置加载到篷架上，在受载后一定时间后，观察篷架情况。
[0146]
(2)试验方法：按帐篷使用架设要求架设篷架，按设计跨度尺寸固定篷架底脚和拉绳，使篷架处于牢靠的使用状态，按图4所示位置设立载荷挂点。按表3数据进行逐步加载。
[0147]
表3单个集中力每级加载值
[0148][0149]
(3)试验判定
[0150]
加载程序：
[0151]
1)加载篷布自重；
[0152]
2)加载到60mm雪载；
[0153]
3)篷架承载60mm雪载0.5h后检测；
[0154]
4)加载到80mm雪载；
[0155]
5)篷架承载80mm雪载0.5h后检测；
[0156]
6)加载到100mm雪载；
[0157]
7)篷架承载100mm雪载0.5h后检测；
[0158]
8)加载到120mm雪载；
[0159]
9)篷架承载120mm雪载2h后检测。
[0160]
合格判定：在规定载荷和时间内,篷架不得出现断裂、永久变形缺陷。
[0161]
实施例二
[0162]
一种复杂灾害环境下帐篷雪荷载的检测装置，包括：
[0163]
帐篷类型确定模块，用于确定所述复杂灾害环境下帐篷的类型；
[0164]
帐篷雪荷载模拟试验模块，用于进行复杂灾害环境下帐篷雪荷载模拟试验，确定不同组合载荷下的受力情况；
[0165]
检测模块，用于根据所述类型进行不同的帐篷雪荷载的检测，并根据与所述不同组合载荷下的受力情况的比较，确定帐篷能够承受的雪荷载。
[0166]
该装置可实现上述实施例一提供的检测方法，具体的测试方法可参见实施例一中的描述，在此不再赘述。
[0167]
本发明还提供了一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现如实施例一所述的方法。
[0168]
如图6所示，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器301和与所述处理器301连接的存储器302，所述存储器302存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行如实施例一所述的方法。
[0169]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。