一种建筑外附雨篷多参数调节的风洞试验测试装置

1.本发明涉及了一种风荷载的测试装置，尤其是涉及了一种建筑外附雨篷多参数调节的风洞试验测试装置。


背景技术：

2.雨篷是建筑结构的一个重要组成部分，雨篷位于高层建筑的入口位置，为出入口行人提供遮阳避雨，同时也防止高空坠物对出入口行人造成伤害。建筑雨篷朝着出挑长度大，形式新颖等方向发展，在结构上雨篷具有轻质、高柔等特点，风荷载是雨篷设计的主要控制荷载。雨篷风荷载极易受到雨篷的结构形式以及周边环境的影响，大风作用下雨篷容易出现大幅抖动、倾覆、脱落等问题，严重影响下方行人安全。而建筑结构荷载规范中没有严格给出针对不同类型雨篷的体型系数，因此对其进行风洞试验测试，准确获得雨篷的体型系数对雨篷的抗风设计有重要的意义。
3.由于雨篷的体型系数受到雨篷出挑长度、倾角、高度、水平位置等多个因素影响，在对雨篷进行设计与结构选型时，待选的工况众多，对每个雨篷的设计制作模型、进行风洞试验会耗费大量人力物力。以往的设计方案大多只考虑出挑长度或者倾角等单个参数的改变，存在风洞实验模型拆卸复杂，在实验中极大地耗费时间，手动变换工况影响结构稳定性，容易对测点造成堵塞等问题，影响实验结果，增大实验成本。
4.基于以上分析，现有技术缺少了一种可以在风洞试验中自动化地快速进行雨篷的参数变换，实现应对不同参数变化的雨篷风洞试验测试装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种建筑外附雨篷出挑长度、倾角和位置快速调节的风洞试验装置，还可实现在吹风情况下雨篷倾角和出挑长度动态变化对雨篷风压影响的测试。通过本发明装置可以在风洞试验中自动化地快速进行雨篷的参数变换，实现应对不同参数变化的雨篷风洞试验测试。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.本发明包括风洞试验模型、雨篷测试模块与雨篷补偿模块，所述的风洞试验模型是由多个阵列排布的模块格构成，模块格内布置有雨篷测试模块与雨篷补偿模块。
8.所述的雨篷测试模块包括箱体、平台板和齿轮旋转机构；箱体内布置平台板，雨篷模型放置于平台板上，雨篷模型两侧均安装有平行于雨篷模型的齿条，两侧的齿条均经齿轮旋转机构和平台板的一端连接，通过齿轮旋转机构带动雨篷模型倾角变化；平台板和雨篷模型均穿设过箱体朝向来风一侧开设的通槽布置，雨篷模型在伸出箱体的表面上布置风压测点；平台板另一端底面和箱体所开设通槽的槽底面之间通过滚动轴承连接，箱体所开设通槽处的雨篷模型顶面经弹性压块和通槽的槽顶面连接。
9.所述的齿轮旋转机构包括步进电机齿轮、圆弧形轨道、弧形滑块和步进电机推杆；平台板上安装有步进电机齿轮，步进电机齿轮的齿轮和齿条咬合，通过转动步进电机齿轮
实现雨篷模型沿平台板作伸出/伸入箱体的运动；平台板侧旁设置有圆弧形轨道，圆弧形轨道上滑动安装有弧形滑块，平台板在箱体内的端部经弧形连接器和弧形滑块铰接，平台板下侧的箱体内壁铰接安装有步进电机推杆，步进电机推杆的推杆上端顶接到平台板底面，利用步进电机推杆推动平台板绕滚动轴承旋转，平台板在箱体内的端部和弧形滑块一起沿圆弧形轨道运动，实现雨篷模型的倾角变化。
10.所述的雨篷模型伸出箱体的上下表面的多处布置风压测点，风压测点通过风压软管连接至箱体内数据采集装置。
11.所述的风洞试验模型高度和雨篷所在的建筑匹配，由雨篷所在的建筑的位置处对应到风洞试验模型中的模块格内布置有雨篷测试模块。
12.所述建筑可以为任何建筑，包括不限于高层建筑和低层房屋。
13.所述雨篷模型可以为多种形状，不限于方形和弧形。
14.本发明具有的有益效果是：
15.本发明可以实现建筑风洞中建筑外附雨篷出挑长度、倾角和位置的参数快速调节，提高风洞试验效率，还可实现在吹风情况下雨篷倾角和出挑长度动态变化的雨篷风压测试。
附图说明
16.图1是本发明的建筑模型正视图。
17.图2是本发明的雨篷测试装置剖视图。
18.图3是雨篷测试装置的局部细节展示图。
19.图4是具体实施中的建筑和雨篷参数图。
20.图5是具体实施中雨篷在正迎风情况上表面的风压系数等值线图。
21.图6是具体实施中雨篷在正迎风情况下表面的风压系数等值线图。
22.图中：1、风洞试验模型，2、雨篷测试模块，3、雨篷补偿模块，4、雨篷模型，5、齿条，6、风压测点，7、风压软管，8、数据采集装置，9、平台板，10、弹性压块，11、滚动轴承，12、步进电机齿轮，13、圆弧形轨道，14、弧形滑块，15、弧形连接器，16、步进电机推杆。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
24.如图1所示，装置包括风洞试验模型1、雨篷测试模块2与雨篷补偿模块3，风洞试验模型1是由多个阵列排布的模块格构成，模块格内布置有雨篷测试模块2与雨篷补偿模块3。雨篷模型4通过雨篷测试模块2布置在模块格内。
25.如图2和图3所示，雨篷测试模块2包括箱体、平台板9和齿轮旋转机构；箱体内布置平台板9，雨篷模型4放置于平台板9上，雨篷模型4两侧均安装有平行于雨篷模型4的齿条5，两侧的齿条5均经箱体内部的齿轮旋转机构和平台板9的一端连接，通过齿轮旋转机构带动雨篷模型4倾角变化；平台板9和雨篷模型4均穿设过箱体朝向来风一侧开设的通槽布置，雨篷模型4一部分伸入箱体，另一部分伸出箱体，雨篷模型4在伸出箱体的表面上布置风压测点6；平台板9另一端底面和箱体所开设通槽的槽底面之间通过滚动轴承11连接，箱体所开设通槽处的雨篷模型4顶面经弹性压块10和通槽的槽顶面连接，弹性压块10底面为圆弧状，
使得在箱体所开设通槽处平台板9和雨篷模型4相互之间被压紧连接。
26.如图3所示，齿轮旋转机构包括步进电机齿轮12、圆弧形轨道13、弧形滑块14和步进电机推杆16；平台板9上安装有步进电机齿轮12，步进电机齿轮12包括电机和齿轮，电机安装在平台板9上，电机输出轴同步连接齿轮，步进电机齿轮12的齿轮和齿条5咬合，通过转动步进电机齿轮12实现雨篷模型4沿平台板9作伸出/伸入箱体的运动；平台板9侧旁设置有圆弧形轨道13，圆弧形轨道13上滑动安装有弧形滑块14，平台板9在箱体内的端部经弧形连接器15和弧形滑块14铰接，平台板9下侧的箱体内壁铰接安装有步进电机推杆16，步进电机推杆16的推杆上端顶接到平台板9底面，利用步进电机推杆16推动平台板9绕滚动轴承11旋转，平台板9在箱体内的端部和弧形滑块14一起沿圆弧形轨道13运动，实现平台板9上的雨篷模型4绕圆弧形轨道13转动，实现雨篷模型4的倾角变化。
27.雨篷模型4伸出箱体的上下表面的多处布置风压测点6，风压测点6通过风压软管7连接至箱体内数据采集装置8，风压软管7从雨篷模型4伸入箱体内的端部伸出。
28.雨篷测试模块2的材料为abs工程塑料或玻璃钢材质。
29.风洞试验模型1高度和雨篷所在的建筑匹配，由雨篷所在的建筑的位置处对应到风洞试验模型1中的模块格内布置有雨篷测试模块2，使得雨篷测试模块2位于风洞试验模型1中的模块格的高度和雨篷所在的建筑的高度吻合一致。
30.具体实施中，具体实施中，通常由1个雨篷测试模块2与多个雨篷补偿模块3组成。还通过交换雨篷测试模块2与某个雨篷补偿模块3位置，实现雨篷在建筑中位置的变化。具体实施中，雨篷补偿模块3为空置，即不作任何设置。
31.实施例：
32.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。
33.如图1至图5所示所示，试验过程如下：
34.1)在某大学zd-1建筑风洞的3.5m直径的风洞转盘上布置有风洞试验模型1，模型1建筑的尺寸为60cm宽
×
30cm厚
×
40cm高，雨篷测试模块2的尺寸为20cm宽
×
30cm
×
厚20cm高，雨篷补偿模块3的尺寸为20cm宽
×
30cm厚
×
20cm高。试验模型采用abs塑料材料制成。雨篷模型4的尺寸为20cm宽度
×
1cm厚度，雨篷出挑长度范围为4cm～20cm，由步进电机齿轮12控制雨篷的出挑长度。参数图如图4所示。
35.2)雨篷模型出挑部分的上下表面布有风压测点6，风压测点沿雨篷厚度方向均匀布置风压点整测点，沿宽度方向的20cm上均匀布置10个测点，沿出挑方向没2cm布置一个测点，如悬挑长度为20cm，则布置10个测点，则一共布置200个点，上下表面均对应布置测点，则有400个风压测点6，风压测点6通过1.2mm外径的pvc软管7从雨篷模型4后端伸出，连接至scan valve公司的dsm3400数据采集装置8。
36.3)通过将1个雨篷测试模块2放在中间，雨篷补偿模块3在雨篷测试模块2两侧各1块，雨篷补偿模块3在第二层各三块，达到待测试的雨篷位于建筑底部中间位置的目的。
37.4)转动步进电机齿轮12，调整雨篷4的出挑长度，确定为12cm的雨篷悬挑长度。
38.5)调整步进电机推杆16，调整雨篷4的倾角为0
°
。
39.6)通过数据采集装置8测试获得雨篷上表面的风压系数和下表面的风压系数，其中上表面的风压系数在正迎风情况下的等值线图如图5所示，下表面的风压系数在正迎风情况下的等值线图如图6所示。
40.7)通过转动步进电机齿轮12可改变悬挑雨篷的长度，通过调整步进电机推杆16可改变悬挑雨篷的倾角，通过交换雨篷测试模块和雨篷补偿模块3可调整雨篷的位置。从而实现不同悬挑长度、不同倾角和不同位置雨篷风压系数的测试。
41.8)在风洞试验过程中动态调整转动步进电机齿轮12和步进电机推杆16，可实现实现在吹风情况下雨篷倾角和出挑长度动态变化的雨篷风压测试。
42.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。