一种空间膜结构试验装置的制作方法

本发明属于试验装置领域，尤其涉及一种空间膜结构试验装置。

背景技术

膜材与传统混凝土材料不同，它是一种柔性材料，空间膜结构在荷载作用下，会发生显著的位移，为了保证膜结构的使用安全，有必要对其在各种荷载作用下进行试验分析。混凝土材料已经有很多年历史了，而膜材料作为一种新兴的材料被应用于建筑结构中也只是最近几十年才得到迅速发展。但是膜结构的试验研究并不多，试验装置更为短缺。

目前试验装置多只在特定环境研究膜结构性能，有学者在张拉膜结构自振特性试验中，试验装置位移传感器位于膜结构上方，此种方法，只适用于几种特殊荷载作用下的测量，当研究其他荷载作用下，该装置就无法完成任务，受限制较多，且试验装置多一次性，试验后主体结构大多弃之不用。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种能够调节测量仪器的位置，且能够精确定位测量点的空间膜结构试验装置。

技术方案：本发明的空间膜结构试验装置，包括支撑装置，设于该支撑装置上的若干测量装置及设于若干测量装置间的薄膜固定装置；

所述测量装置包括周向设于支撑装置上的齿条型水平滑轨，分别设于水平滑轨上并左右滑动的位移控制装置，将位移控制装置两两相连接的横向转轴和纵向转轴，以及设于横向转轴和纵向转轴交叉处的移动支座；

所述位移控制装置包括支架，设于该支架上并可横向和纵向移动的螺旋，设于螺旋上的精调齿轮和粗调齿轮，以及与水平滑轨的齿条相啮合的从动齿轮，所述从动齿轮套设于相应转轴上、与支架固定连接。

进一步说，支撑装置周向竖直设有供测量装置上下移动的竖向滑轨。水平滑轨两端分别设有固定水平滑轨沿支撑装置竖直方向位移的限位装置，该限位装置包括限位板及设于该限位板上的摩擦螺栓。

再进一步说，水平滑轨上开设有供位移控制装置移动的滑槽。水平滑轨上均设有相应的刻度线。支架包括左右对称设置的第一挡板和第二挡板，及将第一挡板和第二挡板相连并穿过所述滑槽的连接板。支架上开设有供螺旋沿水平滑轨方向的开孔并固定其位置的支架凹口和竖向制动螺栓，螺旋沿周向设有若干对其纵向运动进行限位的螺旋凹口。

更进一步说，位移控制装置还可包括用于约束从动齿轮、设于水平滑轨上的夹板。分别设于精调齿轮和粗调齿轮一侧，对其进行定位的止位板。设于第一挡板和第二挡板间的保护罩。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该装置操作方便，通过分别设置粗调齿轮和精调齿轮，从而能够有效调控位移控制箱的移动速度，进而精确地调控移动位移，且测量仪器的高度亦可调控，三者的协同能够将测量仪器精准地置于薄膜任一点正上方或正下方的位置处；此外，该装置适用于各种荷载作用下的膜结构试验研究。对于不同的荷载可用相应的测量仪器置于上层移动支座或下层移动支座上，多功能化；同时重复利用率高，降低了试验成本。

附图说明

图1为本发明的空间膜结构试验装置的结构示意图；

图2为本发明测量装置的结构示意图；

图3为本发明水平滑轨的结构示意图；

图4为本发明位移控制装置的结构示意图；

图5为本发明保护罩的结构示意图。

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详细说明。

本发明的空间膜结构试验装置，包括支撑装置1，该支撑装置1为支撑结构的支架体系，四周可封闭或可不封闭，设于支撑装置1上的若干测量装置2及设于若干测量装置2间的薄膜固定装置3，支撑装置1周向竖直设有供测量装置2上下移动的竖向滑轨13，该竖向滑轨13上设有相应的刻度线，如图1所示。优选的，测量装置2可为2个，薄膜固定装置3设于该两个测量装置2之间，薄膜固定装置3可为将薄膜四边夹持在支撑装置1上的夹板。

其中，测量装置2包括周向设于支撑装置1上的四条齿条型水平滑轨4，水平滑轨4上均设有相应的刻度线，分别设于四条水平滑轨4上并可左右滑动的位移控制装置5，将位移控制装置5两两相连接(即相互平行的位移控制装置相连接)的转轴6，以及悬空套设于转轴6间交叉处的移动支座7，移动支座7可以随位移控制装置5的移动在转轴6上滑动，并设有槽位或孔眼(适用于螺栓固定测量仪器)或夹板以固定测量仪器，移动支座7也可以在某一个方向通长设置，在通长的支座上布置多个测量仪器，间距根据试验要求确定，此时仅需调节一个方向(横向或纵向)的位移控制装置5，如图2所示。水平滑轨4两端分别设有固定水平滑轨4沿支撑装置1竖直方向位移的限位装置14，该限位装置14包括限位板15及设于该限位板15上的摩擦螺栓16，通过旋转摩擦螺栓16与支撑装置1的竖向滑轨13接触或不接触达到水平滑轨4固定或不固定的效果，如图3所示。摩擦螺栓16与竖向滑轨13接触时，通过摩擦力使水平滑轨4固定在支撑装置1上，当摩擦螺栓16松开时，水平滑轨4可自由在竖向滑轨13内滑动。摩擦螺栓16的松紧不使水平滑轨4发生水平位移，水平滑轨4与竖向滑轨13的接触紧密，不松动。

水平滑轨4上开设有供位移控制装置5移动的滑槽23。如图4所示，位移控制装置5包括支架8，其由左右对称设置的第一挡板24和第二挡板25，及将第一挡板24和第二挡板5相连并穿过水平滑轨4上的滑槽23的连接板26组合而成，第一挡板24和第二挡板25设有限位螺栓28；设于支架8上并可横向和纵向移动的螺旋9，支架8上开设有供螺旋9沿水平滑轨4方向的开孔18并固定其位置的支架凹口19(即粗调孔和精调孔)和竖向制动螺栓20，竖向制动螺栓20与支架8通过内螺纹连接，竖向制动螺栓20具有足够的长度，从而能与螺旋9接触(螺旋9连接的旋转轴)，限制其竖向位移。而螺旋9下端沿轴向设有若干对其纵向运动进行限位的螺旋凹口21。螺旋9上分别设有精调齿轮10和粗调齿轮11，精调齿轮10和粗调齿轮11的一侧分别设有止位板22；位移控制装置5还包括与水平滑轨4的齿条相啮合的从动齿轮12，该从动齿轮12套设于相应各自的转轴6上、与支架8固定连接。当精调齿轮10一侧的止位板22与从动齿轮12接触时，手动螺旋9停止沿轴向方向的位移，精调齿轮10通过开孔18滑动至与从动齿轮12完全啮合，并通过支架凹口19和竖向制动螺栓20进行固定；当粗调齿轮11一侧的止位板22与从动齿轮12接触时，手动螺旋9停止沿轴向方向的位移，粗调齿轮11通过开孔18滑动至与从动齿轮12完全啮合，并通过支架凹口19和竖向制动螺栓20进行固定。位移控制装置5还包括设于水平滑轨4上的、用于约束从动齿轮12的夹板17。第一挡板24和第二挡板25间设有保护罩27，如图5所示。

本发明的精调齿轮10的齿数小于粗调齿轮11的齿数，粗调齿轮11的齿数小于从动齿轮12的齿数从而达到精调和粗调的作用。齿轮的减速比＝从动齿轮齿数/主动齿轮齿数>1，齿轮模数相同，压力角为20°。位移控制装置5相对水平滑轨4的移动距离s＝模数×齿数。假定手动提供的主动轮(精调齿轮10或粗调齿轮11)的转速为n1，设精调齿轮10齿数z1＝12，粗调齿轮11齿数z1’＝16，从动轮12齿数z2＝22，模数m均为4，压力角均为20°。当粗调齿轮11与从动轮12啮合时，从动齿轮12的转速为当精调齿轮10与从动轮12啮合时，从动齿轮12的转速而具体调节速度可根据实验要求自行设定。

本发明空间膜结构试验测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定测量仪器的横纵向位置，调节螺旋9将粗调齿轮11与从动齿轮12啮合进行粗调，然后调节竖向制动螺栓20，使其与螺旋9接触进行固定：

(2)松开竖向制动螺栓20，调节螺旋9将精调齿轮10与从动齿轮12啮合进行精调，调节限位螺栓28，使第一挡板24和第二挡板25夹紧从动轮；

(3)重复以上步骤调节其余位移控制装置5，待移动支座移动到指定位置后，放置测量仪器。

(4)调节水平滑轨4沿竖向滑轨13滑到合适的高度位置，旋转摩擦螺栓16，直至摩擦螺栓16与竖向滑轨13有足够大的摩擦力使水平滑轨4固定于某一高度处，进行测量即可；

实施例1：在风荷载作用下，测量薄膜风压

该实施例1中测量装置为2个，先调节上层移动支座7的位置，具体步骤如下：

(1)确定风压传感器的横纵向位置，调节螺旋9将粗调齿轮11与从动齿轮12啮合进行粗调，然后调节竖向制动螺栓20，使其与螺旋9接触进行固定：

(2)松开竖向制动螺栓20，调节螺旋9将精调齿轮10与从动齿轮12啮合进行精调，调节限位螺栓28，使第一挡板24和第二挡板25夹紧从动轮；

(3)重复以上步骤调节其余位移控制装置5，将移动支座7移动到指定位置，放置风压传感器；

(4)调节水平滑轨4沿竖向滑轨13滑到合适的高度位置，旋转摩擦螺栓16，直至摩擦螺栓16与竖向滑轨13有足够大的摩擦力使水平滑轨4固定于某一高度处。

在薄膜上层水平滑轨4上重复1-4步骤，再固定下层移动支座7的位置。移动支座7的位置均不影响薄膜在风荷载作用下的位移变化。风压传感器的风压传感器宝塔嘴与导管连接的导管从底层支撑侧面(底层支撑四周可封闭可不封闭)预留洞口处伸入下层移动支座上固定。

如果测量多点的风压只需将移动支座7的横向或纵向通长设置，在通长的支座上放置多个风压传感器。

实施例2：在竖向荷载作用下，测量薄膜竖向位移

该实施例1中测量装置只需下层一个即可，具体步骤如下：

(1)确定千分表的横纵向位置，调节螺旋9将粗调齿轮11与从动齿轮12啮合进行粗调，然后调节竖向制动螺栓20，使其与螺旋9接触进行固定：

(2)松开竖向制动螺栓20，调节螺旋9将精调齿轮10与从动齿轮12啮合进行精调，调节限位螺栓28，使第一挡板24和第二挡板25夹紧从动轮；

(3)重复以上步骤调节其余位移控制装置5，将移动支座移动到指定位置后，放置千分表并固定。

(4)调节水平滑轨4沿竖向滑轨13进行滑动，直至千分表端头与薄膜接触，旋转摩擦螺栓16，直至摩擦螺栓16与竖向滑轨13有足够大的摩擦力使水平滑轨4固定。

如果测量多点的位移只需将移动支座横向(或纵向)通长设置，在通长的支座上放置多个千分表，纵向(或横向)位移控制器可不用，只起平衡支座作用。激光位移传感器、风速计等可选用某层测量装置或同时选用两层，实施方法同上。