基于气弹模型的同步测压和测振系统及实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种基于气弹模型的同步测压和测振系统及实现方法。
【背景技术】
[0002]超高层建筑体型变化多样，占地面积小，在人口稠密的大城市得到蓬勃发展。随着轻质高强材料的广泛应用与施工技术的进步，超高层建筑的高度日益增加，柔度越来越大，对风荷载愈加敏感，因此，风荷载成为了柔性超高层建筑的主要侧向荷载之一，其引起的风致振动也是结构设计的主要控制因素。此时，由于结构-风的耦合作用而产生的气动弹性效应不可忽略，因此，考虑气动弹性效应的振动响应一般通过气动弹性模型风洞试验获得。合理有效的风洞实验技术和模型是获取可靠研究数据的重要基础。目前，常用的风洞试验技术主要有:高频动态天平测力技术、刚体模型测压技术、气弹模型测振技术等，前两者主要获得风荷载，后者主要获得风致响应。
[0003]气弹模型又分为弹性支撑刚性结构的单自由度气动弹性模型和多自由度气动弹性模型。纯粹的刚性模型测压技术无法模拟实际风场中结构与流场的气动弹性效应;传统的多自由度气动弹性模型能获得风与结构相互作用的振动响应，但是无法同时获得结构上的风荷载;此外，多自由度气动弹性模型在设计技术、制造工艺、费用等问题上都存在较大困难。因此，设计一种简单的、费用低的、满足实际结构相似比要求的、易于拆卸的、可同时测压和测振的多自由度气动弹性风洞实验模型和一套可实现同步测压和测振的采集系统和方法，以获得精确有效的同步风荷载和风致振动响应等风洞实验数据并全面真实地反映风与结构的相互作用是必要的。
[0004]发明专利内容
[0005]本发明的第一目的在于提供一种结构精简、成本低、可拆卸的气弹模型及能够同步测压和测振的系统，具体技术方案如下:
[0006]—种基于气弹模型的同步测压和测振系统，包括用于对气弹模型进行测压的测压系统、用于对气弹模型进行测振的测振系统、同时与所述测压系统和所述测振系统连接的处理器以及用于实现测压系统和测振系统进行同步测量的校正器；
[0007]所述测压系统包括与气弹模型上测压孔连接的测试管、与所述测试管连接的扫描阀以及通过连接线组A分别连接所述扫描阀和所述处理器的采集器A;
[0008]所述测振系统包括与气弹模型相对设置且两者相距一定测量距离的激光位移计、与所述激光位移计连接的电荷放大器以及分别与所述电荷放大器和所述处理器连接的采集器B，所述电荷放大器与所述激光位移计之间以及所述电荷放大器与所述采集器B之间均通过连接线组B连接。
[0009]以上技术方案中优选的，所述校正器为注射器，所述注射器的活塞柄与能测量其移动的所述激光位移计相对且两者距离一定测量距离设置，其针嘴通过测压管与所述扫描阀连接。
[0010]以上技术方案中优选的，该气弹模型包括用于安装的安装底座、下端设置在所述安装底座上且竖直设置的芯棒、通过支撑杆组件设置在所述芯棒外围的外衣板组件；
[0011]所述外衣板组件包括由下至上依次设置的多个外衣板单件，所述外衣板单件包括至少一块外衣板，所述外衣板的内部设有测压管，其外表面上设有与所述测压管相通的测压孔；
[0012]所述支撑杆组件包括由下至上依次设置的多个支撑单件，所述支撑单件的中心部位设有用于通过所述芯棒的对接螺纹孔。
[0013]以上技术方案中优选的，所述安装底座上设有用于线路穿过的通道以及均布多个用于安装的安装螺孔;所述安装底座为由钢板、铝板或者铁板制成的底座；
[0014]所述外衣板单件包括首尾相连的四块外衣板;在水平面上，所述外衣板单件的横截面为矩形结构;所述外衣板的材质为有机玻璃，相连两块所述外衣板之间通过无间断刚接方式进行连接;上下相邻两个所述外衣板单件之间的间隙为0.1-0.5cm;
[0015]所述芯棒为工字型结构的钢芯棒;所述支撑单件为圆杆。
[0016]以上技术方案中优选的，所述芯棒的下端焊接在所述安装底座上;所述支撑单件通过所述螺纹孔刚接在所述芯棒上。
[0017]为了达到更好的技术效果，还包括垫片，所述垫片的一侧连接所述支撑单件，其另一侧连接所述外衣板;所述外衣板上设有安装孔，所述外衣板、垫片以及支撑单件之间通过平头螺丝穿过所述安装孔进行刚性连接，所述平头螺丝帽的顶部与所述外衣板的外表面齐平。
[0018]以上技术方案中优选的，所述垫片为有机玻璃板垫片。
[0019]应用本发明的基于气弹模型的同步测压和测振系统，具有以下技术效果:
[0020](I)本发明的基于气弹模型的同步测压和测振系统包括用于对气弹模型进行测压的测压系统、用于对气弹模型进行测振的测振系统以及分别与所述测压系统和所述测振系统连接的处理器和用于实现测压系统和测振系统进行同步测量的校正器，整个装置精简；通过校正器的使用，实现气弹模型的同步测压和测振，获得精确有效的同步风荷载和风致振动响应等风洞实验数据，从而全面真实地反映风与结构的相互作用。
[0021](2)本发明的校正器采用注射器，注射器的针嘴和活塞柄分别连接测压系统和测振系统，部件容易获得，且便于操作，可精确获得两系统的迟滞时间差，从而对系统进行调整，实现同步测压和测振。
[0022](3)本发明的气弹模型包括安装底座、芯棒、通过支撑杆组件设置在所述芯棒外围的外衣板组件，外衣板组件包括由下至上依次设置的多个外衣板单件，所述外衣板单件包括至少一块外衣板，所述外衣板的内部设有测压管，其外表面上设有与所述测压管相通的测压孔;所述支撑杆组件包括由下至上依次设置的多个支撑钢杆，所述支撑钢杆的内部设有与所述芯棒和所述外衣有效连接的特制螺纹孔，整体结构精简、易于安装和拆卸;外衣板单件和支撑杆的形状、数量和长度可根据建筑物的实际外形和高度决定，通过相似理论的基础，使得本发明气弹模型能够很好地模拟实际超高层建筑的动力特性与气动弹性特性，使模型实验能获得较为真实可靠的风洞实验数据;测压管和测压孔的设计，实现本发明气弹模型同时测压与测振，同时获得高层建筑的风荷载和风致响应信息，实现多功能应用。
[0023](4)本发明中安装底座上设有用于线路穿过的通道以及均布多个用于安装的安装螺孔，便于布线和安装;所述安装底座为由钢板、铝板或者铁板制成的底座，满足模拟现实中建筑的刚度需求，使用寿命长。
[0024](5)本发明中外衣板单件包括四块外衣板;在水平面上，所述外衣板单件的横截面为矩形结构;所述外衣板的材质为有机玻璃，相连两块所述外衣板之间通过无间断刚接方式进行连接;上下相邻外衣板单件之间留有一定的间隙0.1-0.5cm，使得外衣板组件不阻碍芯棒的变形、不参与模型的整体刚度，从而使得所设计的实验模型与实际结构的串联多自由度振动形态相符;外衣板的数量及其材质以及外衣板单件的形状的设计，使得外衣板组件满足刚性需求；外衣板单件可实现层层组装，使外衣板上的测压管路缩短，减少气流畸变，从而获得较为精确的表面风压数据。
[0025](6)本发明中所述芯棒为工字型结构的钢芯棒;所述支撑单件为带特制螺纹孔的圆形钢杆。在满足模型刚度需求的同时，便于安装和拆卸。
[0026](7)本发明中所述芯棒的下端焊接在所述安装底座上，芯棒和安装底座进行刚性连接，稳定性好。所述支撑单件通过对接螺纹接头刚接在所述芯棒上，可实现芯棒和支撑单件之间的组装和拆卸，便于更换芯棒改变整体结构的基本力学特性而进行多方面的研究，或者便于改变不同外衣板组件的结构而进行多方面的研究，节省科研或工程试验成本。
[0027](8)本发明中还包括垫片，垫片的设计以及其安装方式既可通过平头螺丝使外衣板与支撑单件之间进行刚性连接，又可保证外衣板表面平整。
[0028]本发明的第二目的在于提供一种易于实现的同步测压、测振修正方法，具体是:
[0029]一种实现同步测压和测振的修正方法，包括以下步骤:
[0030]第一步:通过处理器同时启动测压系统和测振系统，分别获取校正器活塞运动的压力数据和位移数据并传递回处理器，所述压力数据包括压力时程，所述位移数据包括位移时程；
[0031]第二步:根据第一步中通过校正器所获得的压力时程和位移时程的变化特征，得出测压系统和测振系统的迟滞时间差；
[0032]第三步:根据第二步中的迟滞时间差，处理器调整测压系统或测振系统的启动时间，实现气弹模型的同步测压和测振。
[0033]以上技术方案中优选的，所述