[发明专利]膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应测试装置及方法，装置包括：风室；张拉组件，设置于风室内，用于对待测膜结构进行张拉并形成具有稳定预张力的膜面；降雨组件，位于风室内，并设置于张拉组件的上方；供风组件，设置于风室的进风口处，用于为风室提供稳定的风场；信号采集组件，包括激光位移传感器和风速计，激光位移传感器位于风室外，并设置于张拉组件的下方，风速计位于风室内，并设置于张拉组件的上方；控制组件，与降雨组件、供风组件、激光位移传感器以及风速计通信连接。本发明结构简单，降低了膜结构动力响应测试的成本，且便于操作，在保证高测试精度的同时具有较强的适用性，可广泛应用于建筑膜结构技术领域。

技术领域

本发明涉及建筑膜结构技术领域，尤其涉及一种膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应测试装置及方法。

背景技术

作为一种新的空间结构形式，膜结构代表了建筑技术和材料科学发展当前的水平，是艺术和技术的完美结合。膜结构系统起源于人类在古代生活的帐篷，但真正意义上的膜结构作为一种新型的建筑结构是在20世纪中叶发展，它产生刚性并最终通过膜表面的预应力形成。由于其卓越的建筑特征，优异的结构特征和合适的经济性，膜结构广泛用于大跨度空间结构，例如体育场，展览场地和火(汽)车站。膜结构的发展包括膜材料的发展和结构系统的发展，膜材料的发展丰富了结构系统的多样性，促进了新型结构系统的发电和应用；与此同时结构系统的发展又促进了新型膜材料的发展。

伴随着膜结构的广泛应用，膜结构所发生的工程事故也屡见不鲜。在实际工程运用之前，膜结构会参照国内目前唯一的膜结构设计规程——《膜结构技术规程》(CECS 158:2015)进行预先设计：在主要考虑风荷载对膜结构不利影响的情况下，同时兼并考虑其他不利荷载如：雨、雪等对其产生的消极作用。然而在严格的抗风设计之后，实际工程中会出现远低于临界失稳风速时而膜结构出现严重破坏。通常情况下膜结构设计只是将各种最不利效应进行组合设计而未考虑不利荷载相互作用下的耦合作用，而作为主要设计条件的风通常伴随着雨的降落，因此有必要研究膜结构在风雨耦合作用下的动力响应。

现有的研究风雨耦合作用的主要办法有理论解析、数值模拟以及试验研究。实际工程中，膜结构具有较大的跨度和高度，几乎不可能一比一复刻进行试验。通常情况是将试验对象进行等比缩小制作模型，然后在风洞中进行风雨试验，而常规意义上的风洞造价极高导致试验费用昂贵。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种低成本、方便快捷、适用性强的膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应测试装置及方法。

本发明所采用的第一技术方案是：

一种膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应测试装置，包括：

风室，所述风室的两个侧面上分别设有进风口和出风口；

张拉组件，所述张拉组件设置于所述风室内，所述张拉组件用于对待测膜结构进行张拉并形成具有稳定预张力的第一膜面；

降雨组件，所述降雨组件位于所述风室内，并设置于所述张拉组件的上方，所述降雨组件用于降落雨滴至所述第一膜面上；

供风组件，所述供风组件设置于所述风室的进风口处，所述供风组件用于为所述风室提供稳定的风场；

信号采集组件，所述信号采集组件包括激光位移传感器和风速计，所述激光位移传感器位于所述风室外，并设置于所述张拉组件的下方，所述风速计位于所述风室内，并设置于所述张拉组件的上方；

控制组件，所述降雨组件、所述供风组件、所述激光位移传感器以及所述风速计均与所述控制组件通信连接。

进一步，所述张拉组件包括水平支撑部、竖直支撑部以及夹持装置，所述夹持装置用于将所述待测膜结构固定在水平支撑部和竖直支撑部上，使得所述待测膜结构形成具有稳定预张力的第一膜面。