本實用新型涉及風洞試驗設(shè)備，具體涉及一種戶外風致雪飄移的試驗裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會的日益進步，大型建筑屋蓋結(jié)構(gòu)的跨度越來越大，屋面形式越來越復雜，對雪荷載的作用也越來越敏感，由于忽視雪荷載不均勻分布而造成的工程事故時有發(fā)生，因此，對雪荷載預測已經(jīng)漸漸成為大跨度屋面設(shè)計中不可忽視的問題，而國內(nèi)規(guī)范對雪荷載不均勻分布的規(guī)定多數(shù)參考歐美規(guī)范，缺乏實測以及實驗數(shù)據(jù)支持，這也給建筑設(shè)計帶來了一些安全隱患。

目前雪荷載研究有三種方法，分別是雪荷載實測、風洞試驗和數(shù)值模擬。雪荷載實測由于受氣候和測量條件的限制，工作進展緩慢，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)十分匱乏；數(shù)值模擬雖然耗資少，設(shè)計周期短，但是缺乏實測以及實驗數(shù)據(jù)的支持，并且缺乏一個統(tǒng)一的標準。

而風洞試驗是中外學者研究雪荷載的主要手段，然而應(yīng)用傳統(tǒng)的風洞試驗技術(shù)研究雪荷載存在一些顯著地缺點：一是在普通常溫風洞中做風致雪飄移實驗只能用積雪(細硅砂、小蘇打等)來代替雪顆粒，而積雪與真實雪顆粒在物理性質(zhì)上有很大差別；二是氣候環(huán)境風洞造價昂貴，再創(chuàng)造低溫環(huán)境時需要大量的電力支持，運行成本過高；三是無論是在常溫或氣候風洞進行試驗，實驗?zāi)Ｐ偷某叽缍紩艿阶枞实暮艽笙拗疲凰氖菍嶒灉y量現(xiàn)階段基本采用鋼尺測點繪圖，精確度與技術(shù)性較差。這些問題對風致雪飄移實驗的結(jié)果都會產(chǎn)生很大的影響。因此為了提高我國對屋面雪荷載的認識與研究水平，并可為實際工程的雪荷載取值與我國荷載規(guī)范的修訂提供依據(jù)，開發(fā)一種全新的雪荷載試驗裝置勢在必行。

鑒于上述缺陷，本實用新型創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本實用新型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型采用的技術(shù)方案在于，提供一種戶外風致雪飄移試驗裝置，包括：一風機裝置，用于提供風力；一振動裝置，用于對積雪振動并同時接收所述風機裝置提供的風力來模擬降雪環(huán)境；一模型裝置，設(shè)于所述積雪的飄移范圍內(nèi)，用于模擬房屋結(jié)構(gòu)。

進一步，所述風機裝置包括風機矩陣組、第一電機和第一變頻控制器，所述第一電機和第一變頻控制器分別與所述風機矩陣組相連。

進一步，所述振動裝置包括振動器、第二電機和第二變頻控制器，所述第二電機和第二變頻控制器分別與所述振動器相連。

進一步，所述振動器包括支架和篩網(wǎng)，所述支架與所述篩網(wǎng)之間活動連接。

進一步，所述篩網(wǎng)包括第一篩網(wǎng)和第二篩網(wǎng)，所述第一篩網(wǎng)和第二篩網(wǎng)的孔徑大小為2-4mm。

進一步，所述模型裝置包括平臺、刻度盤和模型構(gòu)件，所述平臺、刻度盤和模型構(gòu)件依次層疊設(shè)置。

進一步，所述的戶外風致雪飄移試驗裝置，還包括導流裝置和穩(wěn)流裝置，所述導流裝置為所述風機裝置和所述穩(wěn)流裝置之間的連接管道，所述振動裝置設(shè)于所述穩(wěn)流裝置風向處。

進一步，所述穩(wěn)流裝置包括蜂窩器和阻尼網(wǎng)，所述阻尼網(wǎng)嵌固在所述蜂窩器的外邊框中。

進一步，所述蜂窩器為d*d的正方形蜂窩孔形式，d的取值范圍為20-40mm,且所述蜂窩器的長度與所述蜂窩孔的孔徑比為10-15:1。

進一步，所述風機裝置、導流裝置、穩(wěn)流裝置、振動裝置底部分別通過緊固件與穩(wěn)固部相連。

與現(xiàn)有技術(shù)比較本實用新型的有益效果在于：

1.本實用新型的戶外風致雪飄移試驗裝置，省去了空氣制冷環(huán)節(jié)，試驗運行成本低，可進行多次重復性試驗且風機矩陣組為敞開式，因降低了風洞中阻塞率的限制，使所述模型構(gòu)件縮尺比上限變大；

2.本實用新型的風機矩陣組的各部分之間采用緊固件連接，方便拆卸移動，且造價低，施工速度快；

3.設(shè)置兩層篩網(wǎng)以及選擇篩網(wǎng)的孔徑大小為2-4mm，能夠更好的模擬降雪的真實環(huán)境，大大增加了試驗結(jié)果的可信度。

附圖說明

圖1為本實用新型一種戶外風致雪飄移試驗裝置的功能結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型一種戶外風致雪飄移試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型一種戶外風致雪飄移試驗裝置的平面示意圖；

圖4為本實用新型風機裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型導流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實用新型蜂窩器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，對本實用新型上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細的說明。

實施例一

如圖1所示，其為本實用新型一種戶外風致雪飄移試驗裝置的功能結(jié)構(gòu)框圖，一種戶外風致雪飄移試驗裝置，包括：一風機裝置1，用于提供風力；一振動裝置2，用于對積雪振動并同時接收所述風機裝置1提供的風力來模擬降雪環(huán)境；一模型裝置3，設(shè)于所述積雪的飄移范圍內(nèi)，用于模擬房屋結(jié)構(gòu)。

如圖2、圖3和圖4所示，其分別為本實用新型一種戶外風致雪飄移試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖、平面示意圖和風機裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

結(jié)合圖2、圖3和圖4所示，所述風機裝置1包括一風機矩陣組11，所述風機矩陣組11為安裝于支撐框架110上的m×n臺風機111通過緊固件連接組成的m(縱向)×n(橫向)形式的風機矩陣組，m和n取整數(shù)。

在地面上鋪設(shè)有穩(wěn)固部6，所述穩(wěn)固部6與所述支撐框架110底部通過緊固件連接，所述支撐框架110起到支撐的作用，這樣，能夠使所述風機矩陣組11固定更加牢固，避免因風力過大而使其發(fā)生傾倒，其中，所述的穩(wěn)固部6優(yōu)選混凝土制成的條形基礎(chǔ)，上述所述的緊固件為螺絲、螺釘或螺栓。本實用新型的風機矩陣組11的各部分之間采用緊固件連接，方便拆卸移動，且造價低，施工速度快。

所述風機裝置1還包括第一電機和第一變頻控制器，所述第一電機和所述第一變頻控制器分別與所述風機矩陣組11相連。所述第一電機設(shè)于所述風機矩陣組11上，所述第一電機為所述風機矩陣組11提供轉(zhuǎn)動動力；所述第一變頻控制器設(shè)于室內(nèi)，通過遠程調(diào)控整個所述風機矩陣組11的輸出風速，用于模擬在不同風速環(huán)境下所述積雪的漂移情況。

結(jié)合圖2和圖3所示，所述振動裝置2設(shè)于所述風機裝置1的風向處，所述振動裝置2包括振動器21，所述振動器21包括支架211和篩網(wǎng)212，所述篩網(wǎng)212與所述支架211之間活動連接，所述活動連接方式為卡槽、卡齒、滑槽或滑軌，在所述篩網(wǎng)212破損的情況下，方便更換所述篩網(wǎng)212。

本實施例中，優(yōu)選所述篩網(wǎng)212為兩層篩網(wǎng)，分別為第一篩網(wǎng)2121和第二篩網(wǎng)2122，所述第一篩網(wǎng)2121和第二篩網(wǎng)2122的孔徑大小為2-4mm，當所述積雪經(jīng)所述一篩網(wǎng)2121振動后，還會殘留許多大的顆粒，在經(jīng)過所述第二篩網(wǎng)2122時，能夠有效的改善顆粒的大小，本實用新型中設(shè)置兩層篩網(wǎng)以及選擇篩網(wǎng)的孔徑大小為2-4mm，能夠更好的模擬降雪的真實環(huán)境。

所述振動裝置2還包括第二電機22和第二變頻控制器，所述第二電機22和第二變頻控制器分別與所述振動器21相連。所述第二電機22設(shè)于所述振動器21上，所述第二電機22為所述振動器21提供振動動力；所述第二變頻控制器設(shè)于室內(nèi)，所述第二變頻控制器通過遠程調(diào)控所述振動器21的振動頻率，振動頻率調(diào)節(jié)范圍為2-10hz。

為確保所述振動裝置2固定更加牢固，將所述支架211底部通過緊固件與所述穩(wěn)固部6相連，這樣，能夠確保所述振動裝置2在振動的情況下也能達到平穩(wěn)狀態(tài)，所述的緊固件為螺絲、螺釘或螺栓。

結(jié)合圖2和圖3所示，所述模型裝置3，包括一平臺31、一刻度盤32和一模型構(gòu)件33。所述平臺31、刻度盤32和模型構(gòu)件33依次層疊設(shè)置，具體為，所述刻度盤32置于所述平臺31上，所述模型構(gòu)件33置于所述刻度盤32上，且所述模型構(gòu)件33能夠在0-360°內(nèi)旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)整所述模型構(gòu)件33至所述刻度盤32的某一指定角度，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)風偏角的目的。其中，所述的模型構(gòu)件33需根據(jù)不同的實驗?zāi)康闹谱鞑煌馁|(zhì)和形狀的模型，模型需滿足相似比要求，材料相似性，幾何相似性。

本實用新型的戶外風致雪飄移試驗裝置，省去了空氣制冷環(huán)節(jié)，試驗運行成本低，可進行多次重復性試驗；風機矩陣組為敞開式，因降低了風洞中阻塞率的限制，使所述模型構(gòu)件縮尺比上限變大；此外，本實用新型利用振動裝置模擬真實降雪過程，大大增加了試驗結(jié)果的可信度。

實施例二

如上所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置，本實施例與其不同之處在于，結(jié)合圖2和圖3所示，所述的戶外風致雪飄移試驗裝置還包括一導流裝置4和一穩(wěn)流裝置5，所述導流裝置4為所述風機裝置1和所述穩(wěn)流裝置5之間的連接管道，所述振動裝置2設(shè)于所述穩(wěn)流裝置5風向處的一定距離處，所述導流裝置4用于使風場更加集中，所述穩(wěn)流裝置5用于使風速更加平穩(wěn)。本實用新型通過設(shè)置所述導流裝置4和所述穩(wěn)流裝置5，能夠使試驗橫斷面上的風場效果更好。

結(jié)合圖2和圖3所示，所述風機裝置1與所述導流裝置4通過緊固件相連，所述導流裝置4與所述穩(wěn)流裝置5通過緊固件相連，且在所述風機裝置1和所述導流裝置4的空隙處和所述導流裝置4與所述穩(wěn)流裝置5的空隙處用發(fā)泡劑進行填充，這樣，整個裝置的連接處是不可漏風的，能夠得到更好的風場。此外，為了穩(wěn)固所述導流裝置4和所述穩(wěn)流裝置5，將所述導流裝置4和所述穩(wěn)流裝置5的底部通過緊固件與所述穩(wěn)固部6相連，上述所述的緊固件為螺絲、螺釘或螺栓。

如圖5所示，其為本實用新型導流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2、圖3和圖5，所述導流裝置4采用導流管矩陣組，所述導流管矩陣組為m×n個導流管連接組成的m(縱向)×n(橫向)形式的導流管矩陣組，m和n取整數(shù)，其中，所述的導流管的形狀與所述風機111出口的形狀相對應(yīng)，這樣，能夠使風場效果更好，一般所述風機111出口采用圓形，所述導流管也采用圓拓方管。

如圖6所示，其為本實用新型蜂窩器的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2、圖3和圖6所示，所述穩(wěn)流裝置5包括一蜂窩器51和一阻尼網(wǎng)52，所述阻尼網(wǎng)52嵌固在所述蜂窩器51的外邊框中，所述蜂窩器51用于實現(xiàn)風速均勻、平穩(wěn)的通過，所述阻尼網(wǎng)52用于減小風場的湍流度。

如圖6所示，所述的蜂窩器51采用壁厚≤1mm的方鋼管焊接制成，每四根所述方鋼管中心處通過點焊固定。所述蜂窩器51優(yōu)選為d*d的正方形蜂窩孔形式，d的取值范圍為20-40mm,且所述蜂窩器的長度與所述蜂窩孔的孔徑比為10-15:1，在此范圍內(nèi)，能夠使風速的平穩(wěn)度和湍流度達到最佳。

實施例三

上述所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

(1)按照實驗要求，將所需的模型構(gòu)件33以0°度α置于平臺31上，并將所述角度α記錄備案；

(2)在試驗段順風向兩側(cè)分別設(shè)置至少一臺氣象站監(jiān)測自然風場，在遠離所述試驗段的開闊場地設(shè)置至少一臺氣象站監(jiān)測自然風場，并將積雪置于振動裝置中；

本實用新型試驗在室外進行，利用冬季的低溫環(huán)境實現(xiàn)真實積雪的實驗?zāi)M，與傳統(tǒng)環(huán)境風洞相比，省去了空氣制冷環(huán)節(jié)，試驗運行成本低，可進行多次重復性試驗；此外，試驗段為敞開式，因此不存在風洞中阻塞率的限制，使得所述模型構(gòu)件縮尺比上限變大；

(3)按照實驗要求，選擇篩網(wǎng)的孔徑為2mm、設(shè)置風機的風速為2.5m/s和所述振動裝置的振動頻率為2hz，開啟所述風機裝置和所述振動裝置，模擬降雪環(huán)境，同時記錄持續(xù)時間、風速、所述篩網(wǎng)的尺寸和振動頻率；

本實用新型采用的風機矩陣組設(shè)備建造簡單，方便拆卸，造價低，此外，本實用新型利用所述振動裝置和積雪模擬真實降雪過程，大大增加了試驗結(jié)果的可信度；

(4)試驗結(jié)束后，利用測量工具，按照網(wǎng)格測量法和特征點測量法結(jié)合進行積雪分布測量，并將測量數(shù)據(jù)記錄備案；

若測量所述模型構(gòu)件33周邊的積雪分布，測量范圍的寬度為所述風機裝置的水平寬度，長度為所述模型構(gòu)件33順風向投影長度的3倍；若測量所述模型構(gòu)件33上的積雪分布實驗，測量范圍為整個所述模型構(gòu)件表面；且測量時，所述寬度與長度方向均是每隔5cm取一個測量點；

(5)整理記錄的數(shù)據(jù)以及所述測量數(shù)據(jù)，并采用自主開發(fā)程序進行數(shù)據(jù)分析處理，繪制積雪分布等值線圖。

實施例四

上述所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置的試驗方法，本實施例與其不同之處在于，包括以下步驟：

(1)按照實驗要求，將所需的模型構(gòu)件33以90°度α置于平臺31上，并將所述角度α記錄備案；

(2)在試驗段順風向兩側(cè)分別設(shè)置至少一臺氣象站監(jiān)測自然風場，在遠離所述試驗段的開闊場地設(shè)置至少一臺氣象站監(jiān)測自然風場，并將積雪置于振動裝置中；

(3)按照實驗要求，選擇篩網(wǎng)的孔徑為3mm、設(shè)置風機的風速為3.5m/s和所述振動裝置的振動頻率為5hz，開啟所述風機裝置和所述振動裝置，模擬降雪環(huán)境，同時記錄持續(xù)時間、風速、所述篩網(wǎng)的尺寸和振動頻率；

(4)試驗結(jié)束后，利用測量工具，按照網(wǎng)格測量法和特征點測量法結(jié)合進行積雪分布測量，并將測量數(shù)據(jù)記錄備案；

若測量所述模型構(gòu)件33周邊的積雪分布，測量范圍的寬度為所述風機裝置的水平寬度，長度為所述模型構(gòu)件33順風向投影長度的4倍；若測量所述模型構(gòu)件33上的積雪分布實驗，測量范圍為整個所述模型構(gòu)件表面；且測量時，所述寬度與長度方向均是每隔7cm取一個測量點；

(5)整理記錄的數(shù)據(jù)以及所述測量數(shù)據(jù)，并采用自主開發(fā)程序進行數(shù)據(jù)分析處理，繪制積雪分布等值線圖。

實施例五

上述所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置的試驗方法，本實施例與其不同之處在于，包括以下步驟：

(1)按照實驗要求，將所需的模型構(gòu)件33以260°度α置于平臺31上，并將所述角度α記錄備案；

(2)在試驗段順風向兩側(cè)分別設(shè)置至少一臺氣象站監(jiān)測自然風場，在遠離所述試驗段的開闊場地設(shè)置至少一臺氣象站監(jiān)測自然風場，并將積雪置于振動裝置中；

(3)按照實驗要求，選擇篩網(wǎng)的孔徑為3.5mm、設(shè)置風機的風速為4m/s和所述振動裝置的振動頻率為7hz，開啟所述風機裝置和所述振動裝置，模擬降雪環(huán)境，同時記錄持續(xù)時間、風速、所述篩網(wǎng)的尺寸和振動頻率；

(4)試驗結(jié)束后，利用測量工具，按照網(wǎng)格測量法和特征點測量法結(jié)合進行積雪分布測量，并將測量數(shù)據(jù)記錄備案；

若測量所述模型構(gòu)件33周邊的積雪分布，測量范圍的寬度為所述風機裝置的水平寬度，長度為所述模型構(gòu)件33順風向投影長度的5倍；若測量所述模型構(gòu)件33上的積雪分布實驗，測量范圍為整個所述模型構(gòu)件表面；且測量時，所述寬度與長度方向均是每隔8cm取一個測量點；

(5)整理記錄的數(shù)據(jù)以及所述測量數(shù)據(jù)，并采用自主開發(fā)程序進行數(shù)據(jù)分析處理，繪制積雪分布等值線圖。

實施例六

上述所述的一種戶外風致雪飄移試驗裝置的試驗方法，本實施例與其不同之處在于，包括以下步驟：

(1)按照實驗要求，將所需的模型構(gòu)件33以360°角度α置于平臺31上，并將所述角度α記錄備案；

(2)在試驗段順風向兩側(cè)分別設(shè)置至少一臺氣象站監(jiān)測自然風場，在遠離所述試驗段的開闊場地設(shè)置至少一臺氣象站監(jiān)測自然風場，并將積雪置于振動裝置中；

(3)按照實驗要求，選擇篩網(wǎng)的孔徑為4mm、設(shè)置風機的風速為4.5m/s和所述振動裝置的振動頻率為10hz，開啟所述風機裝置和所述振動裝置，模擬降雪環(huán)境，同時記錄持續(xù)時間、風速、所述篩網(wǎng)的尺寸和振動頻率；

(4)試驗結(jié)束后，利用測量工具，按照網(wǎng)格測量法和特征點測量法結(jié)合進行積雪分布測量，并將測量數(shù)據(jù)記錄備案；

若測量所述模型構(gòu)件33周邊的積雪分布，測量范圍的寬度為所述風機裝置的水平寬度，長度為所述模型構(gòu)件33順風向投影長度的6倍；若測量所述模型構(gòu)件33上的積雪分布實驗，測量范圍為整個所述模型構(gòu)件表面；且測量時，所述寬度與長度方向均是每隔10cm取一個測量點；

(5)整理記錄的數(shù)據(jù)以及所述測量數(shù)據(jù)，并采用自主開發(fā)程序進行數(shù)據(jù)分析處理，繪制積雪分布等值線圖。

實施例七

如上所述的戶外風致雪飄移試驗方法，本實施例與其不同之處在于，所述步驟(2)中，各所述氣象站與遠程監(jiān)控終端無線相連，其能夠?qū)崟r監(jiān)測所述自然風場，并繪制自然風玫瑰圖。

實施例八

如上所述的戶外風致雪飄移試驗方法，本實施例與其不同之處在于，所述步驟(4)中，所述測量工具為全站儀和標準鋼尺。

本實用新型的戶外風致雪飄移試驗方法，通過對積雪分布等值線圖進行分析，揭示風對積雪分布的作用機理，并能夠根據(jù)大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)模型的屋面積雪分布規(guī)律，對實際結(jié)構(gòu)屋面積雪分布進行預測。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型方法的前提下，還可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。