[發明專利]一種用于雨雪荷載耦合模擬的試驗裝置

有效

• 申請號: 202110664552.2
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113405977B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 范峰;張清文;莫華美;張國龍;任默涵
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G05D27/02;G09B25/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明是一種用于雨雪荷載耦合模擬的試驗裝置。本發明涉及建筑模型新型多因素聯合降雪全過程模擬試驗技術領域，所述裝置包括：淋雨系統、供水系統、控制系統、吹雪系統和振動降雪系統，所述控制系統控制供水系統向淋雨系統供水，吹雪系統在低溫環境下直接生成雪顆粒，振動降雪系統通過振動播撒裝置，將雪播撒在試驗段內，用以模擬天空降雪。本發明充分考慮了由降雨所導致的屋面冰雪荷載的演變過程。為大跨空間結構屋面積雪堆積?消融?結晶?堆積演變全過程模擬研究的問題提供重要了支持。

技術領域

本發明涉及建筑模型新型多因素聯合降雪全過程模擬試驗技術領域，是一種用于雨雪荷載耦合模擬的試驗裝置。

背景技術

全球極端低溫冰雪災害頻發，積雪導致建筑物、構筑物倒塌事故不斷增加，建筑結構的抗雪形式十分嚴峻。以我國為例，據報道統計，2015年11月，我國中部地區普降大雪，多省發生雪致房屋倒塌事故，損壞房屋超千間；2018年1月，中部兩場大雪也造成400余間房屋倒塌及1900余間受損。在日本、美國、加拿大及挪威等國，類似事故也時常發生。而在國內外自2008年起發生的近百起雪致工程災害中，跨度較大的空間結構(網架網殼占25％，空間桁架占18％)、鋼懸挑結構與輕鋼結構等對雪荷載敏感的結構類型居多。大跨空間結構具有屋面結構輕，屋面面積大，雪荷載占總荷載比例大的特點，其設計往往由雪荷載控制，屬于對雪荷載敏感的結構。另一方面，大跨空間結構多應用于體育場館、機場航站樓和火車站站房等人員十分密集、影響十分重大的公共建筑，因此，大跨空間結構的雪致工程災害后果往往十分嚴重，正確掌握其屋面雪荷載的設計方法意義尤為重大。本項目擬研制國際領先的大跨空間結構風-雨-熱-雪全過程聯合模擬試驗系統，該系統由大氣邊界層低溫風洞、降雪模擬、降雨模擬、太陽輻射與建筑供熱模擬和高精度多任務監測與控制五個子系統構成。該系統研制為深入揭示大跨空間結構風-雨-熱-雪耦合作用下屋面積雪全過程演變機理提供無可替代的試驗平臺，同時為完善屋面雪荷載數值模擬研究提供可靠依據，也為我國搶占建筑雪荷載研究理論制高點提供強有力支撐。

大量災后調查結果表明：對屋面積雪的堆積機理與變化規律認識不清，特別是對風、雨、熱等環境因素影響下屋面積雪的堆積-消融-結晶-堆積演變全過程機理的認識幾乎為空白成為導致災害的最根本原因。因此只有全面掌握了屋面積雪堆積的機理，才能對屋面雪荷載形成全面認識，并進行正確設計，從源頭上保證結構的安全與可靠。目前雪荷載研究有三種方法，分別是現場實測、風洞試驗和數值模擬。現場實測由于受氣候和測量條件的限制，工作進展緩慢，基礎數據十分匱乏。數值模擬雖然耗資少，設計周期短，但是缺乏實測以及實驗數據的支持，并且缺乏一個統一的標準。目前來講，風洞試驗是中外學者研究雪荷載的主要手段，但應用現存的風洞(傳統風洞、法國JV氣象風洞、日本新莊CES風洞以及哈工大風雪聯合試驗系統等)進行試驗時，存在一些對屋面積雪機理模擬，尤其是對雨雪荷載耦合模擬不全面的問題：(1)無法對雨夾雪天氣下積雪或覆冰在建筑屋蓋上的分布進行模擬；(2)無法研究降雨對既有積雪的影響，無法對屋面雪荷載在復雜環境下演變的全過程進行模擬。

發明內容

本發明模擬雨夾雪天氣下積雪或覆冰在建筑屋蓋上的分布；二是研究降雨對既有積雪的影響，模擬屋面雪荷載在復雜環境下演變的全過程。本發明提供了一種用于雨雪荷載耦合模擬的試驗裝置，本發明提供了以下技術方案：

一種用于雨雪荷載耦合模擬的試驗裝置，所述裝置包括：淋雨系統、供水系統、控制系統、吹雪系統和振動降雪系統，所述控制系統控制供水系統向淋雨系統供水，吹雪系統在低溫環境下直接生成雪顆粒，振動降雪系統通過振動播撒裝置，將雪播撒在試驗段內，用以模擬天空降雪。

優選地，所述控制系統采用電磁閥，所述淋雨系統包括降雨噴嘴和降雨架，所述供水系統包括水箱、增壓水泵和流量調節閥，所述水箱的進水管路連接增壓水泵，所述增壓水泵的回水管路連接流量調節閥，所述流量調節閥的的回水管路連接水箱；

所述增壓水泵的進水管路連接電磁閥，所述電磁閥連接降雨噴嘴。