[發明專利]一種橋梁表面熱邊界條件測試系統及方法

有效

• 申請號: 202211014590.4
• 申請日: 2022-08-23
• 公開（公告）號: CN115372410B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 朱金;黃旭;蔣尚君;李永樂;陳遠文;魯勝龍;趙杰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01K13/00;G01D21/02
• 代理公司: 西安正華恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 61271
• 代理人: 黃鑫

本發明公開了一種橋梁表面熱邊界條件測試系統和方法，橋梁表面熱邊界條件測試系統包括環境參數采集裝置、試驗參數采集裝置和數據處理單元，環境參數采集裝置采集環境參數，試驗參數采集裝置采集試驗參數，數據處理單元根據環境參數和試驗參數計算對流換熱系數、輻射換熱系數以及等效環境溫度；測試方法包括步驟S1?S3。本發明解耦了橋梁結構的對流換熱和輻射換熱分別對橋梁表面的影響，并計算得到對流換熱系數、輻射換熱系數以及等效環境溫度這些邊界條件，有利于橋梁主梁橫截面溫度效應數值模擬分析。

技術領域

本發明涉及橋梁工程技術領域，具體涉及一種橋梁表面熱邊界條件測試系統及方法。

背景技術

近年來，隨著我國不同地域之間的交通需求日益增長，橋梁的跨度逐漸增加，橋梁主梁橫截面的寬度也逐漸加寬；在復雜的自然環境中，橋梁主梁橫截面會形成非均勻的溫度場，從而在主梁橫截面產生局部溫度應力，嚴重影響橋梁的耐久性，造成巨大的經濟損失；因此，準確分析橋梁主梁橫截面的局部溫度場尤為重要。

目前，分析橋梁主梁橫截面的非均勻溫度場分布主要采用數值模擬方法，且需要計算橋梁表面熱邊界條件；計算橋梁表面熱邊界條件時，一般采用公式法迭代，但過程中存在諸多假設，使得計算結果存在較大誤差；少數研究采用試驗裝置來測試建筑材料的對流換熱系數以及輻射換熱系數，但在實驗室中無法模擬工程現場的環境條件。

發明內容

針對現有技術的上述不足，本發明提供了一種更準確的橋梁表面熱邊界條件測試系統及方法。

為達到上述發明目的，本發明所采用的技術方案為：

第一方面，提供一種橋梁表面熱邊界條件測試系統，其包括：

環境參數采集裝置，其用于采集環境參數，環境參數包括橋址區環境風速、橋址區環境溫度和橋址區環境輻射值；

試驗參數采集裝置，其用于采集試驗參數，試驗參數包括無光照且無空氣流動條件下的橋梁表面溫度、有光照且無空氣流動條件下的橋梁表面溫度、無光照且有空氣流動條件下的橋梁表面溫度；

數據處理單元，其根據環境參數和試驗參數，計算對流換熱系數、輻射換熱系數以及等效環境溫度。

采用上述技術方案的有益效果為：環境參數采集裝置和試驗參數采集裝置進行現場實測，分別對環境參數和試驗參數進行采集，從而解耦了橋梁結構的對流換熱和輻射換熱分別對橋梁表面溫度的影響；數據處理單元根據環境參數和試驗參數計算出對流換熱系數、輻射換熱系數以及等效環境溫度這些邊界條件，有利于橋梁主梁橫截面溫度效應數值模擬分析。

進一步地，環境參數采集裝置包括設置在橋址區的風速傳感器、第一溫度傳感器和輻射傳感器；橋址區的風速傳感器采集橋址區環境風速，第一溫度傳感器采集橋址區環境溫度，輻射傳感器采集橋址區環境輻射值。

進一步地，試驗參數采集裝置包括第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器，第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器外分別設置有反光密閉罩、透明密閉罩和反光透風罩；反光密閉罩隔絕光照和空氣流動，使第二溫度傳感器不受熱輻射和熱對流影響，從而使第二溫度傳感器采集無光照且無空氣流動條件下的橋梁表面溫度；透明密閉罩隔絕空氣流動，使第三溫度傳感器僅受熱輻射影響，從而使第三溫度傳感器采集有光照且無空氣流動條件下的橋梁表面溫度；反光透風罩隔絕光照，使第四溫度傳感器僅受熱對流影響，從而使第四溫度傳感器采集無光照且有空氣流動條件下的橋梁表面溫度。

進一步地，第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器等間距設置在橋梁表面橫向跨中位置，避免第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器采集環境相互干擾，且避免第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和第四溫度傳感器相距太遠而影響數據采集的可靠性。

第二方面，還提供了一種測試方法，包括以下步驟：

S1：采集橋址區環境風速、橋址區環境溫度和橋址區環境輻射值；