【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及膜結構試驗裝備領域，尤其涉及一種用于施加法向荷載的膜結構試驗裝置與荷載模擬方法。
技術介紹
1、對于張拉式和充氣式膜結構，工程人員常通過荷載試驗測試評估其真實的結構行為及力學性能。現有技術中，平面和鞍形張拉膜結構結合測量工具的一體化試驗裝備已被普遍應用于張拉膜結構的結構行為和性能測試中。
2、在膜結構試驗裝備方面，劉長江等專利技術了一種鞍形膜結構試驗裝置(cn201810163170)，其能夠通過調節鞍形膜結構的矢跨比及測量不同矢跨比下的鞍形膜結構的受力狀況；馬安琪等專利技術了一種鞍形和平面膜結構兩用試驗裝置(cn202211052746)，適用于平面結構試驗和鞍形膜結構試驗及通過設計增加橫桿靈活調節鞍形膜結構矢跨比及監測受力情況；馬躍等專利技術了一種結合攝影測量的張拉膜結構實驗裝置(cn202210012254)，適用于在張拉膜結構試驗過程中獲取薄膜結構的位移和變形；馬曉五等專利技術了一種空間膜結構試驗裝置(cn201810815406)，適用在張拉膜結構試驗過程特定膜面點位點位的精確位移測量。上述試驗裝置均適用于安裝及張拉小尺寸的張拉式平面膜結構，試驗方式僅僅集中于張拉成形的形面測量和拉力測量方面，同時也無法對張拉式膜結構開展荷載驗。
3、在均布荷載施加設備方面，董新平等專利技術了一種室內模型試驗法向均布壓力精確施加裝置(cn202020593319)，通過將配重塊重量轉化為中空薄膜結構內的油壓來對測試結構施加法向均布壓力，該裝置僅能對特定形狀及大小的結構施加法向壓力，無法實現對較大尺寸
4、綜上所述，目前針對膜結構的試驗裝備集中于張拉式膜結構的張拉成形及變形和拉力檢測，針對均布法向荷載試驗裝置局限于平面結構，形狀和尺寸局限，僅可實現簡單的靜態加載，無法對其余膜結構開展試驗(如充氣式氣枕膜結構)，無法實現荷載變化和法相吸力荷載的加載。
5、因此，本領域的技術人員致力于開發一種用于施加法向荷載的膜結構試驗裝置與荷載模擬方法，希望該裝置能夠實現張拉膜、氣枕等多種膜結構的柔性膜面法向吸力和壓力荷載的準確施加，具備擬靜態、動態荷載模擬能力，克服堆載、多點加載等無法準確控制法向及實時動態控制的難題。
技術實現思路
1、有鑒于現有技術的上述缺陷，本專利技術所要解決的技術問題是柔性膜面結構的加載多數采用堆載、多點加載，僅能粗略地近似均布法向荷載，無法實現精確膜面法向加載。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了一種用于施加法向荷載的膜結構試驗裝置，包括鋼結構試驗箱、壓力采集-控制模塊、氣動閥門模塊、氣源模塊和膜結構試件，其中，
3、所述鋼結構試驗箱的箱體結構主框架設置為采用質量較輕的薄壁鋼材焊接搭建，所述鋼結構試驗箱的四周側封板焊接正交加勁肋板，所述鋼結構試驗箱的第一端連接所述膜結構試件，所述鋼結構試驗箱的側面通過氣管連接所述壓力采集-控制模塊，所述鋼結構試驗箱和所述膜結構試件、所述鋼結構試驗箱和所述壓力采集-控制模塊的連接處設置硅膠密封墊并使用螺栓緊固；
4、所述壓力采集-控制模塊通過信號數據線連接所述氣動閥門模塊，所述氣動閥門模塊的兩端分別通過氣管與所述鋼結構試驗箱和所述氣源模塊相連形成氣路，通過充氣或抽氣快速調整所述鋼結構試驗箱內部壓力，形成作用于所述膜結構試件的內外壓力差，施加準確均布的法向荷載。
5、進一步地，所述鋼結構試驗箱包括正方形c型鋼圈梁、薄壁方鋼管、薄鋼板、正交加勁肋板、萬向腳輪、鋼箱門和金屬合頁鉸鏈，其中，
6、所述正方形c型鋼圈梁，設置在所述鋼結構試驗箱的前后兩端，形成所述鋼結構試驗箱的主框架；
7、所述薄壁方鋼管，分布于所述正方形c型鋼圈梁的四角，通過焊接方式垂直連接所述正方形c型鋼圈梁；
8、所述薄鋼板，分布于所述鋼結構試驗箱主框架的上下左右四側，以焊接方式連接所述薄壁方鋼管和所述正方形c型鋼圈梁，形成所述鋼結構箱體；所述薄鋼板的表面設置所述正交加勁肋板，提高所述薄鋼板的平面外剛度；
9、所述萬向腳輪，分布于所述鋼結構試驗箱主框架底部四周，和位于底部的所述薄壁方鋼管的前后兩端以焊接方式連接；
10、所述鋼箱門，通過所述金屬合頁鉸鏈和所述鋼結構試驗箱主框架的后側連接。
11、進一步地，所述壓力采集-控制模塊包括氣壓傳感器、工控卡和處理器，其中，
12、所述氣壓傳感器，第一端通過氣管連接所述鋼結構試驗箱，第二端通過信號線連接所述工控卡的輸入端；
13、所述工控卡，連接所述處理器，所述工控卡向所述處理器傳遞壓力信息，并接受所述處理器的更新閥門指令，并通過所述工控卡的輸出端，向所述氣動閥門模塊輸出閥門調節指令。
14、進一步地，所述氣動閥門模塊包括流量調節子模塊和氣路轉換子模塊，所述流量調節子模塊和所述氣路轉換子模塊通過氣管相連，所述流量調節子模塊的氣管布局設置為多支氣路匯流一主氣路，所述流量調節子模塊實現支氣路和匯流主氣路的氣流量控制，所述氣路轉換子模塊的氣管布局設置為兩支氣路匯流一主氣路，所述氣路轉換子模塊設置為在氣源不接入氣路時，所述膜結構試驗裝置可與大氣連通維持正常工作。
15、進一步地，所述流量調節子模塊包括第一常開電磁閥、第一支路匯流三通接頭、第一干路匯流三通接頭和電動比例閥，所述流量調節子模塊中的各支氣路均設置所述第一常開電磁閥，所述第一常開電磁閥一端通過氣管連接所述鋼結構試驗箱，所述第一常開電磁閥的另一端通過氣管連接所述第一支路匯流三通接頭，再通過氣管連接所述第一干路匯流三通接頭，實現多支路匯流至主管，所述第一干路匯流三通接頭通過氣管連接所述電動比例閥。
16、進一步地，所述氣路轉換子模塊包括第二常開電磁閥、第二支路匯流三通接頭、第二干路匯流三通接頭和常閉電磁閥，所述第二支路匯流三通接頭的主管一端連接所述氣源模塊，所述第二支路匯流三通接頭的一支管通過氣管連接所述第二常開電磁閥，所述第二常開電磁閥的另一端連通大氣；所述第二支路匯流三通接頭的另一端支管通過氣管連接所述常閉電磁閥，所述常閉電磁閥的另一端通過氣管連接所述第二干路匯流三通接頭支管。
17、進一步地，所述氣源模塊包括真空抽氣泵和空氣壓縮機，所述真空抽氣泵和所述空氣壓縮機分別本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于施加法向荷載的膜結構試驗裝置，其特征在于，包括鋼結構試驗箱、壓力采集-控制模塊、氣動閥門模塊、氣源模塊和膜結構試件，其中，
2.如權利要求1所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述鋼結構試驗箱包括正方形C型鋼圈梁、薄壁方鋼管、薄鋼板、正交加勁肋板、萬向腳輪、鋼箱門和金屬合頁鉸鏈，其中，
3.如權利要求2所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述壓力采集-控制模塊包括氣壓傳感器、工控卡和處理器，其中，
4.如權利要求3所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述氣動閥門模塊包括流量調節子模塊和氣路轉換子模塊，所述流量調節子模塊和所述氣路轉換子模塊通過氣管相連，所述流量調節子模塊的氣管布局設置為多支氣路匯流一主氣路，所述流量調節子模塊實現支氣路和匯流主氣路的氣流量控制，所述氣路轉換子模塊的氣管布局設置為兩支氣路匯流一主氣路，所述氣路轉換子模塊設置為在氣源不接入氣路時，所述膜結構試驗裝置可與大氣連通維持正常工作。
5.如權利要求4所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述流量調節子模塊包括第一常開電磁閥、第一支路匯流三通接頭、第一干路匯流三通
6.如權利要求5所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述氣路轉換子模塊包括第二常開電磁閥、第二支路匯流三通接頭、第二干路匯流三通接頭和常閉電磁閥，所述第二支路匯流三通接頭的主管一端連接所述氣源模塊，所述第二支路匯流三通接頭的一支管通過氣管連接所述第二常開電磁閥，所述第二常開電磁閥的另一端連通大氣；所述第二支路匯流三通接頭的另一端支管通過氣管連接所述常閉電磁閥，所述常閉電磁閥的另一端通過氣管連接所述第二干路匯流三通接頭支管。
7.如權利要求6所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述氣源模塊包括真空抽氣泵和空氣壓縮機，所述真空抽氣泵和所述空氣壓縮機分別通過氣管連接所述氣路轉換子模塊的兩支氣路。
8.如權利要求7所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述膜結構試件包括膜結構、鋁合金型材夾具和硅膠密封墊，所述鋁合金型材夾具用于將所述膜結構試件安裝于所述鋼結構試驗箱中，所述鋁合金型材夾具通過緊固螺栓和所述鋼結構試驗箱固定連接，所述鋁合金型材夾具與所述鋼結構試驗箱之間設置有所述硅膠密封墊。
9.一種用于施加法向荷載的膜結構荷載模擬方法，其特征在于，所述方法使用如權利要求1-8任意一項所述的膜結構試驗裝置，對所述膜結構試件模擬施加法向荷載，所述方法包括如下步驟：
10.如權利要求9所述的膜結構荷載模擬方法，其特征在于，在所述步驟S3中，所述邏輯控制算法根據實時采集的所述鋼結構試驗箱的氣壓大小，與所述任務信息中設定的氣壓大小進行比較，實時更新所述氣動閥門模塊的閥門動作，實現氣路轉換和氣流量調整，并在所述鋼結構試驗箱的氣壓達到所述任務信息中設定的氣壓時，進行壓力維持或壓力變化，實現擬靜態荷載和動態荷載的模擬加載。
...【技術特征摘要】
1.一種用于施加法向荷載的膜結構試驗裝置，其特征在于，包括鋼結構試驗箱、壓力采集-控制模塊、氣動閥門模塊、氣源模塊和膜結構試件，其中，
2.如權利要求1所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述鋼結構試驗箱包括正方形c型鋼圈梁、薄壁方鋼管、薄鋼板、正交加勁肋板、萬向腳輪、鋼箱門和金屬合頁鉸鏈，其中，
3.如權利要求2所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述壓力采集-控制模塊包括氣壓傳感器、工控卡和處理器，其中，
4.如權利要求3所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述氣動閥門模塊包括流量調節子模塊和氣路轉換子模塊，所述流量調節子模塊和所述氣路轉換子模塊通過氣管相連，所述流量調節子模塊的氣管布局設置為多支氣路匯流一主氣路，所述流量調節子模塊實現支氣路和匯流主氣路的氣流量控制，所述氣路轉換子模塊的氣管布局設置為兩支氣路匯流一主氣路，所述氣路轉換子模塊設置為在氣源不接入氣路時，所述膜結構試驗裝置可與大氣連通維持正常工作。
5.如權利要求4所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述流量調節子模塊包括第一常開電磁閥、第一支路匯流三通接頭、第一干路匯流三通接頭和電動比例閥，所述流量調節子模塊中的各支氣路均設置所述第一常開電磁閥，所述第一常開電磁閥一端通過氣管連接所述鋼結構試驗箱，所述第一常開電磁閥的另一端通過氣管連接所述第一支路匯流三通接頭，再通過氣管連接所述第一干路匯流三通接頭，實現多支路匯流至主管，所述第一干路匯流三通接頭通過氣管連接所述電動比例閥。
6.如權利要求5所述的膜結構試驗裝置，其特征在于，所述氣路轉換子模塊包括第...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳務軍，趙學濤，高成軍，趙兵，胡建輝，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：
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