專利名稱：建筑用可自控風(fēng)致雨載模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑用可自控風(fēng)致雨載模擬實(shí)驗(yàn)裝置，用于模擬建筑立面受到風(fēng) 致雨載作用的情況，屬于建筑自然環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
建筑在使用過(guò)程中受到多種環(huán)境荷載的作用，對(duì)于其性能和耐久性產(chǎn)生重要影 響。其中，雨荷載是建筑立面承受的一種重要的環(huán)境荷載。建筑立面承受的雨荷載可被稱為 風(fēng)致雨載，其最大特征在于雨滴在重力作用下本應(yīng)自然、垂直地下落，但是受到風(fēng)的影響， 會(huì)以某一特定角度入射到建筑立面上。由于風(fēng)和重力的耦合作用，降雨以一定角度淋到建 筑立面上，這一點(diǎn)是研究雨荷載對(duì)建筑影響的關(guān)鍵要素，也是模擬降雨對(duì)建筑影響時(shí)必須 實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。而且，由于雨滴大小不同、風(fēng)速大小不同、風(fēng)流過(guò)建筑時(shí)受到的擾動(dòng)等原因，建 筑立面上承受的風(fēng)致雨載的入射角度變化各異，非常復(fù)雜。目前，國(guó)內(nèi)外在研究降雨對(duì)建筑影響時(shí)通常采用人工模擬降雨裝置，在公開(kāi)的專 利申請(qǐng)中也可見(jiàn)多種不同的模擬降雨裝置。例如，申請(qǐng)?zhí)枮?00510086874. 4的國(guó)家發(fā)明專 利“人工模擬降雨噴射裝置”公開(kāi)了一種利于野外實(shí)驗(yàn)使用的人工模擬降雨噴射裝置。申 請(qǐng)?zhí)枮?00910087668. 3的國(guó)家發(fā)明專利“便攜式人工降雨模擬裝置”公開(kāi)了一種降雨強(qiáng)度 易調(diào)節(jié)的的便攜式人工降雨模擬裝置。申請(qǐng)?zhí)枮?00910021960. 5的國(guó)家發(fā)明專利“一種人 工模擬降雨裝置”公開(kāi)了一種應(yīng)用馬氏瓶原理的人工模擬降雨裝置。盡管這些降雨模擬裝 置各具特點(diǎn)，但都無(wú)法有效地模擬風(fēng)致雨載，即無(wú)法準(zhǔn)確地再現(xiàn)雨滴以一定角度入射至建 筑立面的狀況，更不用說(shuō)對(duì)這一入射角度進(jìn)行自動(dòng)控制了。因此，在目前已有的人工模擬降雨裝置中，尚無(wú)能夠?qū)︼L(fēng)致雨載存在特定入射角 并且入射角各不相同這一本質(zhì)特征進(jìn)行精確模擬的裝置，這一技術(shù)的缺失不利于開(kāi)展降雨 對(duì)建筑影響的實(shí)驗(yàn)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提高一種能夠真實(shí)反映建筑立面所受雨荷載的建筑用可自控風(fēng)致雨載模 擬實(shí)驗(yàn)裝置，本發(fā)明還能提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種建筑用可自控風(fēng)致雨載模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括儲(chǔ)水箱、交流電驅(qū)動(dòng)水泵及分水 器，儲(chǔ)水箱的出水口與交流電驅(qū)動(dòng)水泵的進(jìn)口連接，所述模擬實(shí)驗(yàn)裝置還包括噴淋系統(tǒng)框 架，在噴淋系統(tǒng)框架上設(shè)有按陣列分布的噴頭，在每個(gè)噴頭上連接有水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)，且噴頭 與水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電機(jī)輸出軸連接，在每行水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)上分別連接一根橫梁，每根橫梁 與噴淋系統(tǒng)框架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在噴淋系統(tǒng)框架還設(shè)有與橫梁相應(yīng)數(shù)量的垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)，各垂 直旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸分別與各橫梁連接；在交流電驅(qū)動(dòng)水泵與分水器之間設(shè)有電磁流量調(diào) 節(jié)閥，且交流電驅(qū)動(dòng)水泵的出水口與電磁流量調(diào)節(jié)閥的入口連接，電磁流量調(diào)節(jié)閥的出口 與分水器的入水口連接，分水器的各個(gè)出水口分別與各個(gè)噴頭的進(jìn)水口連接。
本發(fā)明解決的主要技術(shù)問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)的主要功能包括1、提供了一套用于實(shí)驗(yàn)室模擬建筑立面承受的風(fēng)致雨載的裝置；2、降雨角度可在兩個(gè)平面里進(jìn)行兩維度的自動(dòng)控制，真實(shí)地模擬了自然條件下雨 滴受風(fēng)的作用以一定角度入射到建筑立面上的情況；3、在一套風(fēng)致雨載模擬裝置上，各行噴頭的噴淋角度可控制，而且同一行上每一 個(gè)噴頭的噴淋角度又可在另一個(gè)垂直平面里進(jìn)行獨(dú)立控制、各不相同，因此能夠在兩個(gè)平 面里進(jìn)行兩維度的自由變化，從而精確地模擬自然界降雨過(guò)程中建筑立面不同位置承受的 風(fēng)致雨載入射角度不同的特點(diǎn)；4、降雨量可進(jìn)行自動(dòng)控制，能夠模擬小雨、中雨、大雨、暴雨等不同等級(jí)的降雨；5、供水管路上設(shè)有可伸縮軟管，能夠自如地調(diào)節(jié)噴淋架與試件之間的距離，確保 噴淋出的降雨以均勻的直線入射至試件表面。本發(fā)明能夠精確、連續(xù)、自動(dòng)地在兩個(gè)平面控制兩維度的噴淋角度變化，從而模擬 降雨在風(fēng)的作用下以特定的強(qiáng)度和角度入射至建筑表面所產(chǎn)生的各種效應(yīng)，具有如下優(yōu)點(diǎn) ·1、本發(fā)明將噴頭設(shè)在水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)上，又通過(guò)橫梁將水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)與垂直旋轉(zhuǎn)電 機(jī)連接起來(lái)，就可以使得每個(gè)噴頭形成在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，隨垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)作用下 的橫梁一起在鉛垂面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，如此一來(lái)，每個(gè)噴頭可以合成為沿任意方向的運(yùn)動(dòng)，從而使每 個(gè)噴頭都可以獨(dú)立地向任意方向噴射水流，所噴射的水流就會(huì)以與建筑立面成任意夾角去 沖刷建筑立面，如此單個(gè)噴頭與其它眾多的噴頭或獨(dú)立或相互配合，模擬出自然界風(fēng)雨交 加的場(chǎng)景，例如本發(fā)明可以使第1列噴頭、第2列噴頭、第3列噴頭、……、第η列噴頭按 時(shí)間先后的順序自左向右轉(zhuǎn)動(dòng)并噴射水流，如此運(yùn)動(dòng)，即可很好地模擬雨水在忽然刮來(lái)的 一陣自左向右的風(fēng)的作用下，先左后右地向右漂移式入射至建筑立面的情況。由此可見(jiàn)，本 發(fā)明能夠形成各個(gè)噴頭個(gè)體的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)以及各個(gè)噴頭個(gè)體相互作用、相互組合所形成的整 體運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)使本發(fā)明真實(shí)地反映了降雨對(duì)建筑立面形成沖刷的自然狀況，從而能夠 真實(shí)反映建筑立面所受雨荷載，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。由于自然界風(fēng)向 的多向性以及隨時(shí)間的多變性，其它簡(jiǎn)單的單向不可變式噴淋系統(tǒng)難以真實(shí)地再現(xiàn)風(fēng)致雨 載對(duì)建筑的作用，而本發(fā)明突破了這一局限，能夠有效地獲得和真實(shí)自然環(huán)境高度吻合的 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而使得通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究風(fēng)致雨載對(duì)建筑的作用成為可能。2、供水管路上的電磁流量閥接受模擬電信號(hào)控制，可自動(dòng)調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度，模擬小 雨、中雨、大雨、暴雨等不同強(qiáng)度的降雨；3、供水管路上安裝有柔性可調(diào)節(jié)軟管，為噴淋系統(tǒng)提供了位置移動(dòng)的可能，能夠 靈活地調(diào)節(jié)其與試件的相對(duì)位置。
四

圖1是本發(fā)明的結(jié)果示意圖；圖2為噴淋系統(tǒng)的正視圖；圖3為含有垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī) 的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為含有水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)的局部放大結(jié)構(gòu)主視圖；圖5為含有水 平旋轉(zhuǎn)電機(jī)的局部放大結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖6為含有水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)的局部放大結(jié)構(gòu)俯視圖。圖 中標(biāo)注出的各組成部分為1-儲(chǔ)水箱
2-儲(chǔ)水箱供水3-儲(chǔ)水箱排水4-噴淋系統(tǒng)供水管路5-交流電驅(qū)動(dòng)水泵6-電磁流量調(diào)節(jié)閥7-電磁流量調(diào)節(jié)閥模擬電信號(hào)接收端子8-柔性可調(diào)節(jié)軟管9-分水器10-噴頭供水軟管11-噴淋系統(tǒng)框架12-垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)13-橫梁旋轉(zhuǎn)電機(jī)模擬電信號(hào)接收端子14-噴頭15-球狀萬(wàn)向輪16-7個(gè)垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)和35個(gè)水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)的信號(hào)接收端子模塊17-試件18-水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)19-焊縫20-噴淋出水21-用于將噴頭固定在水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)上的輔助件。 五具體實(shí)施例方式一種建筑用可自控風(fēng)致雨載模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括儲(chǔ)水箱1、交流電驅(qū)動(dòng)水泵5及 分水器9，儲(chǔ)水箱1的出水口與交流電驅(qū)動(dòng)水泵5的進(jìn)口連接，其特征在于，所述模擬實(shí)驗(yàn) 裝置還包括噴淋系統(tǒng)框架11，在噴淋系統(tǒng)框架11上設(shè)有按陣列分布的噴頭14，在每個(gè)噴頭 14上連接有水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)18，且噴頭14與水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)18的電機(jī)輸出軸連接，在每行水 平旋轉(zhuǎn)電機(jī)18上分別連接一根橫梁13，每根橫梁13與噴淋系統(tǒng)框架11轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在噴淋 系統(tǒng)框架11還設(shè)有與橫梁13相應(yīng)數(shù)量的垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)12，各垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)12的輸出軸分 別與各橫梁13連接；在交流電驅(qū)動(dòng)水泵5與分水器9之間設(shè)有電磁流量調(diào)節(jié)閥6，且交流 電驅(qū)動(dòng)水泵5的出水口與電磁流量調(diào)節(jié)閥6的入口連接，電磁流量調(diào)節(jié)閥6的出口與分水 器9的入水口連接，分水器9的各個(gè)出水口分別與各個(gè)噴頭14的進(jìn)水口連接。下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案作出更為詳細(xì)的描述模擬降雨用水由一個(gè)長(zhǎng)方體形狀的儲(chǔ)水箱提供，該儲(chǔ)水箱共有3個(gè)接口 上方的 接口與自來(lái)水管路相連，提供水源的補(bǔ)給；箱底的一個(gè)接口與下水管路相連，可在長(zhǎng)期不使 用時(shí)將儲(chǔ)水箱里的水排盡；箱底的另一個(gè)接口與供水管路相連，用來(lái)為模擬降雨提供水源。 整個(gè)儲(chǔ)水箱用一個(gè)金屬支架支撐，距地面一定高度，以為下部的管路提供充足的安裝空間。 制作時(shí)，可用不銹鋼材料制成一容積為0. 5立方米的儲(chǔ)水箱，儲(chǔ)水箱上部預(yù)留一直徑為2cm 的圓孔，用以與民用供水系統(tǒng)相連，儲(chǔ)水箱底部預(yù)留兩個(gè)直徑均為4cm的圓孔，其中一個(gè)通過(guò)管道接入下水管道，另一個(gè)與噴淋系統(tǒng)供水管路相連。供水管路由橫截面為圓形的鍍鋅鐵皮管制成，直徑4cm，交接處作密封處理。儲(chǔ)水 箱下安裝約30cm長(zhǎng)垂直管道，通過(guò)一 90度彎管接入供水管路水平部分。進(jìn)入水平部分后， 安裝一以220V交流電為動(dòng)力的水泵，為供水提供驅(qū)動(dòng)力。在水泵下游的管路上，安裝一電 磁流量調(diào)節(jié)閥。該調(diào)節(jié)閥可接受0-10V或4-20mA直流電模擬量控制信號(hào)，OV或4mA對(duì)應(yīng)調(diào) 節(jié)閥全關(guān)閉狀態(tài)，供水管路停止為噴淋系統(tǒng)供水；IOV或20mA對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)啟狀態(tài)，供水 管路以最大流量為噴淋系統(tǒng)供水。供水量按照自然界實(shí)際降雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)，最大供水量對(duì)應(yīng) 暴雨等級(jí)，為200mm/h。電磁流量閥控制端子與中心計(jì)算機(jī)相連，接受計(jì)算機(jī)傳輸?shù)目刂菩?號(hào)，以調(diào)節(jié)供水量，最大調(diào)節(jié)頻率為6次/分鐘。在電磁流量調(diào)節(jié)閥的下游供水管路上安裝一柔性可調(diào)節(jié)軟管，可由PVC塑料或橡 膠制成，該軟管最小壓縮長(zhǎng)度為20cm，最大拉伸長(zhǎng)度可達(dá)lm，用以調(diào)節(jié)噴淋系統(tǒng)與試件的 相對(duì)位置。軟管下游在供水管路的末端安裝一分水器，從中引出若干軟管，用以同噴頭相連。 分水器提供的分水通路數(shù)量與噴頭數(shù)量一致，如按照?qǐng)D1和圖2所示系統(tǒng)制造，則需要35 路分水軟管分別同35個(gè)噴頭相連。噴頭開(kāi)孔直徑為3mm，后部同分水器分出的供水軟管相連，頂部通過(guò)一連接輔助件 與水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定焊接。水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)后部同橫梁固定焊接，每5個(gè)水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)均勻 焊接在橫梁上形成一排5個(gè)噴頭，橫梁末端與一垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)連接，該電機(jī)與噴淋框架固 定焊接。整個(gè)噴淋框架上共有均勻分布的7排5列噴頭共35個(gè)，因此有35個(gè)水平旋轉(zhuǎn)電 機(jī)和7個(gè)垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)，共42個(gè)。這42個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)全部可接受0-10V或4_20mA模擬量電 信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的控制。其中，OV或4mA對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度為0度；IOV或20mA對(duì) 應(yīng)垂直旋轉(zhuǎn)角度為180度。所有的旋轉(zhuǎn)電機(jī)均連接處2個(gè)接線端子以接收控制電信號(hào)，如 此可實(shí)現(xiàn)噴頭在兩個(gè)平面里的兩維度自由轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)兩個(gè)層級(jí)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，即可在兩 個(gè)平面里對(duì)噴頭進(jìn)行兩維度的控制，從而產(chǎn)生以一定角度入射到試件上的水流，模擬復(fù)雜 的風(fēng)致雨載。噴淋系統(tǒng)框架由不銹鋼制成，下部安裝有3個(gè)球形滾輪，以方便移動(dòng)。框架尺寸為 2. 4米寬、3米高，框架由上到下均勻安裝7根圓形截面橫梁，每根橫梁上安裝5個(gè)噴頭及旋 轉(zhuǎn)電機(jī)，構(gòu)成了均勻分布的陣列式噴頭系統(tǒng)，總數(shù)量為35個(gè)。本發(fā)明提出的裝置通過(guò)水泵提供供水壓力；通過(guò)可接受模擬量控制信號(hào)的電磁流 量調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)降雨量的調(diào)節(jié)；通過(guò)將垂直和水平兩個(gè)層級(jí)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭噴淋角度 在兩個(gè)平面里的兩維度控制；通過(guò)柔性可調(diào)節(jié)軟管調(diào)整噴淋系統(tǒng)與試件的相對(duì)位置。電磁 流量調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的均接收由中心計(jì)算機(jī)或自動(dòng)控制器傳來(lái)的控制信號(hào)，控制信號(hào)可 按照真實(shí)自然條件預(yù)先編制進(jìn)控制文件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)致雨載真實(shí)、連續(xù)、精確地模擬。
權(quán)利要求
一種建筑用可自控風(fēng)致雨載模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括儲(chǔ)水箱(1)、交流電驅(qū)動(dòng)水泵(5)及分水器(9)，儲(chǔ)水箱(1)的出水口與交流電驅(qū)動(dòng)水泵(5)的進(jìn)口連接，其特征在于，所述模擬實(shí)驗(yàn)裝置還包括噴淋系統(tǒng)框架(11)，在噴淋系統(tǒng)框架(11)上設(shè)有按陣列分布的噴頭(14)，在每個(gè)噴頭(14)上連接有水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)(18)，且噴頭(14)與水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)(18)的電機(jī)輸出軸連接，在每行水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)(18)上分別連接一根橫梁(13)，每根橫梁(13)與噴淋系統(tǒng)框架(11)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在噴淋系統(tǒng)框架(11)還設(shè)有與橫梁(13)相應(yīng)數(shù)量的垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)(12)，各垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)(12)的輸出軸分別與各橫梁(13)連接；在交流電驅(qū)動(dòng)水泵(5)與分水器(9)之間設(shè)有電磁流量調(diào)節(jié)閥(6)，且交流電驅(qū)動(dòng)水泵(5)的出水口與電磁流量調(diào)節(jié)閥(6)的入口連接，電磁流量調(diào)節(jié)閥(6)的出口與分水器(9)的入水口連接，分水器(9)的各個(gè)出水口分別與各個(gè)噴頭(14)的進(jìn)水口連接。
全文摘要
一種建筑用可自控風(fēng)致雨載模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括儲(chǔ)水箱、交流電驅(qū)動(dòng)水泵及分水器，儲(chǔ)水箱的出水口與交流電驅(qū)動(dòng)水泵的進(jìn)口連接，模擬實(shí)驗(yàn)裝置還包括噴淋系統(tǒng)框架，在噴淋系統(tǒng)框架上設(shè)有按陣列分布的噴頭，在每個(gè)噴頭上連接有水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)且噴頭與水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電機(jī)輸出軸連接，在每行水平旋轉(zhuǎn)電機(jī)上分別連接一根橫梁，每根橫梁與噴淋系統(tǒng)框架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在噴淋系統(tǒng)框架上設(shè)與橫梁數(shù)量對(duì)應(yīng)的垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)，各垂直旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸分別與各橫梁連接；在交流電驅(qū)動(dòng)水泵與分水器之間設(shè)電磁流量調(diào)節(jié)閥且交流電驅(qū)動(dòng)水泵出水口與電磁流量調(diào)節(jié)閥入口連接，電磁流量調(diào)節(jié)閥出口與分水器入水口連接，分水器的各個(gè)出水口分別與各個(gè)噴頭進(jìn)水口連接。
文檔編號(hào)B05B9/04GK101912832SQ20101018183
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者傅秀章, 吳雁, 張宏, 石邢 申請(qǐng)人:東南大學(xué)