[发明专利]以风洞为基础的风-结构-地基耦合同步试验系统

说明书

本发明公开了一种以风洞为基础的风‑结构‑地基耦合同步试验系统，包括结构、模拟地基、加速度传感器、摄像机、激光位移传感器、测力装置以及动态信号分析仪等测试设备，结构包括上部结构和基础结构；该试验系统与大气边界层风洞相结合；上部结构与基础结构固定连接后埋设在模拟地基里；加速度传感器、测力装置、激光位移传感器等设备根据测量需求进行相应布设；动态信号分析仪作为数据采集和分析中心，各测量通道分别与相应测试装置、仪器等连接。本发明提供的耦合同步试验系统，能够同时考虑风荷载、基础结构及模拟地基对结构的影响，而且可以模拟出结构在风荷载作用下的结构动力特性。

技术领域

本发明涉及一种结构在风荷载作用下的结构动力特性测试系统，尤其涉及一种以风洞为基础的风-结构-地基耦合同步试验系统。

背景技术

建立在地面上的高层建筑、高耸结构(如，风力发电机、输电塔、无线通信信号转播塔等)及大跨结构(如，斜拉桥、会展中心、体育馆)等建筑物都属于风敏感结构(简称结构，下同)。在风荷载的作用下，结构会产生振动，由于流固耦合作用以及结构与基础之间的耦合作用，结构动力特性较为复杂，而且可能发生改变，进而影响结构的结构响应以及安全性。故此，正确把握结构的结构动力特性，对保证结构的结构安全性来说十分重要。

多数学者在研究结构的结构动力特性时，并未考虑结构-地基的耦合作用，仅单纯研究了结构与风载之间的相互作用，这种研究未准确模拟结构的实际结构特征、工作环境。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种以风洞为基础的风-结构-地基耦合同步试验系统，该系统通过大气边界层风洞、缩尺结构模型、模拟地基来模拟结构-地基耦合作用下结构的结构动力特性。

本发明的技术方案如下：

一种以风洞为基础的风-结构-地基耦合同步试验系统，包括结构、模拟地基、加速度传感器、摄像机、激光位移传感器、测力装置以及动态信号分析仪，所述结构包括上部结构和基础结构；该试验系统与大气边界层风洞相结合；其中：

所述模拟地基位于大气边界层风洞地面的下沉洞体中；

所述基础结构的下端埋设在模拟地基里，所述基础结构的上端外露在模拟地基外并与所述上部结构的下端沿竖直方向固定连接；

所述测力装置设置在所述结构上，用于测量所述结构在模拟大气边界风荷载作用下各部位产生的应力及弯矩；

所述摄像机设置在所述模拟地基表面，且所述摄像机的镜头对准所述基础结构与模拟地基表面的交界处，用于拍摄所述基础结构在模拟大气边界风荷载作用下产生的侧向位移和/或竖向位移以及模拟地基表面的变形；

所述激光位移传感器的数量两个以上，分别设置在上部结构顶端附近以及模拟地基表面，用于测量上部结构和基础结构在风洞模拟的大气边界风荷载的作用下所产生的顺风向、横风向位移；

所述加速度传感器数量为两个以上，沿竖直方向间隔设置在所述上部结构上，用于测量风荷载作用下上部结构的加速度时程；

所述动态信号分析仪分别与所述激光位移传感器、摄像机、测力装置及加速度传感器连接，用于采集相关数据并进行分析，进而研究结构的结构动力特性。

所述耦合同步试验系统，其中，所述模拟地基装填在一个土桶里，在所述土桶的底部设有排水管道，该土桶置于所述下沉洞体中。

所述耦合同步试验系统，其中，在所述基础结构的表面沿垂直方向设有刻度值，以毫米为最小刻度单位。

所述耦合同步试验系统，其中，所述测力装置为测力天平、测力单元或应变片。

所述耦合同步试验系统，其中，所述激光位移传感器分为上部结构激光位移传感器和基础结构激光位移传感器。