一种小尺寸抗风揭试验装置及方法与流程

本发明涉及钢结构建筑领域，尤其是涉及一种小尺寸抗风揭试验装置及方法。

背景技术：

1、在金属围护体系领域，金属屋面的抗风掀性能是其安全性的核心指标之一，然而现有技术在设计与验证环节存在以下难以逾越的障碍：

2、1、承载力无法通过计算精确获取：金属屋面的实际抗风掀极限承载力高度依赖于板型、檩距、连接节点、施工质量等多种非线性因素的耦合作用，目前尚无成熟的理论公式或计算模型能够对其进行准确预测。工程实践中，设计人员往往只能依赖既往试验数据或经验进行估算，可靠性低，存在安全隐患。

3、2、有限元分析门槛高且依赖试验验证：虽然有限元方法可用于模拟抗风揭过程，但其建模复杂，对工程师的专业能力要求极高。更重要的是，任何有限元模型都必须经过真实物理试验的标定与验证才能保证其准确性。而传统全尺寸试验的高昂成本，恰恰成为了获取验证数据的主要瓶颈。

4、基于此，在金属维护体系领域，虚拟测试只能作为辅助手段，最终的试验仍然要通过实物测试，对此，中国专利cn 118896768 a公开了一种金属屋面板动静态压力抗风揭检测装置，然而，其采用全尺寸的试验方式，一来成本高、周期长、不适用于研发，具体如下：

5、1、大尺寸样品的材料、加工、组装费用极高，单次试验成本动辄数万元甚至更高。

6、2、样品超过8米，属于超长构件，运输需特殊车辆及审批，现场安装需大型设备和多人协作，耗时耗力。

7、3、高昂的成本使得在产品研发阶段无法进行高频次、多变量的参数化研究，严重制约了新板型、新节点的快速迭代优化。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述现有技术存在的缺陷而提供一种小尺寸抗风揭试验装置及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种小尺寸抗风揭试验装置，包括：

4、压力箱，该压力箱的顶面设有一个或多个测试区，所述压力箱的顶面位于所述测试区在水平面的投影范围内设有多个导流孔，且所述导流孔为通孔；

5、试验框体，设于压力箱的测试区的上方；

6、至少两根试验檩条，设于试验框体内壁上；

7、试验薄膜，覆盖于试验框体内，且四周被夹紧于试验框体上

8、试验样品板，设置于试验框体上方并与试验檩条固定连接，并与试验框体和压力箱的上表面形成仅通过导流孔与压力箱连通的试验箱体；

9、第一压力传感器和第二压力传感器，分别设于压力箱内和试验箱体内；

10、第一位移传感器和第二位移传感器，分别设于试验样品板的端部和中部；

11、所述压力箱内充入气体，经由导流孔进入试验箱体内的，通过改变充入气体的压力，测量第一压力传感器和第二压力传感器，以及第一位移传感器和第二位移传感器采集的数据，得到不同压力和时间条件下的扰度。

12、所述压力箱包括主机架和金属承压板，所述主机架和金属承压板合围形成压力箱，

13、所述主机架的底面内壁设有多根平行设置的支撑檩条，所述金属承压板与所述支撑檩条固定连接。

14、所述压力箱还包括承压薄膜，所述承压薄膜敷设于压力箱内部上，并紧贴金属承压板设置，所述承压薄膜上对应于导流孔的位置被切开翻折后穿过导流孔并固定于金属承压板的上表面上。

15、所述试验框体的下缘与所述金属承压板的凹陷处形成的空腔内填充有堵头。

16、所述试验檩条设有两根，且相互平行设置。

17、所述试验檩条的上缘与试验框体的上缘齐平。

18、所述第一位移传感器设有两个，且两个第一位移传感器分别设置于第二位移传感器的两侧。

19、两个第一位移传感器的测量数据求平均后作为边缘处的扰动。

20、一种如上述的试验装置的试验方法，包括：

21、步骤s1：获取试样样本的极限抗风承载力计算值wk，并以2wk作为设计值进行全尺寸承压区设计，确定支撑檩条的间距和金属承压板的板型；

22、步骤s2：于主机架内安装支撑檩条，铺设承压薄膜，并使用紧固钉将金属承压板固定于支撑檩条上；

23、步骤s3：在金属承压板上开设导流孔，将承压薄膜上对应于导流孔的位置被切开翻折后穿过导流孔并固定于金属承压板的上表面上；

24、步骤s4：使用结构钉将试验框体固定安装于金属承压板上，并用堵头密封试验框体与金属承压板凹陷处形成的空腔；

25、步骤s5：使用螺栓将试验檩条安装于试验框体两端的内壁上，并确保试验檩条的上缘与试验框体的上缘齐平；

26、步骤s6：在试验框体内铺设试验薄膜；

27、步骤s7：使用结构钉将试验样品板紧密固定在试验檩条上；

28、步骤s8：使用夹具和木方将试验薄膜的边缘完全夹紧在试验框体上，形成密封；

29、步骤s9：在试验样品板的两个支座位置及跨中位置分别设置第一位移传感器和第二位移传感器，用于采集试验过程中不同位置的挠度值；

30、步骤s10：对试验样品板进行静态或动态抗风揭试验，并采集第一压力传感器和第二压力传感器，以及第一位移传感器和第二位移传感器采集的数据，得到不同压力和时间条件下的扰度。

31、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

32、1、通过压力箱、导流孔、试验箱体以及压力与位移传感器的组合，能够模拟风荷载对金属屋面板的作用，并精确测量不同压力和时间条件下的挠度，相比背景技术中提到的传统全尺寸试验，该小尺寸装置显著降低了试验成本、缩短了周期，并便于运输和安装，非常适合在产品研发阶段进行高频次、多变量的参数化研究，加速新板型和新节点的迭代优化。

33、2、通过模块化的设计，使得压力箱的结构更加稳固、易于加工和装配，同时也便于根据试验需求更换或调整承压板。

34、3、支撑檩条平行设置在主机架底面内壁，用于固定金属承压板。这增强了对金属承压板的支撑强度，防止其在承受内部气压时发生过度变形或损坏，确保了试验过程中压力加载的稳定性和装置的安全性。

35、4、敷设于压力箱内部并紧贴金属承压板的承压薄膜，结合其穿过导流孔后固定于上表面的特殊处理，能够有效密封导流孔与金属承压板之间的缝隙，防止了压力箱内的气体从导流孔边缘泄漏，确保压力能够通过导流孔高效、可控地传递至上方试验箱体，提高了压力控制的精度和试验结果的可靠性。

36、5、堵头填充了试验框体下缘与金属承压板凹陷处形成的空腔，这一设计消除了可能存在的空隙，进一步确保了试验箱体与压力箱之间连接区域的密封性，防止压力在此处损失，保证了试验环境中压力条件的纯粹性和一致性。

37、6、模拟了实际屋面中檩条支撑的基本结构，两根平行檩条为试验样品板提供了明确、对称的支座条件，使得试验结果具有代表性，同时简化了试验装置的复杂度，便于安装和测量。

38、7、齐平设计确保了试验样品板在安装固定时，能够平整地架设在试验框体之上，与试验檩条紧密贴合，模拟了实际工程中屋面板与檩条的连接状态，使试验中力的传递路径更接近真实情况，提高了试验的模拟准确性。

39、8、在试验样品板的两个端部分别设置位移传感器，可以同步测量两个支座位置的位移或挠度变化，有助于观察和分析试样在受力时是否发生不均匀沉降或扭转，获取更全面的变形数据。

40、9、通过取平均值的数据处理方法，可以减小单点测量可能存在的偶然误差或局部不均匀性带来的影响，从而得到更能代表试样边缘整体挠度趋势的、更稳定可靠的测量结果，提高了数据处理的科学性和结果的准确性。

41、10、以2倍极限抗风承载力计算值作为设计值，体现了保守设计原则，确保了小尺寸试验装置本身具有足够的强度和安全裕度来承受试验压力，整套方法将装置与试验过程紧密结合，使得利用小尺寸装置获得可靠试验数据成为可能，实现了降低试验门槛、支持快速研发的目的。