一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型及制作方法
【專利摘要】一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型及制作方法，它涉及一種千米級超高層建筑氣彈模型及制作方法，具體涉及一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型及制作方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有風洞試驗中無法連續(xù)調(diào)節(jié)模型動力特性的問題。本發(fā)明包括模型底座板、多個剛性平臺板、多個套筒單元和若干個不銹鋼絲桿，多個剛性平臺板由上至下依次設置在模型底座板的上方，底部剛性平臺板與模型底座板之間設有一個依據(jù)結(jié)構(gòu)外形設計的模型外衣板。本發(fā)明屬于土木工程抗風技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說明】
一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種千米級超高層建筑氣彈模型及制作方法，具體涉及一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型及制作方法，屬于土木工程抗風技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]進入二十一世紀，隨著高強輕質(zhì)材料的廣泛應用、新型結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)和先進建造技術(shù)的發(fā)展，各國紛紛提出要建造“世界最高”的超高層建筑。目前世界最高建筑為160層、828m高的哈利法塔，而建造一棟千米級超高層建筑已經(jīng)成為今后國際建筑發(fā)展的一個必然趨勢。一般而言，此類建筑高寬比大、剛度和阻尼比小，屬于風敏感性結(jié)構(gòu)，風荷載往往成為其結(jié)構(gòu)設計的控制性因素。為準確確定其設計風荷載并評價其抗風性能，應對其進行氣彈模型試驗研究，直接測量結(jié)構(gòu)的風致響應。
[0003]然而就目前而言，還沒有提出針對多塔連接體超高層建筑的氣彈模型設計方法，故無法對結(jié)構(gòu)的氣動彈性效應進行深入研究。此外，由于現(xiàn)有的氣彈模型設計方法未能很好地處理芯棒連接問題，導致所設計的模型無法真正實現(xiàn)剛度或頻率的連續(xù)可調(diào)性，致使許多重要的相似比無法得到精確滿足。為準確研究多塔連體超高層建筑的氣彈效應，需要提出一種能夠模擬其氣動外形和結(jié)構(gòu)動力特性的氣彈模型設計方法，且所制作的模型能夠?qū)崿F(xiàn)剛度、阻尼、質(zhì)量等參數(shù)可調(diào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有風洞試驗中無法連續(xù)調(diào)節(jié)模型動力特性的問題，進而提出一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型及制作方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題所采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明所述模型包括模型底座板、多個剛性平臺板、多個套筒單元和若干個不銹鋼絲桿，多個剛性平臺板由上至下依次設置在模型底座板的上方，底部剛性平臺板與模型底座板之間設有一個依據(jù)結(jié)構(gòu)外形設計的模型外衣板，外衣板內(nèi)通過若干根由上至下貫通地不銹鋼絲桿，通過不銹鋼絲桿可將模型的上部結(jié)構(gòu)固定于模型底座板上;除底層外的相鄰兩個剛性平臺板之間均布設有三個所述套筒單元，每個所述套筒單元內(nèi)均有兩根由上至下貫通地不銹鋼絲桿，相鄰兩個剛性平臺板的中部之間設有圓柱形套筒，每個所述圓柱形套筒內(nèi)均有一根由上至下貫通地不銹鋼絲桿。
[0006]本發(fā)明所述制作方法的具體步驟如下:
[0007]步驟一、將七根不銹鋼絲桿的底部與底部螺母焊接在一起，并將底部螺母嵌入模型底座板的第一滑槽內(nèi)；
[0008]步驟二、將模型底座固定于風洞轉(zhuǎn)盤上；
[0009 ]步驟三、擰入7個固定螺母至模型底座板上表面，頂緊，用以固定不銹鋼絲桿；
[0010]步驟四、安裝7個定位螺母，將粘結(jié)有底層外衣板的第一層剛性平臺板放置于定位螺母上，找平；
[0011]步驟五、分別擰入7個固定螺母至剛性平臺板，頂緊；
[0012]步驟六、安裝7個定位螺母，將第二層剛性平臺板及相應上節(jié)套筒放至定位螺母上，找平；
[0013]步驟七、分別擰入7個固定螺母至剛性平臺板，頂緊；
[0014]步驟八、重復步驟六至步驟七直至安裝完第十層剛性平臺板；
[0015]步驟九、初步調(diào)節(jié)質(zhì)量、剛度、阻尼等結(jié)構(gòu)特性，并進行測量；
[0016]步驟十、利用木材彈性，將下節(jié)套筒跨過絲桿，并用螺絲固定于剛性平臺板相應位置處;安裝4個頂層套筒外衣板；
[0017]步驟^^一、測量結(jié)構(gòu)動力特性；
[0018]步驟十二、若模型相似比不滿足要求，則拆除每層下節(jié)套筒及頂層套筒，松開位于剛性平臺板上表面的固定螺母，重復步驟九至步驟十一。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明由于模型內(nèi)部空間由下而上是貫通的，所以可將加速度計置于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而排除了測量儀器對流場的干擾，提高了測量結(jié)果的精度。所述模型底座板是由三層依照實際結(jié)構(gòu)底部外形輪廓制成的木板粘結(jié)而成;底層板為無開孔實心木板；中間層板的中心位置及周邊環(huán)向間距為120°的3個合適位置處分別開有圓孔及3條尺寸適宜的滑槽，圓孔或滑槽應與絲桿底部螺母相匹配，并允許底部螺母在滑槽內(nèi)來回滑動；上層板同樣開有滑槽與圓孔，但滑槽寬度與圓孔直徑略小于底部螺母尺寸，僅允許絲桿來回滑動;通過這種設計使絲桿底部嵌入底座板內(nèi)，不僅保證了絲桿的水平同步滑動，更可使模型在高風速試驗時不被拔出，保證了試驗的安全性。本發(fā)明的剛性平臺板中心開有圓孔，位于中心的絲桿可從孔中穿過，剛性平臺板周邊環(huán)向間距120°的3個合適位置處各開有I條尺寸適宜的滑槽，每條滑槽中穿過2根絲桿，7根絲桿通過各高度處剛性平臺的連接可以達到整體受力、協(xié)同工作的效果，而絲桿可在滑槽中來回滑動以調(diào)節(jié)模型剛度。除頂層剛性平臺以上與第一層剛性平臺以下的外衣板部分外，將每兩層剛性平臺間的套筒等長度的分為上節(jié)套筒和下節(jié)套筒，套筒均為薄木材圍成的空心筒，絲桿可無阻礙穿過;每層上節(jié)套筒包括中間I節(jié)圓形筒及周邊3節(jié)橢圓形筒，為拼裝方便，將每層的上節(jié)套筒用高粘性膠粘接到該層相應位置處的剛性平臺上，從而形成一個拼裝單元，共同拼裝;每層下節(jié)套筒包括中間I節(jié)圓形筒及周邊3節(jié)橢圓形筒，其中，3節(jié)橢圓形筒底部均連有一個開有4個螺絲孔的環(huán)狀尾部，與此相對應的剛性平臺板上則設有開有同樣螺絲孔的環(huán)狀凹陷區(qū)域，拼裝時，螺桿可依次穿過上下兩個孔、將下節(jié)套筒固定于剛性平臺板上，拼裝完成后，剛性平臺表面成為一平整表面。為拼裝方便，下節(jié)套筒的橢圓形筒及其環(huán)狀尾部在靠近中間圓形筒的端部處均開有一條細縫，拼裝時可利用木材自身彈性將細縫擴大，從而使之順利跨過絲桿，然后固定于剛性平臺板上，此舉克服了每次調(diào)節(jié)絲桿位置時都要重新拆裝整個模型的弊端，極大地提高了拼裝效率，這也是本發(fā)明的重要創(chuàng)新之處;上、下兩節(jié)套筒拼裝完成后，中間會留有Imm寬的縫隙，用于避免外衣板對結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻;本發(fā)明的海綿塊塞入橢圓形筒內(nèi)兩根絲桿間的空隙中以達到摩擦耗能、調(diào)節(jié)阻尼的效果。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的主視圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是模型底座板的構(gòu)造詳圖，圖5是本發(fā)明典型層的構(gòu)造詳圖，圖6是套筒單元的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是下節(jié)圓套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型包括模型底座板1、多個剛性平臺板4、多個套筒單元和若干個不銹鋼絲桿3，多個剛性平臺板4由上至下依次設置在模型底座板I的上方，底部剛性平臺板4與模型底座板I之間設有一個依據(jù)結(jié)構(gòu)外形設計的模型外衣板，外衣板內(nèi)通過若干根由上至下貫通地不銹鋼絲桿3，通過絲桿可將模型的上部結(jié)構(gòu)固定于模型底座板上;除底層外的相鄰兩個剛性平臺板4之間均布設有三個所述套筒單元，每個所述套筒單元內(nèi)均有兩根由上至下貫通地不銹鋼絲桿3，此外，相鄰兩個剛性平臺板4的中部之間設有圓柱形套筒，每個所述圓柱形套筒內(nèi)均有一根由上至下貫通地不銹鋼絲桿3，絲桿豎直貫通于模型的各個高度處。
[0022]本實施方式中氣彈模型中間圓形筒內(nèi)裝有I根絲桿3，周邊3個橢圓形筒內(nèi)各裝有2根絲桿3;所有7根絲桿的底部螺母13均嵌入模型底座板I內(nèi)，并依據(jù)結(jié)構(gòu)實際外形通過10個剛性平臺板連成一個整體骨架共同受力、模擬結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度;為使結(jié)構(gòu)的水平剛度和扭轉(zhuǎn)剛度可調(diào)，周邊的6根絲桿3可在剛性平臺板4的滑槽6及模型底座板I的滑槽2中連續(xù)滑動;除頂部外衣板套筒外，其余36個可拆卸下節(jié)套筒11高度均為相鄰兩層剛性平臺板4層間距離的一半減去0.5mm，安裝時，用螺絲等工具固定于相應剛性平臺板4的上部;質(zhì)量塊可粘結(jié)于剛性平臺合適位置處，用以調(diào)整結(jié)構(gòu)質(zhì)量;此外，由于模型內(nèi)部空間由下而上是貫通的，所以布置加速度計時，可將其置于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而排除了風洞試驗過程中測量儀器對外部流場的干擾，提高了測量精度。
[0023]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1至圖6說明本實施方式，本實施方式所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型的每個所述套筒單元包括上節(jié)套筒10、下節(jié)套筒11和環(huán)狀尾部12，每個下節(jié)套筒11的尾部端均設有環(huán)狀尾部12，上節(jié)套筒10、下節(jié)套筒11由上至下依次連接，上節(jié)套筒10的上端與剛性平臺板14的下表面粘接，環(huán)狀尾部12設置在剛性平臺板4上表面的凹陷區(qū)域5內(nèi)，凹陷區(qū)域5內(nèi)開有多個用于與環(huán)狀尾部12連接的螺絲孔18。
[0024]本實施方式的技術(shù)效果是:如此設置，上節(jié)套筒10和下節(jié)套筒11組成了模型的外衣板，下節(jié)套筒11是由薄木材圍成的空心筒，不銹鋼絲桿3可無阻礙穿過;每層的下節(jié)套筒11包括中間一節(jié)圓形筒及周邊三節(jié)橢圓形筒，其中，三節(jié)橢圓形筒底部連有一個環(huán)狀尾部12，二者構(gòu)成一個整體;橢圓形筒及其環(huán)狀尾部12在靠近中間圓形筒的端部處均開有一條細縫17，拼裝時可利用木材自身彈性將細縫17擴大，從而使之順利跨過不銹鋼絲桿3，然后固定于剛性平臺板4上，從而克服了每次調(diào)節(jié)不銹鋼絲桿3位置時都要重新拆裝整個模型的弊端，極大地提高了拼裝效率;下節(jié)套筒環(huán)狀尾部12等間距的開有4個螺絲孔18，孔的位置與剛性平臺板4開孔位置7相對應，螺桿可依次穿過上下兩個孔、將下節(jié)套筒11固定于剛性平臺板4上;上節(jié)套筒10與下節(jié)套筒11拼裝完成后，中間會留有Imm寬的縫隙19，用于避免外衣板對結(jié)構(gòu)整體剛度的貢獻。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0025]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1至圖6說明本實施方式，本實施方式所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型的模型底座板I均布開有三個第一滑槽2及位于中間的一個圓孔20，每個剛性平臺板4延厚度方向貫通開有三個均布設置的第二滑槽6及位于中間的一個圓孔20，7根不銹鋼絲桿通過圓孔及滑槽將模型底座板I與所有剛性平臺板4連為一個整體。每根不銹鋼絲桿3的底部焊有一底部螺母13，通過嵌入式連接將其埋入模型底座板I，不銹鋼絲桿3與模型底座板I的相對位置通過底座板I上表面的固定螺母10確定;其余各個剛性平臺板沿絲桿高度的位置由定位螺母9確定，位置確定后，每層再用7個固定螺母將剛性平臺板固定。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0026]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1至圖6說明本實施方式，本實施方式所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型的上節(jié)套筒10與下節(jié)套筒11之間留有縫隙19，每個下節(jié)套筒11的尾部均設有細縫17。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】五:結(jié)合圖1至圖6說明本實施方式，本實施方式所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型的模型底座板I由上層板14、中層板15、下層板16由上至下依次疊加制成。
[0028]本實施方式的技術(shù)效果是:如此設置，上層板14、中層板15、下層板16均是由木材制作的板體，并且依次粘接而成。其它組成及連接關(guān)系與具體方式一相同。
[0029]【具體實施方式】六:結(jié)合圖1至圖6說明本實施方式，本實施方式所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型的制作方法是通過如下步驟實現(xiàn)的:
[0030]步驟一、將七根不銹鋼絲桿3的底部與底部螺母13焊接在一起，并將底部螺母13嵌入模型底座板I的第一滑槽2內(nèi)；
[0031]步驟二、將模型底座I固定于風洞轉(zhuǎn)盤上；
[0032 ]步驟三、擰入7個固定螺母8至模型底座板上表面，頂緊，用以固定不銹鋼絲桿；
[0033]步驟四、安裝7個定位螺母9，將粘結(jié)有底層外衣板的第一層剛性平臺板4放置于定位螺母9上，找平；
[0034]步驟五、分別擰入7個固定螺母8至剛性平臺板4，頂緊；
[0035]步驟六、安裝7個定位螺母9，將第二層剛性平臺板4及相應上節(jié)套筒10放至定位螺母9上，找平；
[0036]步驟七、分別擰入7個固定螺母8至剛性平臺板4，頂緊；
[0037]步驟八、重復步驟六至步驟七直至安裝完第十層剛性平臺板4;
[0038]步驟九、初步調(diào)節(jié)質(zhì)量、剛度、阻尼等結(jié)構(gòu)特性，并進行測量；
[0039]步驟十、利用木材彈性，將下節(jié)套筒11跨過絲桿，并用螺絲固定于剛性平臺板4相應位置處;安裝4個頂層套筒外衣板；
[0040]步驟^^一、測量結(jié)構(gòu)動力特性；
[0041]步驟十二、若模型相似比不滿足要求，則拆除每層下節(jié)套筒11及頂層套筒，松開位于剛性平臺板4上表面的固定螺母8，重復步驟九至步驟十一。
【主權(quán)項】
1.一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型，其特征在于:所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型包括模型底座板(I)、多個剛性平臺板(4)、多個套筒單元和若干個不銹鋼絲桿(3)，多個剛性平臺板(4)由上至下依次設置在模型底座板(I)的上方，底部剛性平臺板(4)與模型底座板(I)之間設有一個依據(jù)結(jié)構(gòu)外形設計的模型外衣板，外衣板內(nèi)通過若干根由上至下貫通地不銹鋼絲桿(3)，通過絲桿可將模型的上部結(jié)構(gòu)固定于模型底座板上;除底層外的相鄰兩個剛性平臺板(4)之間均布設有三個所述套筒單元，每個所述套筒單元內(nèi)均有兩根由上至下貫通地不銹鋼絲桿(3)，相鄰兩個剛性平臺板(4)的中部之間設有圓柱形套筒，每個所述圓柱形套筒內(nèi)均有一根由上至下貫通地不銹鋼絲桿(3)，絲桿豎直貫通于模型的各個高度處。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型，其特征在于:每個所述套筒單元包括上節(jié)套筒(10)、下節(jié)套筒(11)和環(huán)狀尾部(12)，每個下節(jié)套筒(11)的尾部端均設有環(huán)狀尾部(12)，上節(jié)套筒(10)、下節(jié)套筒(11)由上至下依次連接，上節(jié)套筒(10)的上端與剛性平臺板(14)的下表面粘接，環(huán)狀尾部(12)設置在剛性平臺板(4)上表面的凹陷區(qū)域(5)內(nèi)，凹陷區(qū)域(5)內(nèi)開有多個用于與環(huán)狀尾部(12)連接的螺絲孔(18)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型，其特征在于:模型底座板(I)均布開有三個第一滑槽(2)及位于中間的一個圓孔(20)，每個剛性平臺板(4)延厚度方向貫通開有三個均布設置的第二滑槽(6)及位于中間的一個圓孔(20)，(7)根不銹鋼絲桿通過圓孔及滑槽將模型底座板(I)與所有剛性平臺板(4)連為一個整體。每根不銹鋼絲桿(3)的底部焊有一底部螺母(13)，通過嵌入式連接將其埋入模型底座板(I)，不銹鋼絲桿(3)與模型底座板(I)的相對位置通過底座板(I)上表面的固定螺母(10)確定;其余各個剛性平臺板沿絲桿高度的位置由定位螺母(9)確定，位置確定后，每層再用7個固定螺母將剛性平臺板固定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型，其特征在于:上節(jié)套筒(10)與下節(jié)套筒(11)之間留有縫隙(19)，每個下節(jié)套筒(11)的尾部均設有細縫(17)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型，其特征在于:模型底座板(I)由上層板(14)、中層板(15)、下層板(16)由上至下依次疊加制成。6.一種權(quán)利要求1所述可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型的制作方法，其特征在于:所述一種可調(diào)式千米級超高層建筑氣彈模型的制作方法是通過如下步驟實現(xiàn)的: 步驟一、將七根不銹鋼絲桿(3)的底部與底部螺母(13)焊接在一起，并將底部螺母(13)嵌入模型底座板(I)的第一滑槽(2)內(nèi)； 步驟二、將模型底座(I)固定于風洞轉(zhuǎn)盤上； 步驟三、擰入7個固定螺母(8)至模型底座板上表面，頂緊，用以固定不銹鋼絲桿； 步驟四、安裝7個定位螺母(9)，將粘結(jié)有底層外衣板的第一層剛性平臺板(4)放置于定位螺母(9)上，找平； 步驟五、分別擰入7個固定螺母(8)至剛性平臺板(4)，頂緊； 步驟六、安裝7個定位螺母(9)，將第二層剛性平臺板(4)及相應上節(jié)套筒(10)放至定位螺母(9)上，找平； 步驟七、分別擰入7個固定螺母(8)至剛性平臺板(4)，頂緊； 步驟八、重復步驟六至步驟七直至安裝完第十層剛性平臺板(4); 步驟九、初步調(diào)節(jié)質(zhì)量、剛度、阻尼等結(jié)構(gòu)特性，并進行測量； 步驟十、利用木材彈性，將下節(jié)套筒(11)跨過絲桿，并用螺絲固定于剛性平臺板(4)相應位置處;安裝4個頂層套筒外衣板； 步驟十一、測量結(jié)構(gòu)動力特性； 步驟十二、若模型相似比不滿足要求，則拆除每層下節(jié)套筒(11)及頂層套筒，松開位于剛性平臺板(4)上表面的固定螺母(8)，重復步驟九至步驟十一。
【文檔編號】G01M9/08GK105890868SQ201510907454
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月9日
【發(fā)明人】武岳, 劉昭, 鄭朝榮, 史新東, 蘇寧
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學