一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置的制作方法

1.本发明涉及桥梁实验装置技术领域，尤其涉及一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置。


背景技术：

2.桥梁在正常使用状态下承受复杂时变的温度作用，桥梁结构的温度场不仅与地理位置、环境气温、雨雪寒潮气候现象、局部风场、太阳辐射与遮挡关系等众多因素相关，同时还会受到辐射、对流与热传导等作用的影响。针对于此，除了在现场进行相关试验，设计发明一种能够在实验室进行模拟实验的装置显得尤为重要。
3.现有研究多为针对桥梁模拟其所受风场和温度场的数值方法，或者是单独考虑风场的实验装置，并没有一种同时考虑风场和温度场组合作用到桥梁的实验装置；
4.在目前现有的技术方案中，如公开号为212363607u的中国发明，提出了一种可以方便安装模型、调节风偏角、对风洞无任何损伤、且对流场干扰小的实验装置，并没有把温度场的作用效果考虑在内；
5.与本技术最接近的公开号为105241773a的中国专利，考虑了日照、风、降雨的联合作用，但只着重强调了控制降雨量大小，而对于日照和风的调节并未做过多叙述。
6.然而，日照和风对于桥梁的影响极大，桥梁受到日光的直接照射，紫外线和周围环境的辐射；由于桥梁横断面各部位受光的条件不同，因此温度也不同，而且是随时变化的。另外各部位受热后又不能自由伸缩，因而引起温度应力；同时在风和温度耦合作用下桥梁结构会产生不同响应；现有技术并未对于日照和风的作用进行组合研究，且现有技术并不能合理考虑自然条件多因素共同作用，以至于实验结果参考性较低；
7.因此，本领域的技术人员致力于开发一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，设计一种能够实现桥梁在自然条件下的风、温度、辐射等因素作用的试验装置，并且可以很好地模拟这些因素在自然条件下的变化情况，以解决上述现有技术的不足。


技术实现要素：

8.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是目前现有公开的技术不能合理考虑自然条件多因素共同作用，以至于实验结果参考性较低的缺陷问题。
9.为实现上述目的，本发明提供了一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，包括桥梁模型、风模拟单元、日照模拟单元、地面反射结构；所述桥梁模型安装于日照模拟单元中；所述地面反射结构连接日照模拟单元；所述风模拟单元位于桥梁模型、日照模拟单元、地面反射结构外侧部；
10.进一步地，所述风模拟单元包括鼓风机；所述鼓风机朝向桥梁模型、日照模拟单元、地面反射结构位置设置；所述鼓风机的风力风速大小、风向角可调，借此模拟出自然环境下风对桥梁的静力作用，动力作用，同时反映出桥梁的风压值变化，作用于不同位置的风力对于桥梁的作用效果；
11.进一步地，所述日照模拟单元包括日照模拟框架、日照模拟灯、日照模拟滑轮；所述日照模拟灯通过日照模拟滑轮安装于日照模拟框架上；
12.进一步地，所述日照模拟框架包括圆形框架、弧形框架；所述弧形框架呈拱形，模拟太阳运动轨迹；所述弧形框架两端通过轨道滑轮连接于圆形框架上，依据轨道滑轮的运动可使弧形框架进行圆周运动；
13.进一步地，所述日照模拟灯包括多种光照强度，可模拟多种直射温度，实现太阳光模拟；
14.进一步地，所述日照模拟滑轮包括三个小滑轮、三角架；所述三角架为三棱柱形状的框架，其三根侧棱上安装三个小滑轮；所述其中两个小滑轮设于弧形框架外侧，并位于同一平面；余下一个小滑轮位于弧形框架内侧，弧形框架从三个小滑轮中间位置穿过并与小滑轮完美贴合，小滑轮外轮廓弧度贴合弧形框架弧度，可实现小滑轮自身转动和带动整体在杆上滑动，所述设于内侧的三角架顶点处延伸一部分直杆，顶部安装日照模拟灯；
15.进一步地，所述轨道滑轮包括三个小滑轮、三角架；所述三角架为三棱柱形状的框架，其三根侧棱上安装三个小滑轮；其中两个小滑轮设于圆形框架上端，并位于同一平面，余下一个小滑轮位于圆形框架下端，圆形框架从三个小滑轮中间位置穿过并与小滑轮完美贴合，实现小滑轮自身转动和带动整体在杆上滑动，所述圆形框架上端两个三角架顶点位置分别延伸两条直杆连接弧形框架底端，使三角架与弧形框架一体成型；
16.进一步地，所述地面反射结构包括铺设的多层反射材料，该反射材料由多种反射率不同的材料组成，用于模拟自然土地的地表粗糙度；
17.进一步地，所述地面反射结构与日照系统框架通过多个竖直的支撑杆连接；所述支撑杆可伸缩；
18.进一步地，所述桥梁模型两端通过安装固定装置沿圆形框架任意直径位置安装固定；
19.进一步地，所述安装固定装置包括但不限于细线、铁丝、绳子；
20.进一步地，还可在日照模拟灯旁设置加热装置，进行日照的温度补充模拟；
21.进一步地，还可在桥梁模型旁设置加湿、除湿装置，进行日照的湿度模拟；
22.优选的，所述鼓风机功率低于100w；
23.优选的，所述圆形框架和弧形框架都是圆杆形结构；
24.优选的，所述小滑轮的滑动面为内凹结构，内凹结构的形状为半圆形，周径与圆形框架和圆形框架周径相同；
25.在本发明具体实施方式中，所述地面反射结构包括一层反射材料；
26.采用以上方案，本发明公开的模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，具有以下优点：
27.(1)本发明的模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，通过设置了日照模拟单元和地面反射结构，模拟了太阳温度场对于桥梁的影响，为设计者提供温度对于桥梁的影响数据，有助于分析解决目前存在的桥梁建设的温度问题；
28.(2)本发明的模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，通过侧边设置的鼓风机，以不同档位来调节风速大小，同时也可以调节风向角，借此模拟出自然环境下风对桥梁的静力作用，动力作用，同时反映出桥梁的风压值变化，作用于不同位置的风力对于桥梁的
作用效果，为设计者在设计桥梁时提供了宝贵的实验数据，降低工程造价；
29.(3)本发明的模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，结构简单，制造成本低、应用性好；
30.综上所述，本发明公开的模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，通过设置了日照模拟单元和地面反射结构，模拟了太阳温度场对于桥梁的影响，为设计者提供温度对于桥梁的影响数据，有助于分析解决目前存在的桥梁建设的温度问题，通过侧边设置的鼓风机，以不同档位来调节风速大小，同时也可以调节风向角，借此模拟出自然环境下风对桥梁的静力作用、动力作用，同时反映出桥梁的风压值变化，作用于不同位置的风力对于桥梁的作用效果，为设计者在设计桥梁时提供了宝贵的实验数据，降低工程造价，结构简单，制造成本低、应用性好。
31.以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
32.图1是本发明一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置结构示意图；
33.图2是本发明一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置的轨道滑轮正面结构示意图；
34.图3是本发明一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置的轨道滑轮侧面结构示意图；
35.图4是本发明一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置的日照模拟灯、日照模拟滑轮、弧形框架正面结构连接示意图；
36.图5是本发明一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置的日照模拟灯、日照模拟滑轮、弧形框架侧面结构连接示意图；
37.图中，1、鼓风机；2、日照模拟灯；3、日照模拟滑轮；4、轨道滑轮；5、圆形框架；6、地面反射结构；7、弧形框架；8、桥梁模型；9、小滑轮；10、三角架。
具体实施方式
38.以下介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
39.如图1～5所示，一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，包括桥梁模型8、风模拟单元、日照模拟单元、地面反射结构6；所述桥梁模型8安装于日照模拟单元中；所述地面反射结构6连接日照模拟单元；所述风模拟单元位于桥梁模型8、日照模拟单元、地面反射结构6外侧部；
40.所述风模拟单元包括鼓风机1；所述鼓风机1朝向桥梁模型8、日照模拟单元、地面反射结构6位置设置；所述鼓风机1的风力风速大小、风向角可调，借此模拟出自然环境下风对桥梁的静力作用，动力作用，同时反映出桥梁的风压值变化，作用于不同位置的风力对于桥梁的作用效果；
41.所述日照模拟单元包括日照模拟框架、日照模拟灯2、日照模拟滑轮3；所述日照模
拟灯2通过日照模拟滑轮3安装于日照模拟框架上；
42.所述日照模拟框架包括圆形框架5、弧形框架7；所述弧形框架7呈拱形，模拟太阳运动轨迹；所述弧形框架7两端通过轨道滑轮4连接于圆形框架5上，依据轨道滑轮4的运动可使弧形框架7进行圆周运动；
43.所述日照模拟灯2包括多种光照强度，可模拟多种直射温度，实现太阳光模拟；
44.所述日照模拟滑轮3包括三个小滑轮9、三角架10；所述三角架10为三棱柱形状的框架，其三根侧棱上安装三个小滑轮9；所述其中两个小滑轮9设于弧形框架7外侧，并位于同一平面；余下一个小滑轮9位于弧形框架7内侧，弧形框架7从三个小滑轮9中间位置穿过并与小滑轮9完美贴合，小滑轮9外轮廓弧度贴合弧形框架7弧度，可实现小滑轮9自身转动和带动整体在杆上滑动，所述设于内侧的三角架10顶点处延伸一部分直杆，顶部安装日照模拟灯2；
45.所述轨道滑轮4包括三个小滑轮9、三角架10；所述三角架10为三棱柱形状的框架，其三根侧棱上安装三个小滑轮9；其中两个小滑轮9设于圆形框架5上端，并位于同一平面，余下一个小滑轮9位于圆形框架5下端，圆形框架5从三个小滑轮9中间位置穿过并与小滑轮9完美贴合，实现小滑轮9自身转动和带动整体在杆上滑动，所述圆形框架5上端两个三角架10顶点位置分别延伸两条直杆连接弧形框架7底端，使三角架10与弧形框架7一体成型；
46.所述地面反射结构6包括铺设的一层反射材料，该反射材料由多种反射率不同的材料组成，用于模拟自然土地的地表粗糙度；
47.所述地面反射结构6与日照系统框架通过多个竖直的支撑杆连接；所述支撑杆可伸缩；
48.所述桥梁模型8两端通过安装固定装置沿圆形框架5任意直径位置安装固定；
49.所述安装固定装置包括但不限于细线、铁丝、绳子；
50.所述鼓风机1功率低于100w；
51.所述圆形框架5和弧形框架7都是圆杆形结构；
52.所述小滑轮9的滑动面为内凹结构，内凹结构的形状为半圆形，周径与圆形框架5和圆形框架5周径相同；
53.实施例1、一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置
54.模拟日照辐射强弱：通过圆形框架和弧形框架确定太阳的轨道，以日照模拟滑轮模拟太阳高度角，即一天中太阳东升西落的自然现象，日照模拟灯进行太阳光强模拟，调节光强以模拟实际情况中云层遮挡造成的辐射强弱变化，小滑轮滑动实现光源的上下移动；
55.模拟太阳时间角：通过日照模拟滑轮、轨道滑轮在实验中配合圆形框架和弧形框架一起，在弧形框架上滑动来调节太阳时间角；
56.模拟地表粗糙度：通过设置不同反射材料，令地面反射结构可模拟不同的地表粗糙度；
57.模拟风环境：桥梁模型固定在圆形框架上，实验时通过调节鼓风机的风力大小、风速大小、鼓风机位置来测试其风环境的变化情况；
58.由实施例1可知，经本发明的一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置进行实验，可进行不同风和日照条件模拟，可进行多影响因素组合模拟，以探究各种情况的风和日照条件下桥梁的建设问题；
59.综上所述，本专利技术方案，通过设置了日照模拟单元和地面反射结构，模拟了太阳温度场对于桥梁的影响，为设计者提供温度对于桥梁的影响数据，有助于分析解决目前存在的桥梁建设的温度问题，通过侧边设置的鼓风机，以不同档位来调节风速大小，同时也可以调节风向角，借此模拟出自然环境下风对桥梁的静力作用、动力作用，同时反映出桥梁的风压值变化，作用于不同位置的风力对于桥梁的作用效果，为设计者在设计桥梁时提供了宝贵的实验数据，降低工程造价，结构简单，制造成本低、应用性好。
60.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，包括桥梁模型(8)、风模拟单元、日照模拟单元、地面反射结构(6)；所述桥梁模型(8)安装于日照模拟单元中；所述地面反射结构(6)连接日照模拟单元；所述风模拟单元位于桥梁模型(8)、日照模拟单元、地面反射结构(6)外侧部；所述风模拟单元包括鼓风机(1)；所述鼓风机(1)朝向桥梁模型(8)、日照模拟单元、地面反射结构(6)位置设置；所述鼓风机(1)的风力风速大小、风向角可调，借此模拟出自然环境下风对桥梁的静力作用，动力作用，同时反映出桥梁的风压值变化，作用于不同位置的风力对于桥梁的作用效果；所述日照模拟单元包括日照模拟框架、日照模拟灯(2)、日照模拟滑轮(3)；所述日照模拟灯(2)通过日照模拟滑轮(3)安装于日照模拟框架上；所述日照模拟框架包括圆形框架(5)、弧形框架(7)；所述弧形框架(7)呈拱形，模拟太阳运动轨迹；所述弧形框架(7)两端通过轨道滑轮(4)连接于圆形框架(5)上，依据轨道滑轮(4)的运动可使弧形框架(7)进行圆周运动；所述日照模拟滑轮(3)包括三个小滑轮(9)、三角架(10)；所述三角架(10)为三棱柱形状的框架，其三根侧棱上安装三个小滑轮(9)；所述其中两个小滑轮(9)设于弧形框架(7)外侧，并位于同一平面；余下一个小滑轮(9)位于弧形框架(7)内侧，弧形框架(7)从三个小滑轮(9)中间位置穿过并与小滑轮(9)完美贴合，小滑轮(9)外轮廓弧度贴合弧形框架(7)弧度，可实现小滑轮(9)自身转动和带动整体在杆上滑动，所述设于内侧的三角架(10)顶点处延伸一部分直杆，顶部安装日照模拟灯(2)；所述轨道滑轮(4)包括三个小滑轮(9)、三角架(10)；所述三角架(10)为三棱柱形状的框架，其三根侧棱上安装三个小滑轮(9)；其中两个小滑轮(9)设于圆形框架(5)上端，并位于同一平面，余下一个小滑轮(9)位于圆形框架(5)下端，圆形框架(5)从三个小滑轮(9)中间位置穿过并与小滑轮(9)完美贴合，实现小滑轮(9)自身转动和带动整体在杆上滑动，所述圆形框架(5)上端两个三角架(10)顶点位置分别延伸两条直杆连接弧形框架(7)底端，使三角架(10)与弧形框架(7)一体成型；所述地面反射结构(6)包括铺设的多层反射材料，该反射材料由多种反射率不同的材料组成，用于模拟自然土地的地表粗糙度；所述地面反射结构(6)与日照系统框架通过多个竖直的支撑杆连接；所述支撑杆可伸缩；所述桥梁模型(8)两端通过安装固定装置沿圆形框架(5)任意直径位置安装固定。2.如权利要求1所述模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，所述日照模拟灯(2)包括多种光照强度，可模拟多种直射温度，实现太阳光模拟。3.如权利要求1所述模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，所述安装固定装置包括但不限于细线、铁丝、绳子。4.如权利要求1所述模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，可在日照模拟灯(2)旁设置加热装置，进行日照的温度补充模拟。5.如权利要求1所述模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，可在桥梁模型(8)旁设置加湿、除湿装置，进行日照的湿度模拟。6.如权利要求1所述模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，
所述鼓风机(1)功率低于100w。7.如权利要求1所述模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，所述圆形框架(5)和弧形框架(7)都是圆杆形结构。8.如权利要求1所述模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，所述小滑轮(9)的滑动面为内凹结构，内凹结构的形状为半圆形，周径与圆形框架(5)和圆形框架(5)周径相同。9.如权利要求1所述模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，其特征在于，所述地面反射结构(6)包括一层反射材料。

技术总结
本发明的模拟桥梁在风和日照共同作用下的实验装置，包括桥梁模型、风模拟单元、日照模拟单元、地面反射结构；本发明通过设置日照模拟单元和地面反射结构，模拟了太阳温度场对于桥梁的影响，为设计者提供温度对于桥梁的影响数据，有助于分析解决目前存在的桥梁建设的温度问题，通过侧边设置的鼓风机，以不同档位来调节风速大小，同时也可以调节风向角，借此模拟出自然环境下风对桥梁的静力作用、动力作用，同时反映出桥梁的风压值变化，作用于不同位置的风力对于桥梁的作用效果，为设计者在设计桥梁时提供了宝贵的实验数据，降低工程造价，结构简单，制造成本低、应用性好。应用性好。应用性好。


技术研发人员：朱金 唐勇 赵杰 孙云 黄旭 杨如刚 张伟勇 吴冬梅 李永乐
受保护的技术使用者：川南城际铁路有限责任公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/1