[发明专利]一种实现风、波浪、雨耦合作用的实验系统

说明书

技术领域

本发明属于风洞领域，具体涉及一种实现风、波浪、雨耦合作用的实验系统。

背景技术

波浪、强风、暴雨是海域中的桥梁或石油平台所承受的主要外部载荷。以桥梁为例，风对桥梁造成的危害是多种多样的，桥面风致振动会导致人失去安全感，严重了甚至会中断交通。随着时间的积累，桥梁结构可能会提前疲劳破坏，最严重是造成桥毁人亡的惨剧。现在的桥梁风工程主要研究各种桥梁在不同风场条件下，桥梁结构静力效应与动力响应。然而，对于跨海跨河大跨度桥梁来说，风对桥梁的影响不单纯是风对结构的作用力和结构本身在风作用下的动力响应。由于其柔性较大，设计时需要考虑桥下风浪对风产生的影响作用。因为在某些情况下，该影响作用会影响并改变桥梁周围风场特性，尤其是自然风场在时间和空间上都是典型的随机过程，随时会出现一些突发情况。另外，研究表明，降雨对桥梁结构的影响主要取决于空间雨滴和主梁表面水膜附着引起的风场变化。对于海域中的桥梁或石油平台而言，其常受到波浪、强风、暴雨的侵袭，因而，综合考虑这三个动力因素的耦合作用才能有效、真实地反映和解决工程问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可实现风、波浪、雨耦合作用的实验系统，为进一步研究风、波浪、雨对海域中的桥梁或石油平台的耦合作用提供实验基础。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种实现风、波浪、雨耦合作用的实验系统，包括环形水槽及风洞，所述风洞主要由洞体、驱动系统及测量控制系统组成，所述环形水槽中具有直线实验段，所述洞体套在直线试验段外，所述驱动系统设置在直线实验段中并位于洞体一端，所述洞体顶部处设有淋雨系统，所述环形水槽通过输水管道与洞体顶部的淋雨系统相连通并向淋雨系统供水。

进一步，所述淋雨系统包括固定在洞体顶部的安装排架及铰接在安装排架上的喷淋管组，所述喷淋管组由若干个相互垂直交错布置的喷淋管构成，各喷淋管上均匀分布有喷淋孔，所述喷淋管组与输水管道相连通。

进一步，所述驱动系统由若干个轴流式压缩机组成，各轴流式压缩机矩阵排布。

进一步，所述输水管道上设有水泵。

进一步，所述洞体内部上方处倾斜设有风机。

进一步，所述环形水槽水平设置且分为直线实验段和回流槽段，所述直线实验段和回流槽段间圆弧过渡。

本发明的有益效果在于：该系统从真实性与客观性的角度出发，通过将风洞、淋雨系统及水槽相结合，形成了一个小型的风、雨、浪环境模拟场景，再现了风、波浪及雨的耦合过程，实现海洋/江河工程结构在极端波浪、强风载荷和暴雨作用下的动力响应，并通过响应测试研究揭示了海洋/江河工程结构失稳的物理机制；通过调整风、雨的大小，可实现不同雨量、不同风场及波浪的天气模拟，从而满足了风、雨、浪联合作用下海工结构动力响应的检测要求，解决了现有实验装置的适应局限性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A视图；

图3为驱动系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图所示，本发明中实现风、波浪、雨耦合作用的实验系统，包括环形水槽1及风洞2，所述风洞2主要由洞体21、向洞体内提供风力的驱动系统22、以及对各部分进行监测、控制的测量控制系统组成，所述环形水槽1中具有直线实验段11，所述洞体21套在直线试验段11外，所述驱动系统22设置在直线实验段中并位于洞体一端，所述洞体21顶部处设有淋雨系统3，所述环形水槽1通过输水管道4与洞体顶部的淋雨系统3相连通并向淋雨系统供水。

具体的，驱动系统工作，向洞体21内提供风力，环形水槽中的水通过驱动系统22吹起波浪，淋雨系统3工作，洞体21内实现降雨，位于直线实验段11中的结构模型5能同时受到风、波浪及雨的耦合作用，波浪由风场引起，更加符合跨海桥梁、石油平台等结构的受力情况，能更真实、准确的研究其在台风(强风)作用下、风雨及波浪耦合作用对结构物的影响。值得理解的是，该实验系统还包括测量控制系统，以对模拟的海洋/江河流体、风、雨对结构模型5间的作用结果进行测试。

本实施例中的淋雨系统3包括固定在洞体21顶部的安装排架及铰接在安装排架上的喷淋管组，所述喷淋管组由若干个相互垂直交错布置的喷淋管构成，各喷淋管上均匀分布有喷淋孔，所述喷淋管组与输水管道相连通。