本实用新型专利技术公布了一种模拟冰砼碰撞水槽实验装置，该装置包括水槽，所述水槽左右设置冰块和混凝土板，所述冰块与牵引索连接，所述牵引索右端固定连接竖杆，所述竖杆安装在滑轮的连板上，所述滑轮位于水槽外壁滑道内，所述连板右端与牵引杆固定，所述牵引杆与步进电机啮合，牵引杆、步进电机驱动器、脉冲发射器与电源构成传动装置，所述混凝土板正面粘贴应变片，应变片、动态应变测试系统与计算机通过网线顺序连接，所述水槽前后两端安装激光测速发射器与激光测速显示器。启动传动装置，牵引索带动冰块撞向混凝土板，应变片采集碰撞数据，激光测速发射器采集碰撞瞬间冰块的速度参数。激光测速发射器采集碰撞瞬间冰块的速度参数。激光测速发射器采集碰撞瞬间冰块的速度参数。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟冰砼碰撞水槽实验装置
[0001]本技术涉及冰砼碰撞实验装置，属于寒冷地区长距离输水工程冬季运行安全领域。
技术介绍
[0002]冰
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砼碰撞是流冰对混凝土建筑物的一种破坏形式，广泛存在于明渠、隧洞等建筑物中。输水明渠为引调水工程的重要组成部分，但是在我国北方寒冷地区，输水渠道遭受到流冰碰撞的破坏，导致水利工程产生裂缝或者表层剥落等现象，严重影响了输水结构安全性与供水效率，影响工程的整体使用寿命，为此，针对长距离输水工程运行安全进行相关的冰砼碰撞实验具有重要意义。
[0003]在当前技术下，冰砼碰撞实验方案主要有以下两种，第一种是现场碰撞观测试验，通过在自然水流中释放浮冰与目标建筑产生撞击效应，再通过压力传感器采集撞击力，对撞击过程进行碰撞力分析，这种实验方法结果误差大，实验条件受限、实验工况单一，并且碰撞过程不受人为控制，无法进行限定速度与角度等工况的碰撞研究。第二种是室内水池碰撞观测实验，通过实验拖车拖动冰块撞击目标物，使用高速摄像头记录冰块速度，再通过应变片采集碰撞应力，这种方式在每次实验中只能对一块冰进行测试，实验效率低，由于冰块被人工拖拽产生自由撞击，无法保证冰块接触特定撞击点，虽然测速精度较高，但是试验效率低，缺乏实用性。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本技术提供一种模拟冰砼碰撞水槽实验装置，采用自动化控制模拟多种材料力学属性、不同质量、不同速度、不同角度下冰块碰撞混凝土结构的实验，较好反应冰与砼撞击的真实情况，为寒区冬季输水安全提供理论与技术支持。
[0005]技术方案：为实现上述技术目的，本技术提供的一种模拟冰砼碰撞水槽实验装置，该装置包括水槽、所述水槽左右两侧分别设置冰块和混凝土板。
[0006]所述冰块与牵引索9连接，所述牵引索9右端固定连接竖杆14，所述竖杆 14顶部与连板15连接，所述连板15两侧连接滑轮，所述滑轮位于水槽外壁滑道13内，所述连板15右端与牵引杆11固定，所述牵引杆11与步进电机1啮合，牵引杆11、步进电机驱动器2、脉冲发射器4与电源3构成传动装置。
[0007]所述混凝土板正面粘贴应变片7依次与动态应变测试系统5和计算机6通过千兆网线相连，所述水槽前后两端安装激光测速发射器10与激光测速显示器。
[0008]启动传动装置，牵引索9带动冰块撞向混凝土板，应变片7采集碰撞数据，激光测速发射器10采集碰撞瞬间冰块的速度参数。
[0009]作为优选，所述连板15、牵引杆11均为方形钢管，滑轮为塑性材料。
[0010]作为优选，所述牵引索9为细绳，所述冰块可最多设置三组。
[0011]作为优选，所述冰块材料属性为真实冰或模拟冰(石蜡)。
[0012]作为优选，所述竖杆14可以为不同长度杆件连接，为方便不同水深情况下的冰砼碰撞试验。
[0013]上述的一种模拟冰砼碰撞水槽实验装置，包括以下步骤：
[0014]1)将3组冰块以选定撞击角度、撞击深度移到撞击位置，冰块处于自由漂浮状态；
[0015]2)连接好所有构件后，启动传动装置，通过传动装置带动拖带装置进行冰砼碰撞试验，采集应变片7碰撞数据，同时启动激光测速发射器10采集冰块速度数据；
[0016]3)更换冰材料属性、冰块质量，在所述步骤1)之后，再次按照实验步骤 2)进行撞击实验，采集多组数据。
[0017]与现有技术相比，本技术的有益效果如下：
[0018]1)与现场冰砼碰撞实验相比，成本低、可操作性强；
[0019]2)冰块属性可基于不同寒区冰材料制作，冰块质量和形状可依据试验要求制作；
[0020]3)冰块通过连板滑轮在滑槽中运动，可以有效降低摩擦力，同时削弱由于直接牵引冰块流体的影响；
[0021]4)可以通过连板上的竖杆长度进行不同水深下冰块对混凝土碰撞的试验，同时确保了冰块牵引力水平；
[0022]5)通过电机拖动可设定不同速度的碰撞场景，激光测速发射器可以验证实验碰撞速度，确保实验真实性；
[0023]6)本装置可同时进行3组不同工况碰撞，实验效率高，实验误差小。
附图说明
[0024]图1是本技术结构俯视图；
[0025]图2是本技术结构1
‑
1剖面图；
[0026]图3是本技术结构详图1；
[0027]图4是本技术结构详图2。
[0028]图中：1：步进电机；2：步进电机驱动器；3：直流电源；4：脉冲发射器； 5：动态应变测试系统；6：计算机；7：应变片/传感器；8：牵引齿轮(啮合器)； 9：牵引索；10：激光测速发射器；11：牵引杆；12：混凝土板；13：滑道(导轨)14：竖杆15：连板。
具体实施方式
[0029]如图1所示，本技术装置包含拖带装置、导向装置、冰块和数据采集装置。拖带装置包括连板15、竖杆14和牵引索9。
[0030]在本技术中，导向装置包括滑道13、竖杆14，冰块在传动作用下沿滑道方向运动。
[0031]在本技术中，数据采集装置主要分为两部分，一部分采集碰撞数据，通过应变片和计算机软件进行采集分析；另一部分采集冰块碰撞瞬间速度，通过激光测速发射器采集，最后对两部分数据进行分析处理。
[0032]所述冰砼碰撞具体实验步骤：
[0033]1)将3组冰块以选定撞击角度、撞击深度移到撞击位置，冰块处于自由漂浮状态；
[0034]2)连接好所有构件后，启动传动装置，通过传动装置带动拖带装置进行冰砼碰撞试验，采集应变片7碰撞数据；同时启动激光测速发射器10采集冰块速度数据；
[0035]3)更换冰材料属性、冰块质量，在所述步骤1)之后，再次按照实验步骤 2)进行撞击实验，采集多组数据。
[0036]下面对图1与图2所示的碰撞测试系统中的各项设备进行详细阐释：
[0037](1)驱动设备：本技术实施例中的驱动部件包括但不限于图1所示的步进电机1、步进电机驱动器2、直流电源3、脉冲发射器4。实验开始，实验室采用220V交流电，需要进行整流过程，接通电路中为脉动直流电。电源3启动之后，步进电机驱动器2转换直流电为数字控制信号，通过脉冲发射器4将电脉冲信号发射传至步进电机1，步进电机1将电脉冲信号转变为角位移，在开环控制元件的驱动下，步进电机1通过皮带轮与牵引齿轮8耦合接触，步进电机1按照设定的速度进行转动，驱动牵引板11等所属部件运动。
[0038](2)传动装置：牵引杆11与步进电机1啮合，并与步进电机驱动器2、脉冲发射器4构成传动装置。
[0039](3)拖带装置：牵引杆11带动连板15以指定速度水平运动，牵引杆11 与连板15之间使用4枚铆钉进行固定，铆钉进行电镀处理，确保无锈蚀现象，连板15两端底部分别安装2枚滑轮，滑轮与滑道13间接触良好，滑轮与滑道 13使用光滑塑形材料，滑轮不产生法线加速度。冰本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟冰砼碰撞水槽实验装置，其特征在于：该装置包括水槽，所述水槽左右设置冰块和混凝土板，所述冰块与牵引索(9)连接，所述牵引索(9)右端固定连接竖杆(14)，所述竖杆(14)顶部与连板(15)连接，所述连板(15)两侧连接滑轮，所述滑轮位于水槽外壁滑道(13)内，所述连板(15)右端与牵引杆(11)固定，所述牵引杆(11)与步进电机(1)啮合，牵引杆(11)、步进电机驱动器(2)、脉冲发射器(4)与电源(3)构成传动装置，所述混凝土板正面粘贴应变片(7)依次与动态应变测试系统(5)和计算机(6)通过千兆网线相连；所述水槽前后两端安装激光测速发射器(10)与激光测速显示器，启动传动装置，牵引索(9)带动...
【专利技术属性】
技术研发人员：贡力，靳春玲，李义强，苏旸，宫雪磊，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：新型
国别省市：
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