本申请提出一种测量风沙冲击荷载的试验系统及方法，属于风沙与构筑物相互作用技术领域，所述系统包括：供风单元用于提供可调节至设定风速的风；供沙单元用于提供可调节至设定沙流量的沙；挡沙单元用于为风和沙提供遮挡表面；压力传感器用于实时测定作用于所述遮挡表面的风压或风沙压力；数据采集单元用于采集并输出压力传感器传递的风压信号或风沙压力信号，风压信号为风荷载的实时测量值，风沙压力信号为风沙荷载的实时测量值。本系统原理直观、结构简单、无重型设备、造价低廉；并且精度高、稳定性好、易于操作、拆卸方便，能够获得在不同风速、不同沙粒径、不同沙粒速度分布和不同风沙流密度作用下的风沙荷载。同风沙流密度作用下的风沙荷载。同风沙流密度作用下的风沙荷载。
【技术实现步骤摘要】
一种测量风沙冲击荷载的试验系统及方法
[0001]本申请属于风沙与构筑物相互作用
，具体涉及一种测量风沙冲击荷载的试验系统及方法。
技术介绍
[0002]在工程防沙措施中，其中最有效的是通过设置沙障或其他防沙工程结构，拦截风沙流的运动，使沙粒在挡沙结构附近堆积，以避免线路遭到沙埋。在风沙地区，挡沙结构等构筑物所承受的荷载主要是风荷载和沙荷载的联合作用，其中沙荷载作用的大小可以用沙粒冲击压来表示。而在传统的工程结构设计计算中，以净风压作为风荷载设计。关于沙粒冲击荷载方面的计算目前国内外研究的较少，其主要原因是以前的研究基于沙漠地区的地质物理环境为基础，风速低，风沙流结构中沙粒垂直分布主要在贴近地面层，对构筑物的影响可以忽略不计。但大风携沙高度可达8米以上，沙荷载就不得不考虑，而且当风速达到一定值时，沙荷载甚至于比风荷载的数值较大。
[0003]而目前涉及到沙荷载的研究，主要集中在计算方面，计算中假设沙粒的速度与风速相同，且其与构筑物的撞击为完全弹性膨胀，膨胀方向为垂直于构筑物表面，反弹速度与撞击速度一致。而在实验测试方面研究较少，主要是因为在风沙作用下，沙粒的冲击压力的测试试验实施较为困难,且缺乏较为成熟的试验设备。
[0004]目前关于风沙研究的实验方法主要是基于风洞试验，而风洞实验设施建设成本和使用成本高昂，主要集中在航天行业方面，在风沙灾害有关的基础建设方面并没有得到广泛的发展，使得目前有关风沙研究的实验方面收到了极大地阻碍。同时，在风洞实验中，需要大量的设计人员和操作人员，使得开机一次效率并不高。
[0005]可见，对于风沙试验而言，如何克服上述技术困难，提供一种可以获得在不同风速、不同沙粒径和不同风沙流密度作用下的风沙冲击荷载测试系统和方法，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
[0006]基于以上技术问题，本申请提出一种测量风沙冲击荷载的试验系统及方法，以获得在不同风速、不同沙粒径、不同沙粒速度分布和不同风沙流密度作用下的风沙荷载。
[0007]第一方面，本申请提出一种测量风沙冲击荷载的试验系统，包括：
[0008]供风单元、供沙单元、挡沙单元、压力传感器和数据采集单元；
[0009]所述供风单元用于提供可调节至设定风速的风；
[0010]所述供沙单元位于与风向一致的方向上，且与所述供风单元距离第一设定值，所述供沙单元用于提供可调节至设定沙流量的沙；
[0011]所述挡沙单元位于与风向一致的方向上，且与所述供风单元距离第二设定值，所述挡沙单元用于为风和沙提供遮挡表面，所述第二设定值大于第一设定值；
[0012]所述压力传感器设置于所述挡沙单元提供的遮挡表面上，用于实时测定作用于所
述遮挡表面的风压或风沙压力；
[0013]所述数据采集单元与所述压力传感器连接，用于采集并输出压力传感器传递的风压信号或风沙压力信号，所述风压信号为风荷载的实时测量值，所述风沙压力信号为风沙荷载的实时测量值。
[0014]所述供风单元包括空气泵，所述空气泵的出口风速能够通过所述空气泵的输出气压进行调节，所述空气泵的输出气压通过施加于所述空气泵的输入电压进行调节。
[0015]所述供沙单元包括：漏斗以及控制阀，所述控制阀安装在漏斗的出口处，所述控制阀用于调节漏斗出口的沙流量。
[0016]所述压力传感器的数量为多个，多个所述压力传感器以等间距设置成压力传感器阵列，所述压力传感器阵列设置于所述挡沙单元的遮挡表面。
[0017]所述测量风沙冲击荷载的试验系统还包括：位移传感器，设置于所述挡沙单元的垂直于地面的侧立面上，用于测量所述挡沙单元的位移，并将位移数据传递到所述数据采集单元。
[0018]所述位移传感器的数量为多个，多个所述位移传感器以等间距设置成位移传感器阵列，所述位移传感器阵列设置于所述挡沙单元的垂直于地面的侧立面上。
[0019]所述测量风沙冲击荷载的试验系统还包括：红外测试仪，设置于与所述挡沙单元距离第三设定值的位置处，用于测量风沙流密度，并将风沙流密度数据传递到所述数据采集单元。
[0020]所述测量风沙冲击荷载的试验系统还包括：粒子图像测试仪，设置于与所述挡沙单元距离第四设定值的位置处，用于测量沙粒的速度分布，并将沙粒的速度分布数据传递到所述数据采集单元。
[0021]第二方面，本申请提出一种风沙试验方法，采用第一方面的所述测量风沙冲击荷载的试验系统实现，包括：
[0022]调节供风单元使其输出设定风速的风；
[0023]调节供沙单元使其输出设定沙流量的沙；
[0024]压力传感器实时测定作用于挡沙单元的遮挡表面的风压或风沙压力；
[0025]采集并输出压力传感器传递的风压信号或风沙压力信号，所述风压信号为风荷载的实时测量值，所述风沙压力信号为风沙荷载的实时测量值。
[0026]所述的测量风沙冲击荷载的试验方法，还包括：测定不同风速作用下的风荷载；测定不同风速、不同沙粒径以及不同风沙流密度下的风沙联合荷载；测定不同风速、不同沙粒径以及不同风沙流密度下的沙荷载；测定不同风速、不同沙粒径以及不同供沙速度下的风沙流密度；测定不同风速、不同沙粒径下的沙速度；测定不同风沙荷载作用下挡沙单元的位移。
[0027]所述测定不同风速、不同沙粒径以及不同风沙流密度下的沙荷载，包括：
[0028]在无沙源供给下，测量不同风速下挡沙单元的风荷载f0；
[0029]在无沙源供给的情况下，测量不同风速下挡沙单元的风荷载f0；
[0030]在有沙源供给的情况下，测量所述风荷载对应的风速下、不同沙粒径以及不同风沙流密度下的挡沙单元的风沙联合荷载f1，则所述测定不同风速、不同沙粒径以及不同风沙流密度下的沙荷载为所述风沙联合荷载与风荷载的差值f
s
＝f1‑
f0。
[0031]有益效果：
[0032]本申请提出一种测量风沙冲击荷载的试验系统及方法，能够测试构筑物受到的风荷载和沙荷载，可以实现在不同风速、不同沙粒径、不同沙粒速度分和不同风沙流密度作用下的风沙荷载的实时测量，该系统测试原理直观、结构简单、无重型设备、造价低廉；并且精度高、稳定性好、易于操作、拆卸方便，对安装测试人员没有很高的技术要求。实现所有试验数据的实时监测和自动采集，不需人工值守读数。
附图说明
[0033]图1为本申请实施例的一种测量风沙冲击荷载的试验系统原理图；
[0034]图2为本申请实施例的一种测量风沙冲击荷载的试验系统详细原理图；
[0035]图3为本申请实施例的一种测量风沙冲击荷载的试验系统的示意图；
[0036]图4为本申请实施例的压力传感器阵列示意图；
[0037]图5为本申请实施例的位移传感器阵列示意图；
[0038]图6为本申请实施例的一种测量风沙冲击荷载的试验方法流程图；
[0039]其中，1—供风单元，2—供沙单元，3—粒子图像测试仪本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种测量风沙冲击荷载的试验系统，其特征在于，包括：供风单元、供沙单元、挡沙单元、压力传感器和数据采集单元；所述供风单元用于提供可调节至设定风速的风；所述供沙单元位于与风向一致的方向上，且与所述供风单元距离第一设定值，所述供沙单元用于提供可调节至设定沙流量的沙；所述挡沙单元位于与风向一致的方向上，且与所述供风单元距离第二设定值，所述挡沙单元用于为风和沙提供遮挡表面，所述第二设定值大于第一设定值；所述压力传感器设置于所述挡沙单元提供的遮挡表面上，用于实时测定作用于所述遮挡表面的风压或风沙压力；所述数据采集单元与所述压力传感器连接，用于采集并输出压力传感器传递的风压信号或风沙压力信号，所述风压信号为风荷载的实时测量值，所述风沙压力信号为风沙荷载的实时测量值。2.根据权利要求1所述的测量风沙冲击荷载的试验系统，其特征在于，所述供风单元包括空气泵，所述空气泵的出口风速能够通过所述空气泵的输出气压进行调节，所述空气泵的输出气压通过施加于所述空气泵的输入电压进行调节。3.根据权利要求1所述的测量风沙冲击荷载的试验系统，其特征在于，所述供沙单元包括：漏斗以及控制阀，所述控制阀安装在漏斗的出口处，所述控制阀用于调节漏斗出口的沙流量。4.根据权利要求1所述的测量风沙冲击荷载的试验系统，其特征在于，所述压力传感器的数量为多个，多个所述压力传感器以等间距设置成压力传感器阵列，所述压力传感器阵列设置于所述挡沙单元的遮挡表面。5.根据权利要求1所述的测量风沙冲击荷载的试验系统，其特征在于，所述测量风沙冲击荷载的试验系统还包括：位移传感器，设置于所述挡沙单元的垂直于地面的侧立面上，用于测量所述挡沙单元的位移，并将位移数据传递到所述数据采集单元。6.根据权利要求5所述的测量风沙冲击荷载的试验系统，其特征在于，所述位移传感器的数量为多个，多个所述位移传感器以等间距设置成位移传感器阵列，所述位移传感器阵列设置于所述挡沙单元的垂直于地面的侧立面上。7.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞俊，王希云，关达，解春明，王春波，张磊，胡学成，
申请(专利权)人：国能甘泉铁路有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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