本发明专利技术公开了一种模拟冰砼碰撞水槽实验装置，包括水槽、水槽内设置混凝土和冰体，所述冰体与牵引索连接，牵引索与竖杆连接，竖杆固定安装在滑轮的连板上，滑轮位于滑槽内，连板与牵引杆固定连接，牵引杆与步进电机啮合并依次与步进电机驱动器和脉冲发射器电源连接构成传动装置；水槽内设置一混凝土板，混凝土板布置3*2＝6组应变片依次与动态应变测试系统和计算机通过千兆网线相连；与应变片同一水平位置的水槽两侧安装激光测速发射器与激光测速显示器相连；传动装置运动拖带具有滑轮的连板运动，带动冰体撞向混凝土板，应变片采集碰撞数据，激光测速发射器采集冰砼碰撞瞬间的速度数据。本发明专利技术一种冰砼水槽碰撞实验装置，能够开展不同冰材料属性、冰体质量、冰体速度的结构试验，较好反应真实状态下冰砼撞击情况，成本低、可操作性强。可操作性强。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟冰砼碰撞水槽实验装置及实验方法
[0001]本专利技术涉及冰砼碰撞实验装置及实验方法，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
‑
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单独测试，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，本专利技术提供一种冰砼碰撞实验装置 和实验方法，能够实现多种冰材料力学属性、冰体质量、冰体速度的自动化碰撞 响应验证，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，本专利技术提供的一种模拟冰砼碰撞水槽实 验装置包括水槽、水槽内设置混凝土和冰体。
[0006]所述冰体与牵引索9连接，牵引索9与竖杆14连接，竖杆14固定安装在 滑轮的连板15上，滑轮位于滑道13内，连板15与牵引杆11固定连接，牵引杆 11与步进电机1啮合并依次与步进电机驱动器2和脉冲发射器4电源3连接构 成传动装置；
[0007]水槽内设置一混凝土板，混凝土板布置3*2＝6组应变片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；与应变片7同一水平位置的水槽两侧 安装激光测速发射器10与激光测速显示器相连；
[0008]传动装置运动拖带具有滑轮的连板15运动，带动冰体撞向混凝土板，应 变片7采集碰撞数据，激光测速发射器10采集冰砼碰撞瞬间的速度数据。
[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，所述冰体可最多设置三组。
[0011]作为优选，所述细绳为尼龙绳，所述冰体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]一种上述的模拟冰砼碰撞水槽实验装置，包括以下步骤：
[0014]1)将3组冰体以选定撞击角度、撞击深度移到撞击位置，冰体处于自由 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采集冰体 速度数据；
[0016]3)更换冰材料属性、冰体质量，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]本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0018]1)与现场冰砼碰撞实验相比，成本低、可操作性强；
[0019]2)冰体属性可基于不同寒区冰材料制作，冰体质量和形状可依据试验要 求制作；
[0020]3)冰体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 于直接牵引冰体流体的影响；
[0021]4)可以通过连板上的竖杆长度进行不同水深下冰体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是本专利技术冰砼碰撞实验装置俯视图；
[0025]图2是本专利技术冰砼碰撞实验装置1
‑
1剖面图；
[0026]图3是本专利技术冰砼碰撞实验装置详图；
[0027]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
[0028]如图1所示，本专利技术的冰砼碰撞实验装置包含拖带装置、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。拖带装置在传动 装置作用下沿滑道带动冰块运动进行碰撞试验。
[0029]在本专利技术中，导向装置包括滑道13、竖杆14、滑轮，在传动作用下沿滑 道运动。
[0030]在本专利技术中，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；另一部分采集冰体碰撞瞬间速度，通过激光 测速发射器采集，最后两部分数据进行处理。
[0031]所述冰砼碰撞具体实验步骤：
[0032]1)将3组冰体以选定撞击角度、撞击深度移到撞击位置，冰体处于自由 漂浮状态；
[0033]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采集冰体 速度数据；
[0034]3)更换冰材料属性、冰体质量，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。
[0035]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：
[0036](1)驱动设备：本专利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。
[0037](2)传动装置：牵引杆11与步进电机1啮合并依次与步进电机驱动器2 和脉冲发射器4电源连接构成传动装置。
[0038](3)拖动装置：牵引杆11拖拽连板15以指定速度水平运动，牵引杆11 与拖拽板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及实验方法，其特征在于：包括水槽、水槽内设置混凝土板和冰，所述冰体与牵引索10连接，牵引索10与竖杆14连接，竖杆14固定安装在滑轮的连板15上，滑轮位于滑道13内，连板15与牵引杆11固定连接，牵引杆11与步进电机1啮合并依次与步进电机驱动器2和脉冲发射器4电源连接构成传动装置；水槽内设置一混凝土板，混凝土板布置3*2＝6组应变片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；与应变片7同一水平位置的水槽两侧安装激光测速发射器10与激光测速显示器相连；传动装置运动拖带具有滑轮的连板15运动，带动冰体撞向混凝土板，应变片7采集碰撞数据，激光测速发射器10采集冰砼碰撞瞬间的速度数据。2.根据权利要求1所述的冰砼碰撞实验装置，其特征在于：所述连板15、牵引杆11均为方形钢管，滑轮为塑性材料...
【专利技术属性】
技术研发人员：贡力，靳春玲，李义强，苏旸，贾治元，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：
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