一種金屬吊頂系統強度的檢測設備及檢測方法
2023-10-06 19:46:34 5
專利名稱：一種金屬吊頂系統強度的檢測設備及檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬吊頂系統強度的檢測方法及檢測設備，尤其涉及一種在靜壓載荷和風壓動態載荷下金屬吊頂系統強度的檢測方法及檢測設備。
背景技術：
目前，在國內外標準中對金屬吊頂系統強度的檢測通常是在安裝好的金屬吊頂上加載一塊1m見方的剛性平板，然後在上面均布加載160N的砝碼，使金屬吊頂受到均布的160N/m2的載荷，利用百分尺測量其彈性形變，然後撤去載荷，60s後的殘餘形變作為塑性形變。這種方法距離模擬真實環境和實際應用相差甚遠，它只能反映材料在靜壓載荷下的變形破壞形式，而且即使是靜壓載荷，也很難做到均布載荷。
在實際環境中除了普通室內開、關門所產生的風速外，地鐵站、機場、F1賽車場、樓房的走廊等都會因各自原因受到較大速度的風的載荷，因此，必須證明金屬吊頂風載下系統強度的可靠性，從而為不同使用場合選擇合適的金屬吊頂提供依據，但目前國內外整個行業還沒有開展此方面的實驗。由上述分析可知，金屬吊頂在使用過程中並非受到的是重物從上往下的壓力，而是當環境有平行與金屬吊頂平面的風速產生時，會在此平面下形成一定的負壓，同時，風速較大時也會使整個系統產生振動，從而導致其產生形變甚至被破壞。因此，對於金屬吊頂而言，一個重要的強度指標就是該系統在環境中受到不同方向和速度的風載荷時的形變及是否被破壞，而如何模擬金屬吊頂服役期間的實際環境，並對此環境下其強度進行檢測和表徵，是對金屬吊頂強度和系統穩定性評價的技術關鍵。
發明內容
本發明的目的是提供一種金屬吊頂系統強度的檢測方法，尤其是一種在靜壓載荷和風壓動態載荷下金屬吊頂系統強度的檢測方法，該方法通過一種金屬吊頂系統強度的檢測設備實現。
本發明提供了一種在靜壓載荷和風壓動態載荷下金屬吊頂系統強度的檢測設備，該設備由一試樣車、一工作系統、一操作控制系統三部分組成；所述試樣車包含一支架、懸吊於所述支架上的多根吊杆、以及固定在支架下部的四個滑輪；所述工作系統，為檢測設備的執行部件，至少包括一外殼、一與所述外殼結合的風載模擬系統、和位移傳感器，所述外殼上部有一與檢測試樣結合的測試口，所述位移傳感器設於檢測試樣上；所述操作控制系統包含一控制臺，還包含與控制臺連接的變頻器，所述變頻器與風載模擬系統電連接。
以上所述檢測設備，所述風載模擬系統至少包含一抽風機和一壓力傳感器，該抽風機設在外殼外，抽風機的風口伸入外殼並保持接口的密封；所述變頻器為抽風機變頻器，與所述抽風機電連接；所述壓力傳感器設於密封系統內，通過外殼開孔插入，保持插入處孔隙的密封，位置在抽風口的遠端。
以上所述的檢測設備，所述測試口的邊緣處設有彈性密封件。
所述的檢測設備，所述風載模擬系統至少包含一軸流風機和一風速傳感器，該軸流風機設在外殼內；所述外殼右側上、下部分別開有一進風口與一出風口；所述變頻器為軸流風機變頻器，與所述軸流風機電連接；所述風速傳感器設於測試口的正下方。
以上所述的檢測設備，所述進風口為一狹長的橫向口，所述出風口為圓形。
以上所述的檢測設備，所述外殼的進風口處設一進風口擋板，出風口處設一出風口擋板；所述外殼外另設有一壓縮空氣泵與兩電磁閥，壓縮空氣泵連動兩電磁閥分別控制進風口檔板和出風口檔板。
以上所述的檢測設備，所述支架分上下兩部分，上部分為安裝架，該安裝架滑設於下部分支架上，一調節手輪螺設於安裝架上，用於懸吊試樣的多根吊杆裝設在安裝架上。
以上所述的檢測設備，所述位移傳感器為多個，分布設於試樣樣板的多個測量點處。
本發明檢測方法按加載方式分靜載測試和動載測試兩種。
一種金屬吊頂系統強度的檢測方法，對被測試樣進行靜壓載荷檢測，具體步驟如下(1)安裝調試系統將試樣安裝在龍骨上，將龍骨安裝在試樣車的安裝架上，推動試樣車使試樣位於檢測設備的工作系統測試口上部，固定試樣車；利用安裝架的手輪將試樣下降，使試樣與測試口的彈性密封件相貼，確保在工作系統中形成一由外殼、試樣樣板組成的一封閉系統，並確保受測系統沒有形變；安裝傳感器在試樣上多點分別安裝多個位移傳感器；預加載荷通過抽風機對檢測設備系統先預加載荷，消除系統安裝時產生的間隙，並穩定系統；(2)加載靜風壓開啟抽風機，使上述封閉系統內形成負壓，則樣板將受到大氣向下的均布載荷；調節抽風機轉速控制封閉系統內真空度的大小，使樣板受到一定均面靜壓載荷。
(3)記錄彈性形變量當載荷達到一設定最低壓力值後，維持60秒，操作控制系統記錄各位移傳感器表徵的變形量，取其中最大值為最大彈性形變量；(4)卸載記錄塑性形變量操作控制系統控制關閉抽風機，卸載60秒之後記錄各位移傳感器所表徵的殘餘變形量，該值為塑性形變量；(5)階梯狀加載操作控制系統通過抽風機變頻器調整抽風機轉速以增加加載量，重複步驟(2)至(4)進行階梯狀加載，直至一設定最大壓力值，記錄各不同載荷下系統的最大彈形變量和最大塑性形變量；(6)得到檢測結果依據被測樣品的質量標準，將步驟(5)測定數值與質量標準進行比對得到檢測結果。
還有一種金屬吊頂系統強度的檢測方法，是對被測試樣進行動載檢測，具體步驟如下
(1)安裝調試受測金屬吊架系統將試樣安裝在龍骨上，將龍骨安裝在檢測設備的試樣車的安裝架上，推動試樣車使試樣位於檢測設備的工作系統測試口上部，固定試樣車；利用安裝架的手輪將試樣下降，使試樣與測試口相距1～2cm；通過壓縮空氣泵和電磁閥打開外殼上的進風口擋板和出風口擋板，以確保在工作系統中形成空氣對流環境；安裝傳感器在試樣上分別安裝多個位移傳感器；(2)加載動風壓開啟軸流風機形成空氣從進風口到出風口的流動，通過軸流風機變頻器調節軸流風機的轉速，在試樣下方產生與其平行的風速，由風速傳感器表徵風速大小；(3)記錄彈性形變量當風速達到一設定最小值時，操作控制系統記錄各位移傳感器表徵的形變量，取所測得數值中的最大值為最大彈性變形變值；(4)卸載記錄塑性形變量操作控制系統控制關閉軸流風機，卸載60秒之後記錄各測量點上位移傳感器所表徵的殘餘形變量，選取最大值為塑性形變量；(5)階梯狀加載操作控制系統通過軸流風機變頻器調節軸流風機的轉速以遞增調節風速，重複步驟(2)至(4)進行階梯狀加載，直至試樣被破壞，通過位移傳感器來確定系統破壞前各風速下最大彈性形變和最大塑性形；(6)得到檢測結果依據被測樣品的質量標準，將步驟(5)測定數值與質量標準進行比對得到檢測結果。
綜上所述，採用上述設計，通過本發明提供的檢測設備與方法通過模擬金屬吊頂服役期間的實際環境，進而實現對金屬吊頂的系統強度進行檢測和表徵，由於該方法能夠真實反映金屬吊頂的實際環境，使檢測手法更加科學與完備，檢測結果更加可信，將作為行業檢測標準推行。
為能更加詳述本發明，列舉較佳實施例以及
如後
圖1為本發明中檢測設備的立體結構2為本發明中檢測設備的平面結構3為本發明中操作控制系統框4為C300條板靜載彈性形變檢測結果圖5為C300條板靜載塑性形變檢測結果圖6為C300條板風載彈性形變檢測結果圖7為C300條板風載塑性形變檢測結果圖8為600×800方板靜載彈性形變檢測結果圖9為600×800方板靜載塑性形變檢測結果圖10為600×800方板風載彈性形變檢測結果圖11為600×800方板風載塑性形變檢測結果具體實施方式
本發明通過模擬金屬吊頂服役期間的實際環境特別是風的載荷，進而實現對金屬吊頂的系統強度進行檢測和表徵。
表1顯示了統計的風速資料。
表1風速資料表
一、檢測設備參照圖1、圖2，可知本發明提供的檢測設備由一試樣車1、一工作系統2、一操作控制系統3三部分組成，試樣車1可滑動至工作系統2上方。圖2中，左側為該檢測設備側視部分，右側為該檢測設備正視部分。
所述試樣車1包括一支架11、一絲槓12、一手輪13、四吊杆14、四滑輪15；支架11分上下兩部分，上部分為安裝架，包括位於四角的圓形支柱111以及四根橫梁16，該安裝架通過圓形支柱111滑設於下部分支架的橫梁112四角處的圓孔113內，孔內有滾珠減小摩擦；為方便上下滑動，絲槓12設於支架11上部(安裝架)的橫梁16上，手輪13螺設於絲槓12其中一根的頂部，兩絲槓12上均安裝有齒輪，兩齒輪通過鏈條相連接，轉動手輪13的時候，通過鏈條和齒輪帶動另一絲槓12以同樣的轉速同時轉動，利用手輪13和絲槓12可以控制支架上部安裝架的升降，安裝架升降範圍為-50～500mm；四吊杆14吊設於支架11上部的兩懸梁上，吊杆14下部固定龍骨17，試樣樣板18安裝於龍骨17上；四個滑輪15設於支架11下部的四角，以使試樣車1滑動到工作系統2的測試口211上。
所述工作系統2為設備的執行部件，至少包括一外殼21、一風載模擬系統22和位移傳感器23；位移傳感器23可以設三個(或多個)，安裝於試樣樣板18的三個(或多個)測量點處，位移傳感器23受控制作業系統3監控，並將位移信號傳遞給控制作業系統3，用以測量試樣樣板18形變；外殼21上部有一測試口211，測試口的大小可為1000mm×1000mm；外殼21右側上部開有一狹長的橫向進風口213，下部開有一圓形出風口214，且兩風口上分別設有一進風口擋板215和一出風口擋板216，該測試口211的邊緣處可設有彈性密封條212，以使在靜載測試時，試樣樣板18與測試口211密封相貼，從而使工作系統內部形成一由外殼21、試樣樣板18構成的密閉系統；工作系統2的風載模擬系統22有二套，其中一套用於靜載測試，包括至少一抽風機221(參見圖2正視部分)和一壓力傳感器222，該抽風機221設在外殼21外，抽風機221的風口伸入外殼21並保持接口的密封，用以在靜載測試時使工作系統2內形成一封閉系統的負壓，可通過變頻方法調節抽風機221的轉速來控制封閉系統內真空度，抽風機221產生的最大均風壓強度可為2500Pa；該壓力傳感器222設於密封的工作系統2內，通過外殼21開孔插入，並保持插入處孔隙的密封，位置在抽風機221風口的遠端，壓力傳感器222與作業系統3電連接，用以表徵試樣樣板18受到的靜壓載荷的大小。
風載模擬系統22另一套用於動載測試，其包含一軸流風機223(參見圖2側視部分)和一風速傳感器224，該軸流風機223和風速傳感器224設在外殼21內，風速傳感器224電連接控制作業系統3，開啟軸流風機223形成從進風口213到出風口214的空氣流動，即產生在試樣樣板18下方的平行風速，可以通過變頻方法調節軸流風機223的轉速來控制平行風速，軸流風機223產生最大風速可為33m/s，利用設於外殼21測試口211正下方的風速傳感器224表徵風速大小。
所述外殼21的進風口213和出風口214處分別設有一進風口擋板215和一出風口擋板216，外殼21外設有一壓縮空氣泵225與兩電磁閥226、227，通過壓縮空氣泵225控制兩電磁閥226、227，由電磁閥226、227分別控制進風口擋板215和出風口擋板216的開啟與關閉；靜載測試時關閉二進出風口擋板215、216，以便在工作系統2內部形成一封閉系統，動載測試時開啟二進出風口擋板215、216以便形成由進風口213到出風口214的氣流。
參見圖3，所述操作控制系統3至少包含一計算機控制臺31，二變頻器32、33；控制臺31與電源相連，其設信號接收端、輸出端和顯示終端，通過接收端接收位移傳感器23、風速傳感器224和壓力傳感器222的信號，通過輸出端輸出信號控制二變頻器32、33，並通過顯示終端顯示檢測結果；第一變頻器32電連接抽風機221，通過變頻方法調節抽風機221的轉速，用於靜載測試，第二變頻器33電連接軸流風機223通過變頻方法調節軸流風機223的轉速，用於動載測試，控制臺31分別與所述軸流風機變頻器33和抽風機變頻器32控制軸流風機223和抽風機221的運行。
以下實施例中，操作控制系統3包含了靜載測試和動載測試所需的軸流風機變頻器33和抽風機變頻器32。
二、測試方法實施例一是對某廠家C300規格條板進行靜載、動載測試，具體方法步驟如下(1)安裝調試試樣。
將試樣樣板18安裝在龍骨17上，按照生產廠商提供的安裝方法將龍骨17安裝在檢測設備試樣車1上部的安裝架上，推動試樣車1使試樣樣板18位於檢測設備的工作系統2的測試口211上部，固定安裝架；利用安裝架上的手輪13將試樣板18下降，使試樣樣板18與測試口211的彈性密封條212相貼，並確保受測系統沒有形變；根據吊頂的實際形狀選擇三個測量點，在每個測量點上安裝一個位移傳感器23；通過壓縮空氣泵225和電磁閥226、227關閉進風口擋板215和出風口擋板216，使工作部件內部形成一個封閉系統；開啟抽風機221預加載荷10Pa，消除試樣系統安裝時產生的間隙，並穩定系統。
(2)靜載測試。
調節抽風機221轉速，使試樣樣板18受到100Pa靜風壓載荷。保載60秒，通過計算機控制臺31記錄各測量點上的變形量，取最大形變量為彈性形變量。然後卸載，60秒之後記錄各測量點上位移傳感器23所表徵的殘餘變形量，取最大形變量為塑性形變量。然後再一次加載，重複上述步驟，每次增加40Pa，實現階梯狀加載，直到500Pa；每次加載後記錄各不同載荷下系統的最大彈性形變量和塑性形變量。最後以試樣樣板18在行業制定的標準中要求的靜風壓載荷下(本例中，靜風壓載荷為160Pa)最大彈性形變量是否超過10mm，最大塑性形變量是否超過2.0mm作為檢測結果，以此結果作為判斷試樣產品質量的依據。
(3)動載測試通過壓縮空氣泵225和電磁閥226、227開啟進風口擋板215和出風口擋板216，利用安裝架的手輪13調節試樣樣板18與測試口211的距離，使兩者相距2cm；開啟軸流風機223在試樣樣板18下方產生與其平行的風速，調節軸流風機223的轉速，加載4m/s的風速，60秒後，通過計算機控制臺31記錄各測量點上的變形量，取最大形變量為彈性形變量；卸載，60秒之後再次記錄各測量點上位移傳感器23所表徵的殘餘形變量，選取其中最大值為塑性形變量；然後，按照表1數據不斷增大風速重複上述步驟，獲得不同風速下的彈性及塑性形變量，直至26m/s。最後以試樣樣板18在行業制定的標準中要求的風速載荷下(本例中，風速載荷為16m/s)最大彈性形變量是否超過10mm，最大塑性形變量是否超過2.0mm作為檢測結果，以此結果作為判斷試樣產品質量的依據。
實施例一中的實驗結果參見圖4-圖7。
靜載測試結果顯示該測試樣品C300條板在靜風壓載荷160Pa時的彈性形變量為6mm(參見圖4)，≤10mm，靜風壓載荷160Pa時的塑性形變量為1.4mm(參見圖5)，≤2mm，說明該產品符合舊有同類產品的靜風壓載荷質量標準；動載測試結果該測試樣品C300條板在動風壓載荷16m/s時的彈性形變量為9mm(參見圖6)，≤10mm；動風壓載荷16m/s時的塑性形變量為1.05mm(參見圖7)，≤2mm，說明該產品符合即將頒布的同類產品的靜風壓載荷新的質量標準；實施例二是對某廠家600×800規格方板進行靜載、動載測試。具體方法步驟同實施例一，其試驗結果參見圖8～圖11。
靜載測試結果顯示該測試樣品600×800規格方板在靜風壓載荷160Pa時的彈性形變量為3.5mm(參見圖8)，≤10mm；靜風壓載荷160Pa時的塑性形變量為0.55mm(參見圖9)，≤2mm，說明該產品符合舊有同類產品的靜風壓載荷質量標準；動載測試結果該測試樣品600×800規格方板在動風壓載荷16m/s時的彈性形變量為6.8mm(參見圖10)，≤10mm；動風壓載荷16m/s時的塑性形變量為0.45mm(參見圖11)，≤2mm，說明該產品符合即將頒布的同類產品的靜風壓載荷新的質量標準；實施例三是對某廠家600×600規格方板進行動載破壞測試，具體方法同實施例一，其風壓加載至試樣樣板受破壞為止。
試驗結果顯示該測試樣品600×600規格方板在動風壓載荷16m/s時，已經出現吊頂板從龍骨上脫落的現象，說明該產品不符合的同類產品的靜風壓載荷新的質量標準(即將頒布)。
綜上所述，僅為本發明的較佳實施示例而已，並非用以限定本發明；凡其它未脫離本發明的等效修飾或置換，均應包含於本發明內。
權利要求
1.一種金屬吊頂系統強度的檢測設備，其特徵在於，該設備包含一試樣車、一工作系統和一操作控制系統；所述試樣車包含一支架、懸吊於所述支架上的多根吊杆、以及固定在支架下部的四個滑輪；所述工作系統，為檢測設備的執行部件，至少包括一外殼、一與所述外殼結合的風載模擬系統、和位移傳感器，所述外殼上部有一與檢測試樣結合的測試口，所述位移傳感器設於檢測試樣上；所述操作控制系統包含一控制臺，還包含與控制臺連接的變頻器，所述變頻器與風載模擬系統電連接。
2.如權利要求1所述的檢測設備，其特徵在於，所述風載模擬系統至少包含一抽風機和一壓力傳感器，該抽風機設在外殼外，抽風機的風口伸入外殼並保持接口的密封；所述變頻器為抽風機變頻器，與所述抽風機電連接；所述壓力傳感器設於密封系統內，通過外殼開孔插入，保持插入處孔隙的密封，位置在抽風口的遠端。
3.如權利要求2所述的檢測設備，其特徵在於，所述測試口的邊緣處設有彈性密封件。
4.如權利要求1所述的檢測設備，其特徵在於，所述風載模擬系統至少包含一軸流風機和一風速傳感器，該軸流風機設在外殼內；所述外殼右側上、下部分別開有一進風口與一出風口；所述變頻器為軸流風機變頻器，與所述軸流風機電連接；所述風速傳感器設於測試口的正下方。
5.如權利要求4所述的檢測設備，其特徵在於，所述進風口為一狹長的橫向口，所述出風口為圓形。
6.如權利要求4所述的檢測設備，其特徵在於，所述外殼的進風口處設一進風口擋板，出風口處設一出風口擋板；所述外殼外另設有一壓縮空氣泵與兩電磁閥，壓縮空氣泵連動兩電磁閥分別控制進風口檔板和出風口檔板。
7.如權利要求1所述的檢測設備，其特徵在於，所述支架分上下兩部分，上部分為安裝架，該安裝架滑設於下部分支架上，一調節手輪螺設於安裝架上，用於懸吊試樣的多根吊杆裝設在安裝架上。
8.如權利要求7所述的檢測設備，其特徵在於，所述位移傳感器為多個，分布設於試樣樣板的多個測量點處。
9.一種金屬吊頂系統強度的檢測方法，其特徵在於，通過權利要求2或3或7或8所述檢測設備模擬風載荷，對被測試樣進行靜壓載荷檢測，具體步驟如下(1)安裝調試系統將試樣安裝在龍骨上，將龍骨安裝在試樣車的安裝架上，推動試樣車使試樣位於檢測設備的工作系統測試口上部，固定試樣車；利用安裝架的手輪將試樣下降，使試樣與測試口的彈性密封件相貼，確保在工作系統中形成一由外殼、試樣樣板組成的一封閉系統，並確保受測系統沒有形變；安裝傳感器在試樣上多點分別安裝多個位移傳感器；預加載荷通過抽風機對檢測設備系統先預加載荷，消除系統安裝時產生的間隙，並穩定系統；(2)加載靜風壓開啟抽風機，使上述封閉系統內形成負壓，則樣板將受到大氣向下的均布載荷；調節抽風機轉速控制封閉系統內真空度的大小，使樣板受到一定均面靜壓載荷。(3)記錄彈性形變量當載荷達到一設定最低壓力值後，維持60秒，操作控制系統記錄各位移傳感器表徵的變形量，取其中最大值為最大彈性形變量；(4)卸載記錄塑性形變量操作控制系統控制關閉抽風機，卸載60秒之後記錄各位移傳感器所表徵的殘餘變形量，該值為塑性形變量；(5)階梯狀加載操作控制系統通過抽風機變頻器調整抽風機轉速以增加加載量，重複步驟(2)至(4)進行階梯狀加載，直至一設定最大壓力值，記錄各不同載荷下系統的最大彈形變量和最大塑性形變量；(6)得到檢測結果依據被測樣品的質量標準，將步驟(5)測定數值與質量標準進行比對得到檢測結果。
10.一種金屬吊頂系統強度的檢測方法，其特徵在於，通過權利要求4或5或6或7或8所述檢測設備模擬風載荷，對被測試樣進行動載檢測，具體步驟如下(1)安裝調試受測金屬吊架系統將試樣安裝在龍骨上，將龍骨安裝在檢測設備的試樣車的安裝架上，推動試樣車使試樣位於檢測設備的工作系統測試口上部，固定試樣車；利用安裝架的手輪將試樣下降，使試樣與測試口相距1～2cm；通過壓縮空氣泵和電磁閥打開外殼上的進風口擋板和出風口擋板，以確保在工作系統中形成空氣對流環境；安裝傳感器在試樣上分別安裝多個位移傳感器；(2)加載動風壓開啟軸流風機形成空氣從進風口到出風口的流動，通過軸流風機變頻器調節軸流風機的轉速，在試樣下方產生與其平行的風速，由風速傳感器表徵風速大小；(3)記錄彈性形變量當風速達到一設定最小值時，操作控制系統記錄各位移傳感器表徵的形變量，取所測得數值中的最大值為最大彈性變形變值；(4)卸載記錄塑性形變量操作控制系統控制關閉軸流風機，卸載60秒之後記錄各測量點上位移傳感器所表徵的殘餘形變量，選取最大值為塑性形變量；(5)階梯狀加載操作控制系統通過軸流風機變頻器調節軸流風機的轉速以遞增調節風速，重複步驟(2)至(4)進行階梯狀加載，直至試樣被破壞，通過位移傳感器來確定系統破壞前各風速下最大彈性形變和最大塑性形；(6)得到檢測結果依據被測樣品的質量標準，將步驟(5)測定數值與質量標準進行比對得到檢測結果。
全文摘要
本發明涉及一種金屬吊頂系統強度的檢測方法及檢測設備，尤其涉及一種在靜壓載荷和風壓動態載荷下金屬吊頂系統強度的檢測方法及檢測設備。該檢測設備包含一試樣車、一工作系統和一操作控制系統，通過模擬金屬吊頂服役期間的實際環境，進而實現對金屬吊頂的系統強度進行檢測和表徵，由於該方法能夠真實反映金屬吊頂的實際環境，使檢測手法更加科學與完備，檢測結果更加可信，將作為行業檢測標準推行。
文檔編號G01M99/00GK101021460SQ20071006512
公開日2007年8月22日 申請日期2007年4月4日 優先權日2007年4月4日
發明者蔣荃, 張祖明, 劉婷婷, 徐曉鵬, 劉玉軍, 朱生高, 劉翼 申請人:中國建築材料科學研究總院