[发明专利]桩柱水流作用力测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种桩柱水流作用力测量装置，尤其涉及一种适用于与竖直桩柱斜向相交的水流及非恒定水流作用力的测量装置。

背景技术

当水流流过各种闸墩和桩等绕流物体时，水流将对绕流物体产生作用力，该作用力的大小直接关系到工程设计。由于桩柱水流作用力的力学特性复杂，影响因素繁多，目前还很难从理论上直接计算求解，对该问题的研究大多集中在数值模拟和物理模型试验。在模型试验中，水流作用力的测量尤为重要。

在测量水流作用力时，需要保证测量装置不能干扰水流运动。目前常用的方法主要有两种：一是将桩柱顶端与浮体相连，利用浮体的浮力使桩柱与水流渠底留有小间隙，并在桩柱上安装一传力刚架,将水流作用力传递给测力设备,由测力设备测出该力的大小。该方法中的浮体在非均匀流和非恒定流条件下易出现波动，对试验条件要求较苛刻，且只能测得竖直桩柱水平方向上的作用力而无法测量竖直方向上的作用力。另一种方法是在水流渠底留有一段槽沟,将桩柱安装构件置于槽沟中, 桩柱安装面板与水槽底齐平,将桩柱安装在面板上,水流对桩柱的冲击作用力通过水面以上的传力刚架构件传递给置于整个构架前面或后面的测力设备。该方法需要槽底预留槽沟，面板运行时槽底存在摩擦阻力，且摩擦力的大小随不同流量和水深的变化而变化，摩擦力的影响难以量化。该方法同样不能测量竖直方向作用力。

然而，在与竖直桩柱斜向相交的水流作用下，水流方向与桩柱并非垂直，如在坝面设置分流墩时水流对分流墩的作用力、斜坡河渠中水流对水工建筑物的作用力等，物体受到水平和竖直两个方向大小都不可忽略的作用力，且在上述情况下，水流往往是非恒定流，目前已有的测量方法和装置在斜向水流与非恒定水流条件下的应用会受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种桩柱水流作用力测量装置，该装置尤其可适用于与竖直桩柱斜向相交的水流及非恒定水流作用力的测量。

本发明解决其技术问题所采取的技术手段是：该桩柱水流作用力测量装置包括支架、第一压力传感器、第二压力传感器、拉压传感器、控制单向位移装置、放大器和记录仪；所述第一压力传感器、第二压力传感器和控制单向位移装置分别与支架固定连接；所述拉压传感器与所述控制单向位移装置的下端固定连接；所述第一压力传感器的压头低于第二压力传感器的压头且两者相对；所述第一压力传感器的压头和第二压力传感器的压头均低于拉压传感器的下端连接部；所述放大器的输入端分别与所述第一压力传感器、第二压力传感器、拉压传感器的输出端电连接；所述放大器的输出端与所述记录仪的输入端电连接。

进一步地，本发明所述控制单向位移装置包括U型固定架、固定轴、轴承固定架和轴承；所述固定轴穿过所述轴承,所述固定轴的两端与所述U型固定架固定连接；所述轴承安装于所述轴承固定架内，且所述轴承固定架置于所述U型固定架的U型槽内；所述轴承固定架或U型固定架与支架固定连接。

与现有桩柱水流作用力测量装置相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明装置增加了竖向测力装置，可用于与竖直桩柱斜向相交的水流作用下流向平面内水平方向和竖直方向作用力的测量，且操作简单方便，测量精度高；

（2）本发明装置采用了记录仪记录测量数据，得到桩柱水流作用力的动态变化过程，可用于桩柱在非恒定流下水流作用力的测量；

（3）本装置采用了控制单向位移装置，可控制桩柱在水流作用下的位移，保证测量过程的稳定性；

（4）本发明装置通过调节各传感器的相对位置，可用于不同桩柱的水流作用力测量，适用范围广；

（5）本发明装置加工制作简单，造价低廉，安装方便。

附图说明

图1为本发明装置的使用状态示意图；

图2为本发明的控制单向位移装置的结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为本发明的位置调节装置的结构示意图；

图5为图4的左视图。

图中，1.支架、2.第一压力传感器、3.第二压力传感器、4.拉压传感器、5.控制单向位移装置、6.放大器、7.记录仪、8. U型固定架、9.固定轴、10.轴承固定架、11.轴承、12.水平调节螺杆、13.水平调节滑块、14.螺丝、15.固定支座、16.导线、17.桩柱、18.竖向调节螺杆、19.水流渠底、41.拉压传感器的下端连接部。

具体实施方式：