[发明专利]用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件

说明书

本发明涉及流体力学领域。技术方案是：用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件，其特征在于：包括至少一计算机、若干水文采集装置或涌潮计算模型；计算机连接水文采集装置或涌潮计算模型，并接收水文采集装置采集的水文数据或涌潮计算模型的涌潮计算数据，然后进行处理，并将处理结果以表格的形式输出。本发明可通过现场或涌潮计算模拟极易获取的潮前水深、潮前流速、涌潮高度等基本参数，结合圆柱型构筑物直径，利用理论推导与室内试验相结合得到的公式计算涌潮冲击圆柱型构筑物时的作用力；经实测数据和试验数据验证，该组件的计算结果能较好的反映出涌潮作用力的特点，误差较小。

技术领域

本发明涉及流体力学领域，尤其涉及圆柱型构筑物上涌潮作用力的计算方法及其专用组件。

背景技术

涌潮是水位骤然上升的涨潮波前峰，是一定条件下潮波非线性畸变的结果。涌潮形成后，水流特性发生极大的改变。涌潮到达前后，水位骤然上涨2～3m，水流急速从落潮状态转为涨潮状态，并迅速达到极值，极值流速达6～10m/s，实测最大测点流速12m/s，比一般水流大一个量级。

涌潮对涉水建筑物的威胁很大，其作用力是桥梁、码头等基础工程设计的控制性因素。1953年海宁盐官海塘塘顶一头重1.5t的“镇海铁牛”被涌潮冲离原地十余米；石塘顶用铁锭浇连的条石，尽管每块重约400kg且呈三五相连，仍受涌潮的顶托翻越1.5m高的土埝，抛至海塘后的农田中；钱江四桥施工过程中搭设的栈桥也曾被汹涌的涌潮破坏。因此，为了确保涉水建筑物的施工与运行安全，工程界始终关心涌潮对涉水建筑物的作用以及结构响应问题。

圆柱桩是桥墩、码头等工程建筑下部结构常见的形状类型，钱塘江河口已建的复兴大桥、江东大桥、嘉绍大桥等桥墩大多采用圆柱桩。影响构筑物上涌潮作用力的因素包括涌潮高度、潮前水深、涌潮坡度、建筑物形状等。至今人们对构筑物上的涌潮作用机理认识不够清楚。目前，涌潮作用力的现场测量尚未有直接的方法，通常是借助智能数字压力传感器测量涌潮压强，继而转换成涌潮作用力，存在着费时费力、精度难以保证等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于计算圆柱型构筑物上涌潮作用力的方法及专用组件。本发明可通过现场或涌潮计算模拟极易获取的潮前水深、潮前流速、涌潮高度等基本参数，结合圆柱型构筑物直径，利用理论推导与室内试验相结合得到的公式计算涌潮冲击圆柱型构筑物时的作用力；经实测数据和试验数据验证，该组件的计算结果能较好的反映出涌潮作用力的特点，误差较小。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件，其特征在于：包括至少一计算机、若干水文采集装置或涌潮计算模型；计算机连接水文采集装置或涌潮计算模型，并接收水文采集装置采集的水文数据或涌潮计算模型的涌潮计算数据，然后进行处理，并将处理结果以表格的形式输出。

优选的，所述水文采集装置包括：水位仪、三维声学多普勒流速仪(ADV)、回声测深仪。

优选的，所述水文数据或涌潮计算数据包括：潮前水深、潮前流速、涌潮高度。

优选的，所述计算机与所述水文采集装置之间的连接方式包括缆线连接或无线电连接或光耦合连接。

所述处理包括以下步骤：

步骤一、计算涌潮传播速度

将获取的水文数据或涌潮计算数据，代入涌潮传播速度理论公式(1)，计算出涌潮传播速度c；

h₁＝h₀+H (2)

式中，V₀为潮前流速，h₀为潮前水深，h₁为涌潮过后的水深，H为涌潮高度、g为重力加速度；