[发明专利]涌潮作用于圆柱桩的最大压强及其垂向分布计算的专用组件

说明书

本发明涉及流体力学领域。目的是提供一种用于计算涌潮作用于圆柱桩的最大压强及其垂向分布的专用组件；该组件利用水文采集装置或涌潮计算模型较易获取的潮前水深、潮前流速、涌潮高度等基本参数，通过计算机可计算得涌潮作用于圆柱桩上的最大压强和垂线上各测点的最大压强，能较好的反映涌潮最大压强的垂向分布特征。技术方案是：涌潮作用于圆柱桩的最大压强及其垂向分布计算的专用组件，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输出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图表的形式输出。

技术领域

本发明涉及流体力学领域，尤其涉及涌潮作用于圆柱桩的最大压强及其垂向分布(即垂线方向分布)的计算方法及其专用组件。

背景技术

世界上的许多强潮河口都存在涌潮现象，如巴西亚马逊河、英国的塞文河、印度的胡格里河等。钱塘江涌潮在各河口中最为典型，是极具特色的旅游资源和自然奇观。钱塘江涌潮形成后，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。

涌潮是一种水位、流速急剧变化的涨潮潮波前锋线，蕴藏着巨大的能量，对涉水建筑物冲击破坏严重。1953年海宁盐官塘顶一头重1.5吨的“镇海铁牛”被涌潮掀起，冲离原地10余米；1988年8月，海宁十堡41号丁坝坝根部位混凝土浇砌石块的坝面，被过坝涌潮掀起一大块，重约30吨，抛离原地七八米，竖靠在石塘边；钱江四桥施工过程中搭设的栈桥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。涌潮是这类构筑物的重要荷载，目前，通常采用智能数字压力传感器等设备获取涌潮的压强数据。由于该方法涉及仪器设备的安装定位、率定矫正、观测数据跳点的处理等程序，费时费力，而且涌潮作用时间很短，对观测的采样频率、数据合理性均有严格的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于计算涌潮作用于圆柱桩的最大压强及其垂向分布的专用组件；该组件利用水文采集装置或涌潮计算模型较易获取的潮前水深、潮前流速、涌潮高度等基本参数，通过计算机可计算得涌潮作用于圆柱桩上的最大压强和垂线上各测点的最大压强，能较好的反映涌潮最大压强的垂向分布特征。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

涌潮作用于圆柱桩的最大压强及其垂向分布计算的专用组件，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输出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图表的形式输出。

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。

所述处理包括如下步骤：

步骤一、计算涌潮传播速度

将水文采集装置或涌潮计算模型获取的相关数据，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；