專利名稱：一種樁柱水流作用力測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種樁柱水流作用力測(cè)量裝置，尤其涉及一種適用于與豎直樁柱斜向相交的水流及非恒定水流作用力的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)水流流過(guò)各種閘墩和樁等繞流物體時(shí)，水流將對(duì)繞流物體產(chǎn)生作用力，該作用力的大小直接關(guān)系到工程設(shè)計(jì)。由于樁柱水流作用力的力學(xué)特性復(fù)雜，影響因素繁多，目前還很難從理論上直接計(jì)算求解，對(duì)該問(wèn)題的研究大多集中在數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)。在模型試驗(yàn)中，水流作用力的測(cè)量尤為重要。在測(cè)量水流作用力時(shí)，需要保證測(cè)量裝置不能干擾水流運(yùn)動(dòng)。目前常用的方法主要有兩種一是將樁柱頂端與浮體相連，利用浮體的浮力使樁柱與水流渠底留有小間隙，并在樁柱上安裝一傳力剛架，將水流作用力傳遞給測(cè)力設(shè)備，由測(cè)力設(shè)備測(cè)出該力的大小。 該方法中的浮體在非均勻流和非恒定流條件下易出現(xiàn)波動(dòng)，對(duì)試驗(yàn)條件要求較苛刻，且只能測(cè)得豎直樁柱水平方向上的作用力而無(wú)法測(cè)量豎直方向上的作用力。另一種方法是在水流渠底留有一段槽溝，將樁柱安裝構(gòu)件置于槽溝中，樁柱安裝面板與水槽底齊平，將樁柱安裝在面板上，水流對(duì)樁柱的沖擊作用力通過(guò)水面以上的傳力剛架構(gòu)件傳遞給置于整個(gè)構(gòu)架前面或后面的測(cè)力設(shè)備。該方法需要槽底預(yù)留槽溝，面板運(yùn)行時(shí)槽底存在摩擦阻力，且摩擦力的大小隨不同流量和水深的變化而變化，摩擦力的影響難以量化。該方法同樣不能測(cè)量豎直方向作用力。然而，在與豎直樁柱斜向相交的水流作用下，水流方向與樁柱并非垂直，如在壩面設(shè)置分流墩時(shí)水流對(duì)分流墩的作用力、斜坡河渠中水流對(duì)水工建筑物的作用力等，物體受到水平和豎直兩個(gè)方向大小都不可忽略的作用力，且在上述情況下，水流往往是非恒定流， 目前已有的測(cè)量方法和裝置在斜向水流與非恒定水流條件下的應(yīng)用會(huì)受到限制。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種樁柱水流作用力測(cè)量裝置，該裝置尤其可適用于與豎直樁柱斜向相交的水流及非恒定水流作用力的測(cè)量。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)手段是該樁柱水流作用力測(cè)量裝置包括支架、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、拉壓傳感器、控制單向位移裝置、放大器和記錄儀；所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和控制單向位移裝置分別與支架固定連接；所述拉壓傳感器與所述控制單向位移裝置的下端固定連接；所述第一壓力傳感器的壓頭低于第二壓力傳感器的壓頭且兩者相對(duì)；所述第一壓力傳感器的壓頭和第二壓力傳感器的壓頭均低于拉壓傳感器的下端連接部；所述放大器的輸入端分別與所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、拉壓傳感器的輸出端電連接；所述放大器的輸出端與所述記錄儀的輸入端電連接。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述控制單向位移裝置包括U型固定架、固定軸、軸承固定架和軸承；所述固定軸穿過(guò)所述軸承，所述固定軸的兩端與所述U型固定架固定連接；所述軸承安裝于所述軸承固定架內(nèi)，且所述軸承固定架置于所述U型固定架的U型槽內(nèi)；所述軸承固定架或U型固定架與支架固定連接。與現(xiàn)有樁柱水流作用力測(cè)量裝置相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果(1)本實(shí)用新型裝置增加了豎向測(cè)力裝置，可用于與豎直樁柱斜向相交的水流作用下流向平面內(nèi)水平方向和豎直方向作用力的測(cè)量，且操作簡(jiǎn)單方便，測(cè)量精度高；(2)本實(shí)用新型裝置采用了記錄儀記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，得到樁柱水流作用力的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，可用于樁柱在非恒定流下水流作用力的測(cè)量；(3)本裝置采用了控制單向位移裝置，可控制樁柱在水流作用下的位移，保證測(cè)量過(guò)程的穩(wěn)定性；(4)本實(shí)用新型裝置通過(guò)調(diào)節(jié)各傳感器的相對(duì)位置，可用于不同樁柱的水流作用力測(cè)量，適用范圍廣；(5)本實(shí)用新型裝置加工制作簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，安裝方便。
圖1為本實(shí)用新型裝置的使用狀態(tài)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的控制單向位移裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的左視圖；圖4為本實(shí)用新型的位置調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的左視圖。圖中，1.支架、2.第一壓力傳感器、3.第二壓力傳感器、4.拉壓傳感器、5.控制單向位移裝置、6.放大器、7.記錄儀、8. U型固定架、9.固定軸、10.軸承固定架、11.軸承、 12.水平調(diào)節(jié)螺桿、13.水平調(diào)節(jié)滑塊、14.螺絲、15.固定支座、16.導(dǎo)線、17.樁柱、18.豎向調(diào)節(jié)螺桿、19.水流渠底、41.拉壓傳感器的下端連接部。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型樁柱水流作用力測(cè)量裝置主要包括支架1、第一壓力傳感器2、第二壓力傳感器3、拉壓傳感器4、控制單向位移裝置5、放大器6和記錄儀7。第一壓力傳感器2、第二壓力傳感器3和控制單向位移裝置5分別與支架1固定連接，拉壓傳感器 4的上端與控制單向位移裝置5的下端固定連接。使用本實(shí)用新型裝置時(shí)，將拉壓傳感器4 的下端連接部41與被測(cè)樁柱17固定連接。第一壓力傳感器2和第二壓力傳感器3可選用輪輻式稱重傳感器。在使用本實(shí)用新型裝置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如圖1所示，第一壓力傳感器2處于樁柱17的背流一側(cè)，第二壓力傳感器3則處于樁柱17的迎流一側(cè)。本實(shí)用新型中，由于第一壓力傳感器2的壓頭低于第二壓力傳感器3的壓頭且兩者相對(duì)，第一壓力傳感器2的壓頭和第二壓力傳感器3的壓頭均低于拉壓傳感器4的下端連接部41，使得第一壓力傳感器2的安裝點(diǎn)低于第二壓力傳感器3的安裝點(diǎn)；第一壓力傳感器2和第二壓力傳感器3的傳感器壓頭分別與樁柱17點(diǎn)接觸，允許傳感器與樁柱17的接觸點(diǎn)存在微小相對(duì)位移。拉壓傳感器4拉壓均可使用，它可選用S型拉壓傳感器。控制單向位移裝置5的功能是允許樁柱17在流向平面內(nèi)發(fā)生微小位移而限制其他方向的位移，圖2和圖3為本實(shí)用新型裝置的控制單項(xiàng)位移裝置5的一種結(jié)構(gòu)示意圖，控制單項(xiàng)位移裝置5也可選用滑槽、直線導(dǎo)軌等?？刂茊蜗蛭灰蒲b置5包括U型固定架8、固定軸9、軸承固定架10和軸承11。固定軸9穿過(guò)軸承11，固定軸9的兩端與U型固定架8 固定連接，軸承11安裝于軸承固定架10內(nèi)，軸承固定架10置于U型固定架8的U型槽內(nèi)， 軸承固定架10或U型固定架8與支架1固定連接。放大器6的輸入端分別與第一壓力傳感器2、第二壓力傳感器3、拉壓傳感器4的輸出端電連接，放大器6的輸出端與記錄儀7的輸入端電連接，第一壓力傳感器2、第二壓力傳感器3和拉壓傳感器4的輸出信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線傳輸至放大器6放大后輸入記錄儀7的不同通道而同步顯示各個(gè)傳感器的測(cè)量值。如圖1所示，可在支架1的不同位置安裝位置調(diào)節(jié)裝置，以便針對(duì)不同尺寸的樁柱調(diào)整各個(gè)傳感器之間的相對(duì)位置。如圖1、圖4和圖5所示，位置調(diào)節(jié)裝置由水平調(diào)節(jié)螺桿12、豎向調(diào)節(jié)螺桿18、水平調(diào)節(jié)滑塊13和調(diào)節(jié)螺絲14組成，通過(guò)調(diào)節(jié)水平滑塊13、豎向調(diào)節(jié)螺桿18、水平調(diào)節(jié)螺桿12和調(diào)節(jié)螺絲14，可改變樁柱17的測(cè)量傳感器之間的相對(duì)位置，使第二壓力傳感器3的壓頭、第一壓力傳感器2的壓頭分別與樁柱17的迎流一側(cè)和背流一側(cè)點(diǎn)接觸，并使樁柱17的底部與水流渠底19保留約3mm的間隙。由于樁柱17在流向平面內(nèi)水平方向上只有第一壓力傳感器2和第二壓力傳感器3這兩個(gè)壓力傳感器的作用力約束，不存在樁柱17與水流渠底19之間的摩擦約束，從而保證測(cè)量結(jié)果的精度。本實(shí)用新型裝置工作時(shí)，通過(guò)測(cè)量豎直樁柱17在水流流向平面內(nèi)水平方向上的作用力和豎直方向上的作用力，可得到樁柱17在水平來(lái)流或與樁柱斜向相交的水流作用下的受力大小。第一壓力傳感器2、第二壓力傳感器3和拉壓傳感器4將測(cè)量信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線 16傳輸至放大器6，放大器6將放大后的信號(hào)輸入記錄儀7的不同通道而同步顯示各傳感器的測(cè)量值，記錄儀7記錄的第一壓力傳感器2和第二壓力傳感器3的測(cè)量值之差就是樁柱17受到的流向平面內(nèi)水平方向上的水流作用力，拉壓傳感器4的測(cè)量值就是樁柱17受到的流向平面內(nèi)豎直方向上的水流作用力。因此，本實(shí)用新型裝置不僅可用于樁柱17的水流水平方向作用力測(cè)量，還可用于與豎直樁柱17斜向相交的水流作用力的測(cè)量。本實(shí)用新型裝置工作時(shí)，樁柱17在非恒定流作用下，水流作用力隨時(shí)間變化，記錄儀7每隔Is同步記錄一次各傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，可得到樁柱水流作用力的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。 因此，本實(shí)用新型裝置不僅可用于恒定流下樁柱水流作用力的測(cè)量，還可用于非恒定流下樁柱水流作用力的測(cè)量。綜上，根據(jù)所測(cè)樁柱的尺寸，調(diào)節(jié)水平滑塊13、水平調(diào)節(jié)螺桿12和豎直調(diào)節(jié)螺桿 18及相應(yīng)螺絲14，使第二壓力傳感器3的壓頭、第一壓力傳感器2的壓頭分別與樁柱17迎流一側(cè)和背流一側(cè)點(diǎn)接觸，并使樁柱17底部與水流渠底19保留約3mm間隙。水流繞過(guò)樁柱17等物體時(shí)，第一壓力傳感器2、第二壓力傳感器3和拉壓傳感器4輸出信號(hào)經(jīng)放大器6 放大后輸入記錄儀7的不同通道，記錄儀7所記錄的第一壓力傳感器2和第二壓力傳感器 3的測(cè)量值相減得到樁柱17受到的流向平面內(nèi)水平方向上的水流作用力，記錄儀7記錄的拉壓傳感器4的測(cè)量值為樁柱17受到的流向平面內(nèi)豎直方向上的水流作用力。由此，通過(guò)記錄儀7記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，得到樁柱水流作用力的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，可用于樁柱在非恒定流下水流作用力的測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種樁柱水流作用力測(cè)量裝置，其特征是包括支架(1)、第一壓力傳感器(2)、第二壓力傳感器(3)、拉壓傳感器(4)、控制單向位移裝置(5)、放大器(6)和記錄儀(7)；所述第一壓力傳感器(2)、第二壓力傳感器(3)和控制單向位移裝置(5)分別與支架(1)固定連接； 所述拉壓傳感器(4)與所述控制單向位移裝置(5)的下端固定連接；所述第一壓力傳感器 (2)的壓頭低于第二壓力傳感器(3)的壓頭且兩者相對(duì)；所述第一壓力傳感器(2)的壓頭和第二壓力傳感器(3)的壓頭均低于拉壓傳感器(4)的下端連接部(41)；所述放大器(6)的輸入端分別與所述第一壓力傳感器(2)、第二壓力傳感器(3)、拉壓傳感器(4)的輸出端電連接；所述放大器(6)的輸出端與所述記錄儀(7)的輸入端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樁柱水流作用力測(cè)量裝置，其特征是所述控制單向位移裝置(5)包括U型固定架(8)、固定軸(9)、軸承固定架(10)和軸承(11);所述固定軸(9) 穿過(guò)所述軸承(11)，所述固定軸(9)的兩端與所述U型固定架(8)固定連接；所述軸承(11) 安裝于所述軸承固定架(10)內(nèi)，且所述軸承固定架(10)置于所述U型固定架(8)的U型槽內(nèi)；所述軸承固定架(10)或U型固定架(8)與支架(1)固定連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種樁柱水流作用力測(cè)量裝置,包括支架、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、拉壓傳感器、控制單向位移裝置、放大器和記錄儀等。所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和控制單向位移裝置分別與支架固定連接；所述拉壓傳感器與所述控制單向位移裝置的下端固定連接；所述放大器的輸入端分別與所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、拉壓傳感器的輸出端電連接；所述放大器的輸出端與所述記錄儀的輸入端電連接。本實(shí)用新型的有益效果是可用于與豎直樁柱斜向相交的水流作用下流向平面內(nèi)水平方向和豎直方向作用力的測(cè)量以及用于樁柱在非恒定流下水流作用力的測(cè)量,并可控制樁柱在水流作用下的位移，保證測(cè)量過(guò)程的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01L13/00GK202057447SQ201120096048
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月4日
發(fā)明者姜利杰, 邵衛(wèi)云 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)