CN102207416A - 桩柱水流作用力测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种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、放大器和记录仪等。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。本发明的有益效果是：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以及用于桩柱在非恒定流下水流作用力的测量,并可控制桩柱在水流作用下的位移，保证测量过程的稳定性。
Description
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：
如图1所示，本发明桩柱水流作用力测量装置主要包括支架1、第一压力传感器2、第二压力传感器3、拉压传感器4、控制单向位移装置5、放大器6和记录仪7。第一压力传感器2、第二压力传感器3和控制单向位移装置5分别与支架1固定连接，拉压传感器4的上端与控制单向位移装置5的下端固定连接。使用本发明装置时，将拉压传感器4的下端连接部41与被测桩柱17固定连接。第一压力传感器2和第二压力传感器3可选用轮辐式称重传感器。在使用本发明装置进行测量时，如图1所示，第一压力传感器2处于桩柱17的背流一侧，第二压力传感器3则处于桩柱17的迎流一侧。本发明中，由于第一压力传感器2的压头低于第二压力传感器3的压头且两者相对，第一压力传感器2的压头和第二压力传感器3的压头均低于拉压传感器4的下端连接部41，使得第一压力传感器2的安装点低于第二压力传感器3的安装点；第一压力传感器2和第二压力传感器3的传感器压头分别与桩柱17点接触，允许传感器与桩柱17的接触点存在微小相对位移。拉压传感器4拉压均可使用，它可选用S型拉压传感器。
控制单向位移装置5的功能是允许桩柱17在流向平面内发生微小位移而限制其他方向的位移，图2和图3为本发明装置的控制单项位移装置5的一种结构示意图，控制单项位移装置5也可选用滑槽、直线导轨等。控制单向位移装置5包括U型固定架8、固定轴9、轴承固定架10和轴承11。固定轴9穿过轴承11，固定轴9的两端与U型固定架8固定连接，轴承11安装于轴承固定架10内，轴承固定架10置于U型固定架8的U型槽内，轴承固定架10或U型固定架8与支架1固定连接。放大器6的输入端分别与第一压力传感器2、第二压力传感器3、拉压传感器4的输出端电连接，放大器6的输出端与记录仪7的输入端电连接，第一压力传感器2、第二压力传感器3和拉压传感器4的输出信号通过导线传输至放大器6放大后输入记录仪7的不同通道而同步显示各个传感器的测量值。
如图1所示，可在支架1的不同位置安装位置调节装置，以便针对不同尺寸的桩柱调整各个传感器之间的相对位置。如图1、图4和图5所示，位置调节装置由水平调节螺杆12、竖向调节螺杆18、水平调节滑块13和调节螺丝14组成，通过调节水平滑块13、竖向调节螺杆18、水平调节螺杆12和调节螺丝14，可改变桩柱17的测量传感器之间的相对位置，使第二压力传感器3的压头、第一压力传感器2的压头分别与桩柱17的迎流一侧和背流一侧点接触，并使桩柱17的底部与水流渠底19保留约3mm的间隙。由于桩柱17在流向平面内水平方向上只有第一压力传感器2和第二压力传感器3这两个压力传感器的作用力约束，不存在桩柱17与水流渠底19之间的摩擦约束，从而保证测量结果的精度。
本发明装置工作时，通过测量竖直桩柱17在水流流向平面内水平方向上的作用力和竖直方向上的作用力，可得到桩柱17在水平来流或与桩柱斜向相交的水流作用下的受力大小。第一压力传感器2、第二压力传感器3和拉压传感器4将测量信号通过导线16传输至放大器6，放大器6将放大后的信号输入记录仪7的不同通道而同步显示各传感器的测量值，记录仪7记录的第一压力传感器2和第二压力传感器3的测量值之差就是桩柱17受到的流向平面内水平方向上的水流作用力，拉压传感器4的测量值就是桩柱17受到的流向平面内竖直方向上的水流作用力。因此，本发明装置不仅可用于桩柱17的水流水平方向作用力测量，还可用于与竖直桩柱17斜向相交的水流作用力的测量。
本发明装置工作时，桩柱17在非恒定流作用下，水流作用力随时间变化，记录仪7每隔1s同步记录一次各传感器测量数据，可得到桩柱水流作用力的动态变化过程。因此，本发明装置不仅可用于恒定流下桩柱水流作用力的测量，还可用于非恒定流下桩柱水流作用力的测量。
综上，根据所测桩柱的尺寸，调节水平滑块13、水平调节螺杆12和竖直调节螺杆18及相应螺丝14，使第二压力传感器3的压头、第一压力传感器2的压头分别与桩柱17迎流一侧和背流一侧点接触，并使桩柱17底部与水流渠底19保留约3mm间隙。水流绕过桩柱17等物体时，第一压力传感器2、第二压力传感器3和拉压传感器4输出信号经放大器6放大后输入记录仪7的不同通道，记录仪7所记录的第一压力传感器2和第二压力传感器3的测量值相减得到桩柱17受到的流向平面内水平方向上的水流作用力，记录仪7记录的拉压传感器4的测量值为桩柱17受到的流向平面内竖直方向上的水流作用力。由此，通过记录仪7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。
Claims (2)
1.一种桩柱水流作用力测量装置，其特征是：包括支架（1）、第一压力传感器（2）、第二压力传感器（3）、拉压传感器（4）、控制单向位移装置（5）、放大器（6）和记录仪（7）；所述第一压力传感器（2）、第二压力传感器（3）和控制单向位移装置（5）分别与支架（1）固定连接；所述拉压传感器（4）与所述控制单向位移装置（5）的下端固定连接；所述第一压力传感器（2）的压头低于第二压力传感器（3）的压头且两者相对；所述第一压力传感器（2）的压头和第二压力传感器（3）的压头均低于拉压传感器（4）的下端连接部（41）；所述放大器（6）的输入端分别与所述第一压力传感器（2）、第二压力传感器（3）、拉压传感器（4）的输出端电连接；所述放大器（6）的输出端与所述记录仪（7）的输入端电连接。
2. 根据权利要求1所述的一种桩柱水流作用力测量装置，其特征是：所述控制单向位移装置（5）包括U型固定架（8）、固定轴（9）、轴承固定架（10）和轴承（11）；所述固定轴（9）穿过所述轴承（11）,所述固定轴（9）的两端与所述U型固定架（8）固定连接；所述轴承（11）安装于所述轴承固定架（10）内，且所述轴承固定架（10）置于所述U型固定架（8）的U型槽内；所述轴承固定架（10）或U型固定架（8）与支架（1）固定连接。
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