本發(fā)明屬于土木和水利工程結(jié)構(gòu)測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種水阻力測量裝置，特別涉及到一種水中圓柱所受水阻力的測量裝置。

背景技術(shù)：

位于河流、湖泊或海洋中的橋梁、碼頭、海洋平臺等結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)一般采用圓柱樁基礎(chǔ)，且采用多根。當水流動或結(jié)構(gòu)振動時，水中的圓柱樁會受到水的阻力作用，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計受力計算時采用的水阻力大小和沿圓柱高度分布不準確，將影響結(jié)構(gòu)受力安全或結(jié)構(gòu)正常使用。目前，水中圓柱所受水阻力的測量一般采用在樁身布置水壓傳感器的方法，由于傳感器測量的是圓柱表面的水壓強，需要沿樁周布置較多數(shù)量的水壓傳感器，然后近似計算得到某一深度處圓柱一定長度范圍內(nèi)所受水阻力的大小和方向，要求的精度越高，需要布置的傳感器越多。該方法的具有以下缺點：該方法為近似方法，理論上無法測得水力的精確值和方向；測量后需要大量的計算；傳感器數(shù)量多，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求高，導致測量費用高；測點布置固定，測量不夠靈活。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種水中圓柱所受水阻力的測量裝置，該裝置可通過較少的傳感器，準確測量水中圓柱所受水阻力的大小和方向，滿足測量快速、安裝方便、費用低等要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種水中圓柱所受水阻力的測量裝置，包括圓鋼管a1、圓鋼管b2、鋼肋板3、方鋼管c4、固定螺栓5、壓力傳感器6、頂緊螺栓7、滾軸8、橡膠薄膜9和方鋼管d10；

圓鋼管a1和圓鋼管b2的外直徑相同，圓鋼管a1置于兩圓鋼管b2之間，三者間留有3～5mm的縫隙；橡膠薄膜9環(huán)繞粘貼于圓鋼管a1和圓鋼管b2間的縫隙處，使縫隙密封防水；兩圓鋼管b2分別通過鋼肋板3與方鋼管c4連接；

圓鋼管b2上等間距設(shè)置四個螺栓孔，每個螺栓孔與方鋼管c4的四邊中點處的螺栓孔相對應，螺栓孔帶螺紋；將8根固定螺栓5分別旋入圓鋼管b2和方鋼管c4的螺栓孔，固定螺栓5穿過方鋼管c4的螺栓孔后，頂在方鋼管d10的外壁上；

圓鋼管a1與方鋼管c4之間放置四個壓力傳感器6，壓力傳感器6位于方鋼管c4的四邊中點位置，每個壓力傳感器6與方鋼管c4的外壁之間設(shè)置滾軸，滾軸沿方鋼管c4邊長方向自由滾動；在圓鋼管a1上對應壓力傳感器6中心的位置開螺栓孔，螺栓孔設(shè)置與頂緊螺栓7相應的螺紋，頂緊螺栓7旋入螺栓孔后頂在壓力傳感器6端面中心處，頂緊螺栓7與壓力傳感器6的接觸端為半球面。

本發(fā)明的效果和益處是：對于放置于水中的該測量裝置，當水流動或該裝置移動時，該裝置內(nèi)部的4個壓力傳感器共同承受作用于圓鋼管a1上的水阻力，由于四個壓力傳感器分別位于兩個相互垂直的軸線上，且傳感器一端設(shè)置了滾軸，則位于同一軸線的兩個壓力傳感器所測測量得壓力和即為作用于圓鋼管a1上的水阻力在該方向的分力，通過兩個軸線方向測得的分力合成計算獲得水阻力的總力和方向。可見，當利用該裝置測量水中圓柱所受水阻力時，阻力的大小和方向計算過程簡單、精度高。該裝置采用的壓力傳感器數(shù)量少，僅有4個，測量數(shù)據(jù)量少，對數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)要求低，測量成本低。另外，該裝置安裝方便，可沿方鋼管d10上下靈活移動，以測量不同高度的水阻力。

附圖說明

圖1是測量裝置立面圖。

圖2圓鋼管a位置平面圖。

圖3圓鋼管b位置平面圖。

圖中：1圓鋼管a；2圓鋼管b；3鋼肋板；4方鋼管c；5固定螺栓；6壓力傳感器；7頂緊螺栓；8滾軸；9橡膠薄膜；10方鋼管d。

具體實施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案(和附圖)詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式。

圓鋼管a1和圓鋼管b2的外徑與被測量圓柱的直徑相同，圓鋼管a1和圓鋼管b2的壁厚為外徑的1/50左右，圓鋼管a1和圓鋼管b2的高度為外徑的1/6左右。方鋼管c4的邊長為圓鋼管a1的外徑的1/2左右，其高度為圓鋼管a1的高度和兩個圓鋼管b2的高度之和。鋼肋板3外邊緣為原形，直徑比圓鋼管b2的內(nèi)徑小1～2mm；鋼肋板3中間開設(shè)方孔，方孔的邊長比方鋼管c4的邊長大1～2mm。

將圓鋼管a1套在方鋼管c4上，并位于方鋼管c4的中間。在二者之間對應于方鋼管c4的四面中心位置處，安裝滾軸8和壓力傳感器6，滾軸8可沿方鋼管c4邊長方向自由滾動，壓力傳感器6受力方向與圓鋼管a1徑向一致。在圓鋼管a1上對應壓力傳感器6中心位置處，開設(shè)與頂緊螺栓7相符合的螺紋孔。頂緊螺栓7旋入螺紋孔后，其圓球端面緊緊頂在壓力傳感器6的中心位置。

將兩個圓鋼管b2分別放置于圓鋼管a1的上下兩側(cè)，并與圓鋼管a1之間留3～5mm的縫隙。兩片鋼肋板3分別放置于兩個圓鋼管b2和方鋼管c4之間，利用焊接方式將它們固定連接在一起。兩道橡膠薄膜環(huán)繞圓鋼管a1和圓鋼管b2之間的縫隙，粘貼在圓鋼管a1和圓鋼管b2上，使縫隙密封防水，橡膠薄膜寬約30mm。

將上述由圓鋼管a1、圓鋼管b2、鋼肋板3、方鋼管c4、壓力傳感器6、頂緊螺栓7、滾軸8及橡膠薄膜9形成的整體裝置套在方鋼管d10上，方鋼管c4和方鋼管d10的四邊之間的間隙應基本相同。利用8根固定螺栓分別旋入圓鋼管b2和方鋼管c4上開設(shè)的8個螺栓孔，每個固定螺栓的前端分別緊緊頂在方鋼管d10的四邊上，使上述整體裝置固定在方鋼管d10上。

在整體裝置的上下方可安裝與被測量圓柱直徑相同的圓鋼管，并固定在方鋼管d10上，用于模擬圓柱的其余部分。

除上述實例外，凡在本發(fā)明思想和原則之內(nèi)做的修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種水中圓柱所受水阻力的測量裝置，包括圓鋼管A、圓鋼管B、鋼肋板、方鋼管C、固定螺栓、壓力傳感器、頂緊螺栓、滾軸、橡膠薄膜、方鋼管D。對于放置于水中的該測量裝置，當水流動或該裝置移動時，該裝置內(nèi)部的4個壓力傳感器共同承受作用于圓鋼管A上的水阻力，由于四個壓力傳感器分別位于兩個相互垂直的軸線上，則位于同一軸線的兩個壓力傳感器所測測量得壓力和即為作用于圓鋼管A上的水阻力在該方向的分力，通過兩個軸線方向測得的分力合成計算獲得水阻力的總力和方向。當利用該裝置測量水中圓柱所受水阻力時，阻力的大小和方向計算過程簡單、精度高。該裝置同時具有測量快速、安裝方便、對數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)要求低、測量成本低等特點。

技術(shù)研發(fā)人員：邱惠迪;姜萌
受保護的技術(shù)使用者：大連理工大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.19
技術(shù)公布日：2017.08.18