[發(fā)明專利]用于圓柱型構筑物涌潮作用力計算的專用組件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910275553.0
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN110093895A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 曾劍;陳思豪;李春貴;張芝永;陳剛
• 申請（專利權）人: 浙江省水利河口研究院
• 主分類號: E02B1/00
• 分類號: E02B1/00;E02B1/02;G01L11/00;G01M10/00
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王之懷;王洪新

本發(fā)明涉及流體力學領域。技術方案是：用于圓柱型構筑物涌潮作用力計算的專用組件，其特征在于：包括至少一計算機、若干水文采集裝置或涌潮計算模型；計算機連接水文采集裝置或涌潮計算模型，并接收水文采集裝置采集的水文數(shù)據(jù)或涌潮計算模型的涌潮計算數(shù)據(jù)，然后進行處理，并將處理結果以表格的形式輸出。本發(fā)明可通過現(xiàn)場或涌潮計算模擬極易獲取的潮前水深、潮前流速、涌潮高度等基本參數(shù)，結合圓柱型構筑物直徑，利用理論推導與室內(nèi)試驗相結合得到的公式計算涌潮沖擊圓柱型構筑物時的作用力；經(jīng)實測數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)驗證，該組件的計算結果能較好的反映出涌潮作用力的特點，誤差較小。

技術領域

本發(fā)明涉及流體力學領域，尤其涉及圓柱型構筑物上涌潮作用力的計算方法及其專用組件。

背景技術

涌潮是水位驟然上升的漲潮波前峰，是一定條件下潮波非線性畸變的結果。涌潮形成后，水流特性發(fā)生極大的改變。涌潮到達前后，水位驟然上漲2～3m，水流急速從落潮狀態(tài)轉為漲潮狀態(tài)，并迅速達到極值，極值流速達6～10m/s，實測最大測點流速12m/s，比一般水流大一個量級。

涌潮對涉水建筑物的威脅很大，其作用力是橋梁、碼頭等基礎工程設計的控制性因素。1953年海寧鹽官海塘塘頂一頭重1.5t的“鎮(zhèn)海鐵?！北挥砍睕_離原地十余米；石塘頂用鐵錠澆連的條石，盡管每塊重約400kg且呈三五相連，仍受涌潮的頂托翻越1.5m高的土埝，拋至海塘后的農(nóng)田中；錢江四橋施工過程中搭設的棧橋也曾被洶涌的涌潮破壞。因此，為了確保涉水建筑物的施工與運行安全，工程界始終關心涌潮對涉水建筑物的作用以及結構響應問題。

圓柱樁是橋墩、碼頭等工程建筑下部結構常見的形狀類型，錢塘江河口已建的復興大橋、江東大橋、嘉紹大橋等橋墩大多采用圓柱樁。影響構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、建筑物形狀等。至今人們對構筑物上的涌潮作用機理認識不夠清楚。目前，涌潮作用力的現(xiàn)場測量尚未有直接的方法，通常是借助智能數(shù)字壓力傳感器測量涌潮壓強，繼而轉換成涌潮作用力，存在著費時費力、精度難以保證等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于計算圓柱型構筑物上涌潮作用力的方法及專用組件。本發(fā)明可通過現(xiàn)場或涌潮計算模擬極易獲取的潮前水深、潮前流速、涌潮高度等基本參數(shù)，結合圓柱型構筑物直徑，利用理論推導與室內(nèi)試驗相結合得到的公式計算涌潮沖擊圓柱型構筑物時的作用力；經(jīng)實測數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)驗證，該組件的計算結果能較好的反映出涌潮作用力的特點，誤差較小。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：

用于圓柱型構筑物涌潮作用力計算的專用組件，其特征在于：包括至少一計算機、若干水文采集裝置或涌潮計算模型；計算機連接水文采集裝置或涌潮計算模型，并接收水文采集裝置采集的水文數(shù)據(jù)或涌潮計算模型的涌潮計算數(shù)據(jù)，然后進行處理，并將處理結果以表格的形式輸出。

優(yōu)選的，所述水文采集裝置包括：水位儀、三維聲學多普勒流速儀(ADV)、回聲測深儀。

優(yōu)選的，所述水文數(shù)據(jù)或涌潮計算數(shù)據(jù)包括：潮前水深、潮前流速、涌潮高度。

優(yōu)選的，所述計算機與所述水文采集裝置之間的連接方式包括纜線連接或無線電連接或光耦合連接。

所述處理包括以下步驟：

步驟一、計算涌潮傳播速度

將獲取的水文數(shù)據(jù)或涌潮計算數(shù)據(jù)，代入涌潮傳播速度理論公式(1)，計算出涌潮傳播速度c；

h₁＝h₀+H (2)

式中，V₀為潮前流速，h₀為潮前水深，h₁為涌潮過后的水深，H為涌潮高度、g為重力加速度；