一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型

本技术涉及拱坝教学模型领域，具体涉及一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型。

背景技术：

1、拱坝是一种建筑在峡谷中的拦水坝，做成水平拱形，凸边面向上游，两端紧贴着峡谷壁。也指一种在平面上向上游弯曲，呈曲线形、能把一部分水平荷载传给两岸的挡水建筑，是一个空间壳体结构。

2、目前，为了能方便教学，发明人研究出一种拱坝教学演示模型并已经公开，公开号为cn115862457a。该现有技术中包括左侧山体模型、右侧山体模型以及坝体模型，右侧山体模型又包括移动山体模型a和移动山体模型b，移动山体模型b相对滑动地设置在移动山体模型a上，坝体模型的左端固定在左侧山体模型上，坝体模型的右端相对滑动地设置在移动山体模型b上，移动山体模型b的滑动方向、坝体模型的滑动方向一致。

3、上述拱坝教学演示模型在进行模拟水压力荷载时，利用推杆装置在坝体模型的上游面施加推力，让坝体模型的右端相对于移动山体模型b滑动，同时让坝体模型的中部位置产生形变，将坝体模型产生的变形情况传至led大屏展示，用于教学。

4、但是，发明人模拟水压力荷载时发现，推杆装置的t形的推杆只与坝体模型的中部接触，也就是说，推杆装置的作用力只直接作用在坝体模型的中部位置。这就造成了坝体模型中部位置直接受到推杆装置产生的推力，受到的力很大，坝体模型的中部形变量明显；然而，坝体模型左右两侧却没有直接受力，而是在坝体模型中部位置受力产生位移后，坝体模型的中部位移对坝体模型的左右两侧产生拉拽力。该拉拽力，是推杆装置产生的推力经过坝体模型中部位置的消耗后变小产生的分力，该分力相比于推杆装置产生的推力已经衰减了，因此该分力对坝体模型两侧的形变也不明显。如需增加坝体模型两侧的形变量，又只能增加坝体模型中部位置受到的推力。

5、综上所述，就会在模拟水压力荷载时产生坝体模型中部位置因为推力很大而形变量过量，坝体模型左右侧形变量不足的情况，这与实际坝体模型水压力荷载时要形变的姿态不符，不利于教学。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的不足，本实用新型提出一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其为了解决如何在模拟水压力荷载时，使坝体模型的形变姿态合理的技术问题。

2、为了实现上述目的，本实用新型的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型和右侧山体模型，所述左侧山体模型与右侧山体模型之间设有限位板，限位板设置在坝体模型的上游侧；坝体模型包括若干个分体单元块；限位板上固定有若干个用于给分体单元块施加推力的气囊，气囊与分体单元块一一对应设置；所述演示模型还包括用于控制气囊气量的控制组件。

3、进一步地，所述控制组件包括若干个充放气管，各个充放气管固定在限位板上，各个充放气管与气囊一一对应设置，各个充放气管与对应的气囊连通；每个充放气管均连接有气泵；所述控制组件还包括plc控制器，plc控制器与气泵连接。

4、利用气泵，可以实现每个气囊的自动充气；同时plc控制器能记录每个气囊的充气量，该模型需要反复演示给同学看的话，plc控制器只需按照记录的每个气囊的充气量，给对应地气囊充气即可，实现了充气自动化，和每次试验的充气量容易确定的好处。

5、进一步地，所述限位板朝向坝体模型的一端表壁与未受到水压力荷载时的坝体模型之间等间距设置，间距为a，a等于3cm。

6、之所以前述间距设计成3cm，是因为这个间距恰好可以将气囊固定在限位板上，同时3cm的间距，气囊8只需充少量的气体就可以膨胀对坝体模型产生推力，便于实现。

7、进一步地，所述限位板的高度与坝体模型的高度相等。

8、限位板的高度与坝体模型的高度相等，首先，能满足气囊按照空间的需求，其次，坝体模型对气囊的反作用力，也能很好地被限位板全面的承受。

9、进一步地，所述右侧山体模型包括移动山体模型a和移动山体模型b，移动山体模型b相对滑动地设置在移动山体模型a上，所述坝体模型的一端固定在左侧山体模型上，坝体模型的另一端滑动连接在移动山体模型b上，移动山体模型a固定有用于驱动移动山体模型b移动的伸缩杆。

10、通过伸缩杆的伸缩，使移动山体模型b相对于移动山体a发生移动，可以模拟坝肩稳定，并展示给同学。

11、进一步地，所述移动山体模型a相对滑动地连接在沙盘上，沙盘上固定有用于驱动移动山体模型a移动的推杆。

12、通过推杆推着移动山体模型a移动，可以模拟温度载荷，并展示给同学。

13、有益效果：

14、本模型针对坝体模型的每个分体单元块，均通过单独地一个气囊充实现与其抵触，每个分体单元块产生的推力，均由气囊的充气量决定。相比于现有技术中，采用t形推杆对坝体模型中部施加推力，本模型对坝体模型的施力面更加全面，所模拟的坝体模型在水荷载下的位移，更贴近于实际中坝体在水荷载下的位移，更有利于学生在教学中理解。

技术特征：

1.一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型和右侧山体模型，其特征在于，所述左侧山体模型与右侧山体模型之间设有限位板，限位板设置在坝体模型的上游侧；坝体模型包括若干个分体单元块；限位板上固定有若干个用于给分体单元块施加推力的气囊，气囊与分体单元块一一对应设置；所述演示模型还包括用于控制气囊气量的控制组件。

2.根据权利要求1所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述控制组件包括若干个充放气管，各个充放气管固定在限位板上，各个充放气管与气囊一一对应设置，各个充放气管与对应的气囊连通；每个充放气管均连接有气泵；所述控制组件还包括plc控制器，plc控制器与气泵连接。

3.根据权利要求1所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述限位板朝向坝体模型的一端表壁与未受到水压力荷载时的坝体模型之间等间距设置，间距为a，a等于3cm。

4.根据权利要求1所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述限位板的高度与坝体模型的高度相等。

5.根据权利要求1所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述右侧山体模型包括移动山体模型a和移动山体模型b，移动山体模型b相对滑动地设置在移动山体模型a上，所述坝体模型的一端固定在左侧山体模型上，坝体模型的另一端滑动连接在移动山体模型b上，移动山体模型a固定有用于驱动移动山体模型b移动的伸缩杆。

6.根据权利要求5所述的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，其特征在于，所述移动山体模型a相对滑动地连接在沙盘上，沙盘上固定有用于驱动移动山体模型a移动的推杆。

技术总结
本技术的一种利用气囊反映水压的拱坝教学演示模型，属于拱坝教学模型领域，包括沙盘、左侧山体模型、坝体模型和右侧山体模型，所述左侧山体模型与右侧山体模型之间设有限位板，限位板设置在坝体模型的上游侧；坝体模型包括若干个分体单元块；限位板上固定有若干个用于给分体单元块施加推力的气囊，气囊与分体单元块一一对应设置；所述演示模型还包括用于控制气囊气量的控制组件。该模型能对坝体模型整个表面施加推力，让坝体模型模拟的水压力荷载形变情况，更趋近于现实中大坝在水压力荷载形变情况，有利于教学中学生理解。

技术研发人员：孙嘉怡,卢姿睿,侯永驰,汪鑫池,温子骁,帕提曼.克里木
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：20230421
技术公布日：2024/1/15