试验水槽内大型水工结构物所受总力的测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种结构物受力的测量装置，特别涉及一种试验水槽内大型水工结构物在外部荷载(波浪、水流或者两者联合)作用下所受总力的测量装置。

背景技术：

随着我国水运交通、海洋工程和国防事业的发展，沿海港口在功能上正向大型化、深水化、专业化方向发展，建设地点也由近岸向复杂地质、水文条件的离岸、岛礁区域发展，面临风大、浪高和流急的环境动力作用，为了科学应对恶劣天气对港口和通航条件的影响，提高防灾减灾能力，亟需研究相关领域应用基础理论和技术。人们首先提出了数值解析计算和现场实测解决手段，但是前者由于工程中的不确定因素，输入参数难以精确，还有模型简化等问题，存在一定局限性；后者在具体实施过程中投入较大、周期长，且对于深水外海的极端风浪条件下，很难开展有效的测量和数据收集工作，即使在恶劣条件下开展外业工作，对原体观测仪器保护、测量人员安全存在很大的隐患。为了解决生产中和工程中所提出的问题，人们开展了实验室内缩尺物理模型试验研究，模型试验研究的优点是：可使工程中发生的现象在试验室中再现出来，而且还可以对试验中主要因素进行独立控制。与现场实测对比，可进行方案的前期论证和优化，具有省时、省力的优点。在实验室水槽试验过程中，如何准确测量大型水工结构物所受到的总力呢？目前国内外也有一些测量仪器，但均存在一些问题，例如量程精度低、与大型水工结构物安装不匹配、价格昂贵、受外界环境干扰大等。针对上述问题，为了满足实验室内水槽试验的精度、灵敏度以及适用不同形状的大型水工结构等要求，自主研发了一种精度高、性能强，以及经济实用的总力测量装置。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种精度高、性能强和经济实用的试验水槽内大型水工结构物所受总力的测量装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种试验水槽内大型水工结构物所受总力的测量装置，包括固定在大型水工结构物顶部的套筒，所述套筒能够上下前后活动地套装在内筒上，所述内筒和所述套筒的横截面均为矩形，所述套筒设有底板，所述内筒设有顶板，在所述底板和所述顶板之间设有两个拉压力传感器Ⅰ，所述拉压力传感器Ⅰ的布置方向与水槽内入射波浪的传播方向垂直，两个所述拉压力传感器Ⅰ左右对称布置，在所述内筒的前侧壁和后侧壁之间设有一个拉压力传感器Ⅱ，所述拉压力传感器Ⅱ的布置方向与水槽内入射波浪的传播方向平行，在所述顶板上固接有压板，在所述压板上固接有压杆，所述压杆与固定座螺纹连接，所述固定座固接在支撑架的中部，所述支撑架固定在试验水槽的边壁上。

在所述套筒的底部设有法兰，所述套筒的法兰与大型水工结构物顶部采用螺栓Ⅰ连接，在所述内筒的顶部设有法兰，所述内筒的法兰与所述压板采用螺栓Ⅱ连接，所述支撑架与试验水槽的边壁采用固定销连接。

本实用新型具有的优点和积极效果是：根据实验室内试验水槽的特定环境，利用水槽边壁作为整个装置支撑；利用装置上半部份的压杆与固定座螺纹连接，调整上下位置，以适应不同高度的大型水工结构物；利用套筒上下前后的活动，可直接由拉压力传感器测量大型水工结构物所受总力；利用法兰和压板之间的连接，将固定部分、测量部分、大型水工结构物三者形成一个整体。另外所采用测量试验水槽内大型水工结构物所受总力的拉压力传感器，其性能可靠、易拆装、更换方便，尤其是位移传感器受温度的控制影响较小、寿命长、频响特性好，非常适合在试验水槽内运用。与其它测力装置相比较，本实用新型具有测量精度高、反应灵敏、易拆装、经济等优点，且由于压杆与固定座采用螺纹连接的方式，使本实用新型具有可根据大型水工结构、外部荷载灵活调节的特点，为在实验室内浪、流试验水槽中开展海洋采油、钻井平台、高桩码头和直立沉箱，以及跨海大桥桩基基础等大型水工结构物所受水平总力、竖向总力等测量的物理模型试验提供了一种有效技术手段，与现场实测对比，可进行各方案的前期论证和优化，具有省时、省力的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的压板及其上部结构示意图；

图3是本实用新型的套筒和内筒组装后的结构示意图；

图4是图3的侧剖面示意图。

图中：1、压杆，2、固定座，3、压板，4、支撑架，5、顶板，6、内筒，7、拉压力传感器Ⅱ，8、套筒，9、底板，10、拉压力传感器Ⅰ，11、试验水槽，12、大型水工结构物。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1～图4，一种试验水槽内大型水工结构物所受总力的测量装置，包括固定在大型水工结构物12顶部的套筒8，所述套筒8能够上下前后活动地套装在内筒6上，所述内筒6和所述套筒8的横截面均为矩形，所述套筒8设有底板9，所述内筒6设有顶板5，在所述底板9和所述顶板5之间设有两个拉压力传感器Ⅰ10，所述拉压力传感器Ⅰ10的布置方向与水槽内入射波浪的传播方向垂直，两个所述拉压力传感器Ⅰ10左右对称布置，在所述内筒6的前侧壁和后侧壁之间设有一个拉压力传感器Ⅱ7，所述拉压力传感器Ⅱ7的布置方向与水槽内入射波浪的传播方向平行，在所述顶板5上固接有压板3，在所述压板3上固接有压杆1，所述压杆1与固定座2螺纹连接，所述固定座2固接在支撑架4的中部，所述支撑架4固定在试验水槽11的边壁上。

使用时，压杆1的高度位置可以根据大型水工结构物的高度进行调整。拉压力传感器量程的范围与套筒相对内筒上下前后的活动量相关。受测试的大型结构可以是沉箱式、重力式、高桩式、开孔沉箱码头和防波堤等。

在本实施例中，为了方便拆卸，在所述套筒8的底部设有法兰，所述套筒8的法兰与大型水工结构物12的顶部采用螺栓Ⅰ连接，在所述内筒6的顶部设有法兰，所述内筒6的法兰与所述压板3采用螺栓Ⅱ连接，所述支撑架4与试验水槽11的边壁采用固定销连接。

拉压力传感器在使用前需要校准和标定，首先根据对大型水工结构物重量和受力的初步判断，采用标准砝码对拉压力传感器进行标定，建立力与变形的关系式，得出K、C值，即关系式F＝K*Δs+C，式中，F代表力，对应砝码重量；Δs代表变形尺寸。

试验时，将套筒连接在大型水工结构物的顶部，大型水工结构在外部荷载(波浪和水流)作用下产生运动响应，进而带动拉压力传感器Ⅰ和拉压力传感器Ⅱ产生运动响应和变形，通过采集整个试验过程中的变形Δs，利用前期标定的K、C值，经统计分析即可得到大型水工结构物所受到的竖直方向和前后水平方向的总力。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。