基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷装置及方法

本发明涉及一种基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷装置及方法，具体涉及一种保护码头、水道和船闸等水工混凝土结构的基于智能化方向控制的三层防浪抗冲刷装置及方法。

背景技术：

1、在土木工程建设中，浪溅区水工混凝土结构面临着水流冲刷和干湿循环的破坏，为保证水工混凝土结构服役寿命的需求保持强度、耐久性及美观度等，要求水工混凝土结构必须在码头、水道和船闸等工作环境下受到较好地保护。同时，水工混凝土结构在船只碰撞等人为破坏因素的作用下，会发生表层混凝土脱落、钢筋裸露和大面积骨料暴露等问题。设计一种保护水工混凝土防浪抗冲刷装置，为水工混凝土结构与水流和船只间提供缓冲尤为必要。

2、当前，水工混凝土结构服役期间表层混凝土面临水流冲刷主要是三个问题：一是水流冲刷频率，二是水流冲刷荷载，三是水流冲刷方向。其中，水流冲刷荷载可以通过实验定量测量，其测定方法有直接作用法和间接波及法两种。此类方法对水工混凝土直接受到水浪拍打的高荷载能够有效测定，对由船只通过引发的水浪扩散能够准确地预测。

3、由于现有防浪抗冲刷板仍为单向、单层和不可调节装置，在面临复杂水域情况时，单一结构的不可调节防浪板无法有效地为水工混凝土结构提供保护。单层竖直防浪板仅有一层防浪板提供有限保护，防浪板自身调节水流冲刷力度与方向且容易损坏；单层平躺式防浪板无法调节水流冲刷方向，仅适用于单一工作环境；单层倾角式防浪板面临的结构受力不均等问题，结构容易快速损坏。因此需要对现有的防浪板进行复合改进，引入智能控制系统，设计一种复合智能化抗浪防冲刷板。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷装置及方法，能够实现对水浪冲击的抵抗和对水流的导流作用，应对水浪波动及多方向冲蚀。通过智能控制系统调节外层两组抗浪防冲刷板倾角及朝向，进而达到有效控制水流对内层板及受保护的水工混凝土的冲刷作用。能够根据即将发生或已发生的船只通过或天气作用事件，提前预测水流冲刷大小、方向和力度，进而预测水工混凝土结构将会受到来自何方向的水流冲刷进而提前保护水工混凝土结构。在水流冲刷至防浪板的瞬间，防浪板上传感器则快速将受荷状况传至中央控制系统，中央控制系统快速处理受荷状况，调整抗浪防冲刷板倾角使各层防浪板受力相近，保证整体结构长期稳定使用。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷装置，包括挡水装置，所述挡水装置由外层防浪板、中间层防浪板和内层防浪板组成，所述外层防浪板由四组旋转角度的防腐钢板组成，中间层防浪板由两组各六层可倾斜防腐钢板组成，内层防浪板由竖直垂直放置的块防腐钢板组成，所述外层防浪板由可旋转连杆控制，连杆由立柱中链条带动旋转，链条动力来源于基座中发动机，中间层防浪板由连接件控制倾斜，连接件与传动杆和固定杆连接，固定杆固定在固定支座上，传动杆由水平推动器控制横向水平移动，水平推动器由推杆及滑道组成，水平推动器由竖向推动器控制竖直运动，竖向推动器带动水平推动器与传动杆竖直运动，竖向推动器内含导线可将电力传至水平推动器中，竖向推动器动力来源于基座中发动机，每块内层防浪板上布设6个压力传感器，每块内层防浪板由一组螺杆组成。

3、所述的基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷的方法，包括以下步骤：

4、1在需防护的水工混凝土界面上布设三层防浪挡板，挡板间由可调节角度及方向的杆件连接；

5、2在最内层防浪挡板上布设压力传感器，传感器接收来正侧面水流冲刷造成的荷载作用；

6、3在浪溅及波浪冲刷荷载作用下，由中控系统基于压力传感器所受荷载作用的大小及方向自动调节连接杆件角度带动外侧双层挡板方向转至合适角度，使得最内侧防浪挡板所受压力最小，

7、4在最内层防浪板上布设压力传感器，实时测量冲刷、浪溅荷载大小；在浪溅及波浪冲刷荷载作用下，最内层防浪板上压力传感器受荷载作用后将压力大小及方向信息传输至中控计算机，由计算机控制基座中的发动机带动立柱内部链条，由链条传动旋转连杆使其扭转带动最外层防浪板转动方向至合适角度，由外层防浪板直接承受冲刷荷载；同时，计算机控制基座7发动机带动水平推动器与竖向推动器，传动杆在二者带动下发生水平及竖直移动，传动杆由连接件控制内层侧向防浪板横向倾斜导流水浪，三层防浪板作用为通过连接杆件对中间层防浪板及最外层防浪板的角度及方向进行调节，由计算机实时控制调节至最内层防浪板上压力传感器达到最小值时停止，锁定为合适方向及角度。

8、所述在需防护的水工混凝土界面上布设三层防浪挡板是指在内层设置正向防浪板，在中间层布设侧向防浪板，在最外层布设斜向防浪板。

9、所述在内层设置正向防浪板是指在水工混凝土表面使用螺杆固定内层正向防浪板，以承受正面水力冲击荷载。

10、所述在中间层布设侧向防浪板以承受侧向水力冲击荷载及实现导流作用。

11、所述在最外层布设斜向防浪板以承受直接潮汐、浪溅水力荷载。

12、所述的智能化方向控制是通过最内层防浪板上布设的压力传感器及中间层、最外层防浪板的方向调节以及计算机控制系统实现，以最内层防浪板上的压力作为控制指标，通过调节中间层及最外层的角度分散水力荷载，压力最低值反馈至计算机时自动控制停止方向调节。

13、本发明的突出优点在于：

14、提供了一种不受水工混凝土结构工作环境限制的智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷装置及方法，能够量化水工混凝土结构受荷情况，定量评估水工混凝土受荷状态；该方法智能快捷，克服了传统防浪抗冲刷装置无法定量评估水工混凝土结构受荷状态，通过智能控制系统调控抗浪防冲刷装置对水工混凝土结构保护状态，对码头、水道和船闸等复杂条件下综合评估保护水工混凝土结构性能强度、耐久性和美观度等具有重要的学术意义和工程应用价值。

15、该方法采用三层防浪板多重防护的形式实现在多个方向上的荷载分散作用，可减少荷载的集中导致的防浪板老化破坏，且防浪板方向及角度可调节，能够实现在复杂水力环境下的防浪适应性。

技术特征：

1.基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷装置，其特征在于，包括挡水装置，所述挡水装置由外层防浪板(1)、中间层防浪板(2)和内层防浪板(3)组成，所述外层防浪板(1)由四组旋转角度的防腐钢板组成，中间层防浪板(2)由两组各六层可倾斜防腐钢板组成，内层防浪板(3)由竖直垂直放置的12块防腐钢板组成，所述外层防浪板(1)由可旋转连杆(4)控制，连杆由立柱(5)中链条(6)带动旋转，链条(6)动力来源于基座(7)中发动机，中间层防浪板(2)由连接件(8)控制倾斜，连接件(8)与传动杆(9)和固定杆(10)连接，固定杆(10)固定在固定支座(11)上，传动杆(9)由水平推动器(12)控制横向水平移动，水平推动器(12)由推杆(13)及滑道(14)组成，水平推动器(12)由竖向推动器(15)控制竖直运动，竖向推动器(15)带动水平推动器(12)与传动杆(9)竖直运动15，竖向推动器(15)内含导线可将电力传至水平推动器(12)中，竖向推动器(15)动力来源于基座(7)中发动机，每块内层防浪板(3)上布设6个压力传感器(16)，每块内层防浪板(3)由一组螺杆(17)组成。

2.根据权利要求1所述的基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷的方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷的方法，其特征在于，所述在需防护的水工混凝土界面上布设三层防浪挡板是指在内层设置正向防浪板(3)，在中间层布设侧向防浪板(2)，在最外层布设斜向防浪板(1)。

4.根据权利要求3所述的基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷的方法，其特征在于，所述在内层设置正向防浪板(3)是指在水工混凝土表面使用螺杆(17)固定内层正向防浪板(3)，以承受正面水力冲击荷载。

5.根据权利要求3所述的基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷的方法，其特征在于，所述在中间层布设侧向防浪板(2)以承受侧向水力冲击荷载及实现导流作用。

6.根据权利要求3所述的基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷的方法，其特征在于，所述在最外层布设斜向防浪板(1)以承受直接潮汐、浪溅水力荷载。

7.根据权利要求1所述的基于智能化方向控制的水工混凝土抗冲刷防浪的装置，其特征在于，所述的智能化方向控制是通过最内层防浪板上布设的压力传感器及中间层、最外层防浪板的方向调节以及计算机控制系统实现，以最内层防浪板上的压力作为控制指标，通过调节中间层及最外层的角度分散水力荷载，压力最低值反馈至计算机时自动控制停止方向调节。

技术总结
一种基于智能化方向控制的水工混凝土防浪抗冲刷装置及方法，包括以下步骤：(1)在需防护的水工混凝土界面上布设三层防浪挡板，挡板间由可调节角度及方向的杆件连接；(2)在最内层防浪挡板上布设压力传感器，传感器接收来正侧面水流冲刷造成的荷载作用；(3)在浪溅及波浪冲刷荷载作用下，由中控系统基于压力传感器所受荷载作用的大小及方向自动调节连接杆件角度带动外侧双层挡板方向转至合适角度，使得最内侧防浪挡板所受压力最小。该装置及方法能够智能识别水压荷载大小及方向，自动调节多层防浪板的角度，使得水工混凝土本体表面承受最小的水力冲刷，从而实现对水工混凝土的防浪抗冲刷保护作用。

技术研发人员：陈正,粟俊驰,陈犇,王一琛,逄子超
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14