一种水中圆柱所受水阻力的测量装置的制作方法

本发明属于土木和水利工程结构测量技术领域，涉及到一种水阻力测量装置，特别涉及到一种水中圆柱所受水阻力的测量装置。

背景技术：

位于河流、湖泊或海洋中的桥梁、码头、海洋平台等结构的基础一般采用圆柱桩基础，且采用多根。当水流动或结构振动时，水中的圆柱桩会受到水的阻力作用，如果结构设计受力计算时采用的水阻力大小和沿圆柱高度分布不准确，将影响结构受力安全或结构正常使用。目前，水中圆柱所受水阻力的测量一般采用在桩身布置水压传感器的方法，由于传感器测量的是圆柱表面的水压强，需要沿桩周布置较多数量的水压传感器，然后近似计算得到某一深度处圆柱一定长度范围内所受水阻力的大小和方向，要求的精度越高，需要布置的传感器越多。该方法的具有以下缺点：该方法为近似方法，理论上无法测得水力的精确值和方向；测量后需要大量的计算；传感器数量多，对数据采集系统要求高，导致测量费用高；测点布置固定，测量不够灵活。

技术实现要素：

本发明提供了一种水中圆柱所受水阻力的测量装置，该装置可通过较少的传感器，准确测量水中圆柱所受水阻力的大小和方向，满足测量快速、安装方便、费用低等要求。

本发明的技术方案：

一种水中圆柱所受水阻力的测量装置，包括圆钢管a1、圆钢管b2、钢肋板3、方钢管c4、固定螺栓5、压力传感器6、顶紧螺栓7、滚轴8、橡胶薄膜9和方钢管d10；

圆钢管a1和圆钢管b2的外直径相同，圆钢管a1置于两圆钢管b2之间，三者间留有3～5mm的缝隙；橡胶薄膜9环绕粘贴于圆钢管a1和圆钢管b2间的缝隙处，使缝隙密封防水；两圆钢管b2分别通过钢肋板3与方钢管c4连接；

圆钢管b2上等间距设置四个螺栓孔，每个螺栓孔与方钢管c4的四边中点处的螺栓孔相对应，螺栓孔带螺纹；将8根固定螺栓5分别旋入圆钢管b2和方钢管c4的螺栓孔，固定螺栓5穿过方钢管c4的螺栓孔后，顶在方钢管d10的外壁上；

圆钢管a1与方钢管c4之间放置四个压力传感器6，压力传感器6位于方钢管c4的四边中点位置，每个压力传感器6与方钢管c4的外壁之间设置滚轴，滚轴沿方钢管c4边长方向自由滚动；在圆钢管a1上对应压力传感器6中心的位置开螺栓孔，螺栓孔设置与顶紧螺栓7相应的螺纹，顶紧螺栓7旋入螺栓孔后顶在压力传感器6端面中心处，顶紧螺栓7与压力传感器6的接触端为半球面。

本发明的效果和益处是：对于放置于水中的该测量装置，当水流动或该装置移动时，该装置内部的4个压力传感器共同承受作用于圆钢管a1上的水阻力，由于四个压力传感器分别位于两个相互垂直的轴线上，且传感器一端设置了滚轴，则位于同一轴线的两个压力传感器所测测量得压力和即为作用于圆钢管a1上的水阻力在该方向的分力，通过两个轴线方向测得的分力合成计算获得水阻力的总力和方向。可见，当利用该装置测量水中圆柱所受水阻力时，阻力的大小和方向计算过程简单、精度高。该装置采用的压力传感器数量少，仅有4个，测量数据量少，对数据采集和处理系统要求低，测量成本低。另外，该装置安装方便，可沿方钢管d10上下灵活移动，以测量不同高度的水阻力。

附图说明

图1是测量装置立面图。

图2圆钢管a位置平面图。

图3圆钢管b位置平面图。

图中：1圆钢管a；2圆钢管b；3钢肋板；4方钢管c；5固定螺栓；6压力传感器；7顶紧螺栓；8滚轴；9橡胶薄膜；10方钢管d。

具体实施方式

以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。

圆钢管a1和圆钢管b2的外径与被测量圆柱的直径相同，圆钢管a1和圆钢管b2的壁厚为外径的1/50左右，圆钢管a1和圆钢管b2的高度为外径的1/6左右。方钢管c4的边长为圆钢管a1的外径的1/2左右，其高度为圆钢管a1的高度和两个圆钢管b2的高度之和。钢肋板3外边缘为原形，直径比圆钢管b2的内径小1～2mm；钢肋板3中间开设方孔，方孔的边长比方钢管c4的边长大1～2mm。

将圆钢管a1套在方钢管c4上，并位于方钢管c4的中间。在二者之间对应于方钢管c4的四面中心位置处，安装滚轴8和压力传感器6，滚轴8可沿方钢管c4边长方向自由滚动，压力传感器6受力方向与圆钢管a1径向一致。在圆钢管a1上对应压力传感器6中心位置处，开设与顶紧螺栓7相符合的螺纹孔。顶紧螺栓7旋入螺纹孔后，其圆球端面紧紧顶在压力传感器6的中心位置。

将两个圆钢管b2分别放置于圆钢管a1的上下两侧，并与圆钢管a1之间留3～5mm的缝隙。两片钢肋板3分别放置于两个圆钢管b2和方钢管c4之间，利用焊接方式将它们固定连接在一起。两道橡胶薄膜环绕圆钢管a1和圆钢管b2之间的缝隙，粘贴在圆钢管a1和圆钢管b2上，使缝隙密封防水，橡胶薄膜宽约30mm。

将上述由圆钢管a1、圆钢管b2、钢肋板3、方钢管c4、压力传感器6、顶紧螺栓7、滚轴8及橡胶薄膜9形成的整体装置套在方钢管d10上，方钢管c4和方钢管d10的四边之间的间隙应基本相同。利用8根固定螺栓分别旋入圆钢管b2和方钢管c4上开设的8个螺栓孔，每个固定螺栓的前端分别紧紧顶在方钢管d10的四边上，使上述整体装置固定在方钢管d10上。

在整体装置的上下方可安装与被测量圆柱直径相同的圆钢管，并固定在方钢管d10上，用于模拟圆柱的其余部分。

除上述实例外，凡在本发明思想和原则之内做的修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
一种水中圆柱所受水阻力的测量装置，包括圆钢管A、圆钢管B、钢肋板、方钢管C、固定螺栓、压力传感器、顶紧螺栓、滚轴、橡胶薄膜、方钢管D。对于放置于水中的该测量装置，当水流动或该装置移动时，该装置内部的4个压力传感器共同承受作用于圆钢管A上的水阻力，由于四个压力传感器分别位于两个相互垂直的轴线上，则位于同一轴线的两个压力传感器所测测量得压力和即为作用于圆钢管A上的水阻力在该方向的分力，通过两个轴线方向测得的分力合成计算获得水阻力的总力和方向。当利用该装置测量水中圆柱所受水阻力时，阻力的大小和方向计算过程简单、精度高。该装置同时具有测量快速、安装方便、对数据采集和处理系统要求低、测量成本低等特点。

技术研发人员：邱惠迪;姜萌
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2017.05.19
技术公布日：2017.08.18