[实用新型]一种用于桩柱绕流试验的作用力测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于突出液面的桩柱绕流试验的作用力测量装置。

背景技术

当液流如水流正交地绕过突出液面的各种闸墩和桩柱等物体时，物体将受到沿流动方向的绕流阻力和垂直于流动方向的横向升力作用。当桩柱倾斜时或液流与桩柱斜交时，作用在桩柱上的作用力表现为：沿流动方向的作用力、垂直于桩柱轴向与来流方向的横向力与沿桩柱轴向的作用力。据此可分解为桩柱绕流作用力：沿流动方向且垂直于桩柱的绕流阻力、垂直于来流方向和桩柱轴向的横向升力以及沿桩柱轴向的力。由于桩柱绕流特性复杂，目前还很难从理论上直接计算求解。桩柱绕流的研究大多仍借助于数值模拟和物理模型试验，其中斜置桩柱或液流与桩柱斜交时桩柱受到的绕流阻力、升力与轴向力的精确测量，对于突出液面的桩柱绕流物理模型试验研究尤为重要。

在测量突出液面的桩柱绕流作用力时，需要保证测量装置不能干扰流体流动。目前已有的突出液面的竖直桩柱绕流试验的作用力测量装置主要有三种：第一种是将桩柱顶端与浮体相连，利用浮体的浮力使桩柱与渠底留有小间隙，并在桩柱上安装一传力刚架，将绕流作用力传递给测力设备，由测力设备测出该力的大小。该装置中的浮体在非均匀流和非恒定流条件下易出现波动，对试验条件要求较苛刻，且只能测得竖直桩柱水平方向上的绕流阻力，而无法测得斜交流体作用在桩柱上的竖直方向上的作用力及非恒定流体流动的绕流作用力。第二种是在渠底留有一段槽沟，将桩柱安装构件置于槽沟中，桩柱安装面板与槽底齐平，将桩柱安装在面板上，液流对桩柱的冲击作用力通过液面以上的传力刚架构件传递给置于整个构架前面或后面的测力设备。该装置需要槽底预留槽沟，面板运行时槽底存在摩擦阻力，且摩擦力的大小随不同流量和水深的变化而变化，摩擦力的影响难以量化。该装置同样无法测量桩柱受到的竖直方向上的作用力及非恒定流体流动的绕流作用力。第三种是在待测桩柱迎流侧和背流侧对称地各安装一个压力传感器，以测量竖直桩柱受到的沿流动方向的绕流阻力，在竖直桩柱顶端安装一个拉压传感器，以测量液流流向平面内斜交流体作用在桩柱上的竖直方向上的作用力。传感器测得的作用力信号经放大器放大后输入记录仪，通过记录仪可以得到桩柱受到的液流流向平面内水平和竖直方向上液流作用力的动态变化过程。这个装置可用于测量突出液面的竖直桩柱在水平来流或与桩柱斜向相交的液流及非恒定液流的绕流作用力。而且，上述三种测量装置均不能用于斜置桩柱在水平或斜向来流下桩柱绕流阻力与桩柱轴向作用力的测量。

然而，对于溢流坝坝面设置分流墩时水流对分流墩的作用、斜坡河渠中水流对水工建筑物的作用及城市积水斜坡和台阶上的柱体或行人受到的作用力等问题，柱体（或其它被绕流物体）并非竖直而是处于斜置状态，且在上述情况下，液流往往是非恒定流，目前已有的测量装置针对斜置柱体（或其它被绕流物体）在水平或斜向来流下的液流绕流的试验的作用力测量受到了限制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于桩柱绕流试验的作用力测量装置，该装置可用于对竖直或斜置的、突出液面的桩柱，在水平或斜向来流下，测量桩柱绕流阻力与沿桩柱轴向的作用力。