CN102140785A - 一种水工模型制作装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水工模型制作装置,属于水利工程技术领域,其IPC国际专利分类号为E02B 1/02。适用于边坡陡峻,或地形高差距较大的水工模型制作。该装置由横梁、高程控制系统、支架、河道断面形态线四部分组成。在水利工程实体模型制作时,首先在河道断面的上方确定坐标系坐标原点;由横梁作为水平基准线,沿水平方向加工的刻度可以控制河道断面的起点距;高程控制系统中的每个高程控制杆可以上、下、左、右移动,通过其沿垂直的刻度准确控制每一个高程控制点的模型相对高程;河道断面形态控制线直接依次穿过每个高程控制杆尖端小孔,形成一个完整的河道断面。施工人员可据此制作河道断面,进而制作整个实体模型。
Description
技术领域:
本发明涉及一种水工模型制作装置,属于水利工程技术领域,其IPC国际专利分类号为E02B 1/02。
背景技术:
小浪底库区模型是“模型黄河”的重要组成部分。整个模型从小浪底大坝至三门峡水文站,原型库段长约125km,高程从155m至285m,模型包括库区100%的干流原始库容及近95%的支流库容。依据所选用的几何比尺(水平比尺300,垂直比尺60)缩尺后,模型长约440m,模型平均宽度约15m,高约2.4m。模型分为动床和定床两部分。初期模型建设主要是模型定床部分的制作,动床部分主要是在每组次试验之前进行。在小浪底库区初期定床模型制作时,采用通常的断面模板地形制作技术,遇到了一系列的问题:由于小浪底水库是典型的峡谷型水库,库区边坡非常陡,模型经过变态处理后,边坡变的更加陡峻,大部分库段的边坡都在70°以上,部分库段甚至接近90°,使得模型断面模板的埋置及取出的过程中模型回填土经常产生坍塌,回填土的密实度和地形制作的精度难以达到要求,时常不得不返工,加大工作量,导致工作延误,难以保质保量的完成模型定床部分的制作。模型定床部分制作的滞后将势必影响小浪底水库拦沙期防洪减淤运用方式研究和小浪底库区模型试验研究工作,进而拖延整个小浪底水库拦沙期防洪减淤运用方式研究项目的顺利开展。针对上述情况,通过多次摸索尝试开发了此套利用逆向法地形制作技术进行地形制作的设备。该设备不仅可用于小浪底库区模型,也适用于所有边坡陡峻,或地形高差较大水工实体模型地形制作中。
发明内容:
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种能够无需在回填土下埋置断面板的地形制作设备,从而使模型回填土的密实度不受影响,保证模型的精确度。本发明的技术方案如下:
一种水工模型制作装置,包括横梁、支架、高程控制系统和河道断面形态控制线四部分;横梁由金属型材加工而成,最大垂向挠度0.5mm,在横梁上沿水平方向加工有刻度,用于控制河道断面的起点距;所述支架为两个伸缩式支架,用于支撑所述横梁,在所述支架与横梁的连接处,设有水平调整螺栓和垂直调整螺栓,用以调整横梁相对于支架的水平和垂直位置;所述高程控制系统由多个高程控制杆组成,所述高程控制杆由方形金属型材制成,所述高程控制杆的下端为尖头,在所述尖头上加工有一个小孔;在高程控制杆上沿垂直方向加工有刻度,用于控制每一个高程控制点的模型相对高程;每个所述高程控制杆与所述横梁连接处均设有水平调整螺栓和垂直调整螺栓,用以调整所述高程控制杆相对于横梁的水平及垂直位置;所述河道断面形态控制线是一根软细线,依次穿过每个高程控制杆尖端的所述小孔,形成一个完整的河道断面。
优选地,所述横梁和高程控制杆由铝或不锈钢型材制成。
本发明的水工模型制作装置,采用逆向法地形制作原理,是一个投资少、操作容易、无特殊技术要求、适用范围限制小的装置,可以广泛的适用于边坡坡度大的水库实体模型制作中去。
附图说明:
图1为现有技术的断面模板制作模型示意图。
图2为本发明的水工模型制作装置的原理示意图。
图3为本发明的水工模型制作装置示意图。
图4为本发明的高程控制杆与横梁连接处的局部放大图
图中,1为横梁,2为支架,3为高程控制杆,4为河道断面形态控制线,5为支架高度调整螺栓,6为支架水平调整螺栓,7为支架垂直调整螺栓,8为高程控制杆垂直调整螺栓,9为高程控制杆水平调整螺栓。
具体实施方式:
通常情况下,制作河道断面模型的断面模板的形态如图1所示,断面模板的材料一般为三合板。受三合板强度和规格(1.44m×2.4m)的限制,一个断面模板的最大模型垂直高差不易超过1m,平均模型垂直高差不易超过0.5m,模型水平距离不超过2.4m,通常一个完整的断面由若干个断面模板组合而成。同时为了便于地形制作时断面模板的埋置,地形制作时可以沿图中粗虚线将断面模板的左、右两个下角锯下,不影响地形制作的精度。一般情况下,在模型定床地形制作完成后断面模板均需取出,以防止模型漏水。
通常情况下,每一个断面模板都有一个如图1所示的坐标系,原点位于断面模板的左下角。假设原点0的模型坐标为(x0,y0),河道断面高程控制点的模型坐标为(xi,yi),x坐标代表模型起点距,y坐标代表模型高程。
河道断面高程控制点的模型相对高程hi=yi-y0,相对起点距li=xi-x0。
为了保证模型制作的精度,在断面模板的埋置安装过程中,需要通过反复校核断面模板上控制点的模型起点距及高程。在地形起伏变化大的模型制作时,由于断面模板不易固定,更大大地增加断面模板埋置安装的工作量。
在制作边坡陡峻或地形高差较大的水工实体模型时,例如黄河小浪底库区模型的制作,库区模型经过变态处理后,边坡变的更加陡峻,大部分库区断面在不到0.5m的水平距离内,高差高达2m以上。原有的地形制作方法遇到许多施工难题,例如断面模板强度明显不足,模板固定难度大,特别是在断面模板的埋置及取出的过程中模型回填土经常产生坍塌,需要反复进行回填制作,浪费了大量的人力物力,并且难以保证回填土的密实度和地形制作的精度。针对这一难题,经过多次尝试,利用逆向法地形制作技术,制作了可以重复使用的地形制作仪,即本发明的水工模型制作装置。其原理如图2所示。
本发明的水工模型制作装置与通常的断面模板最大的不同是,图1所示的断面模板的坐标原点O被平移到图2所示的O′处,地形制作的主要控制部分(除支架外)均被移动到河道断面的上方,即无需回填土下埋置。故不会引起模型回填土坍塌,保证了模型回填土的密实度不受影响。
如图2所示,应用本发明的模型制作装置时,河道断面高程控制点的模型相对高程h′i=y′0-yi,相对起点距li=xi-x′0。
在水利工程实体模型制作时,由横梁作为水平基准线,沿水平方向加工的刻度可以控制河道断面的起点距;高程控制系统中的每个高程控制杆可以上、下、左、右移动,通过其沿垂直的刻度准确控制每一个高程控制点的模型相对高程;支架可以布设在横梁两端或河道主槽中,通过前后移动确定河道中断面的位置;河道断面形态控制线直接依次穿过每个高程控制杆尖端小孔,形成一个完整的河道断面。施工人员可据此制作河道断面,进而制作整个实体模型。
根据上述原理,本发明的水工模型制作装置的具体结构如下:
一种水工模型制作装置,包括横梁1、支架2、高程控制系统和河道断面形态控制线4四部分。横梁1由铝或不锈钢等金属型材加工而成,最大垂向挠度0.5mm,在横梁1上沿水平方向加工有刻度,用于控制河道断面的起点距。同时,横梁1的上缘也充当水平基准线的作用。
所述支架2用于支撑所述横梁1,为两个伸缩式支架,可以通过液压油缸、丝杠、高度调整螺栓5或其他装置调整支架2的高度。支架2是移动式的,根据每个断面现场的具体情况,支架2可以布设在横梁1两端,也可以布设在河道主槽中。在支架2与横梁1的连接处,即支架2的上端——横梁1支撑端,设有水平调整螺栓6和垂直调整螺栓7,用以调整横梁1相对于支架2的水平和垂直位置。制作模型时,调整水平调整螺栓6,可以移动支架2,用以调整横梁1相对于支架2的水平位置。调整垂直调整螺栓7,可以调整横梁1相对于支架2的垂直位置,其主要作用是对横梁1进行微调,使横梁1保证水平。也可以调整横梁1的侧面保持垂直在位置。
高程控制系统由多个高程控制杆3组成。高程控制杆3是由方形或工字型铝或不锈钢等金属型材(1×1cm)制成。高程控制杆3的下端为尖头,在每个尖头上一个加工有一个小孔。高程控制杆3上沿垂直方向加工有刻度,用于控制每一个高程控制点的模型相对高程。每个高程控制杆3与横梁1连接处均设有手动水平移动及垂向升降装置,可以选用水平调整螺栓9和垂直调整螺栓8,也可以是现有的其他调整装置,本领域技术人员可以根据自己的情况自由选用,用于调整每个所述高程控制杆3相对于横梁1的水平及垂直位置,即每个高程控制点的水平位置和高程。
河道断面形态控制线4是一根具有一定强度的软细线,可以选用金属线,也可以选用非金属线。河道断面形态控制线4直接依次穿过每个高程控制杆尖端的小孔,形成一个完整的河道断面。施工人员可以根据该控制线进行模型地形的制作。
本发明的模型制作装置,具有以下显著的优点:
1)安装容易,操作方便,没有特殊的技术要求,安装的过程中只需一台水准仪配合进行水平基准线的高程测量,整个模型制作装置的安装、制作一个河道断面的时间只需要10分钟。
2)可重复使用,投资少,简单易行。由于构思巧妙,所有部件采购加工都比较方便,容易实施。单台装置价值约1000元,加之可重复使用,大大的降低了模型地形制作的成本。就小浪底库区模型制作而言,节省成本达到20万元以上。
3)工作效率显著提高,精度高。与原来的断面模板相比,由于本装置无需地下埋置,不会对回填土的密实度产生影响,更不可能引起回填土坍塌,加之,本装置容易安装,操作方便,也大大地推进了地形制作的进度。工作的总体效率可以提高5倍以上。而且,由于整个装置系统稳定,不易产生变形,从而保证了模型地形制作的精度。
Claims (2)
1.一种水工模型制作装置和方法,其特征在于,包括横梁(1)、支架(2)、高程控制系统和河道断面形态控制线(4)四部分;所述横梁(1)由金属型材加工而成,最大垂向挠度0.5mm,在横梁(1)上沿水平方向加工有刻度,用于控制河道断面的起点距;所述支架(2)为两个伸缩式支架,用于支撑所述横梁(1),在所述支架(2)与横梁(1)的连接处,设有水平调整螺栓(6)和垂直调整螺栓(7),用以调整横梁(1)相对于支架(2)的水平和垂直位置;所述高程控制系统由多个高程控制杆(3)组成,所述高程控制杆(3)由方形金属型材制成,所述高程控制杆(3)的下端为尖头,在所述尖头上加工有一个小孔;在高程控制杆(3)上沿垂直方向加工有刻度,用于控制每一个高程控制点的模型相对高程;每个所述高程控制杆(3)与所述横梁(1)连接处均设有水平调整螺栓(9)和垂直调整螺栓(8),用以调整所述高程控制杆(3)相对于横梁(1)的水平及垂直位置;所述河道断面形态控制线(4)是一根软细线,依次穿过每个高程控制杆(3)尖端的所述小孔,形成一个完整的河道断面。
2.根据权利要求1所述的水工模型制作装置和方法,所述横梁(1)和高程控制杆(3)由铝或不锈钢型材制成。
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