CN115125910A - 一种可自适应折叠的防洪结构 - Google Patents

一种可自适应折叠的防洪结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可自适应折叠的防洪结构，包括可动块体单元、固定支座、固定单元，可动块体单元可在至少两个状态之间切换。本发明可在水流冲击下自发改变结构形态，变化结构高度，无需另外的内部动力，仅依靠单元之间的铰链自适应变化，带动结构快速就位至不同的高度，以调控水位，或调整溢过这个装置的流量，使上游水位保持在一定值内，从而达到防洪的目的，为预防洪水灾害提供了新思路。本发明是一种可自适应折叠的防洪结构，可快速实现对防洪结构整体的搭建与拆卸，此结构可定制化设计，以减少材料浪费和人力损失，且此防洪结构可缓解洪水的冲击力，整体安装的稳定性较强，具有使用便捷，适用性强的特点。

Description

一种可自适应折叠的防洪结构
技术领域
本发明属于城市结构防灾减灾领域，特别是涉及一种可自适应折叠的防洪结构。
背景技术
常规的防洪结构是一种具有固定高度的，永久性的被动结构。在汛期，永久性防洪结构在提供防洪方面起作用，但它们可能对景观产生负面影响。此外，不能变化高度的防洪结构会使大量的水积蓄，甚至导致灾害的发生。
许多大坝及溢流设备都有用来控制流量的大型闸门，防洪结构中用来调节水流的设备类型非常多。比如可以自动升降的防洪墙，这样做的好处是可以增加防洪结构的过水能力。如刘建军等在中国实用新型专利CN209162756U中公开的“一种自动升降防洪墙”，该装置包括沿防洪堤坝的长度方向设置的可升降的自动防洪墙，虽然可以在极短的时间内完成防止河流漫溢的防洪工作，但是该结构需要人力进行安装，操作较为麻烦，且内部含有多种传感器以及控制器，结构较为复杂，使用不便。此外，李玲玲等在中国实用新型专利CN206090460U中公开了“一种可快速组装的防洪装置”，该防洪装置依次连接后组成整体的防洪墙，包括底座，防洪挡墙和转臂支座。然而，在操作上，所述装置结构复杂，需要外部提供动力，而且结构在大多数情况下需要人为操控，根据流量来现场操纵闸门的开闭。另外，最近的翻板闸门系统可以通过水流的冲击展开结构，无需外力冲击，如日本的海床式可移动襟翼门式防波堤系统，沿海床使用一系列门，这些门利用其浮力旋转并抬起，形成连续的可移动防波堤，可以利用洪水本身来升高防洪屏障。虽然该装置结构简单，不需外力干预，但是结构需要整体进行安装与拆卸，且不能随着不同地区的流域变化进行结构更新，应用范围较小。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种可自适应折叠的防洪结构，既能在洪水来临时进行自适应变化，以实时调节洪水流量的变化，又不必因为结构复杂度高及操作强度难而困扰，且结构可以根据当地的气候、流域进行定制化设计，可以更便捷地阻挡或调控洪水。
为了实现本发明目的，本发明提供的一种可自适应折叠的防洪结构，包括固定支座、设置在固定支座上的固定单元和至少一个可动块体单元，
固定支座用于与地面固定连接；
固定单元与固定支座之间可拆卸嵌合连接；
可动块体单元与固定单元之间通过柔性铰链连接，当设置两个或两个以上可动块体单元时，任意两个相邻的可动块体单元之间通过柔性铰链连接，所述柔性铰链能在外力作用下发生变形，使得可动块体单元能够通过所述柔性铰链的变化而翻转，使防洪结构整体形态改变。
通过前述方案提供的防洪结构，柔性铰链可在水流冲击或者水的浮力作用下发生变形，可动块体单元能够通过柔性铰链的变化而翻转，使结构整体形态改变。当有洪水威胁时，防洪结构可以在水流冲击下自动展开，并且当洪水下降时，防洪结构会自动恢复成平坦的原始状态。可自适应折叠的防洪结构可以在洪水来临之际快速展开，自适应变化高度，且能够避免操作复杂，避免耗费人力物力。
可动块体单元部分本身构造成浮力部分，整体结构可以自动折叠，固定支座设置高度，可以在结构变形后托放可动块体单元，使之变形后稳定。利用固定支座使防洪结构保持在升高位置。不需要内部设置致动结构或者外界人力来移动防洪结构或将防洪结构锁定在固定的位置。
对本发明方案的进一步改进，所述可动块体单元通过连接的柔性铰链能够至少在平坦与完全翻转180°两个状态之间切换，使可自适应折叠的防洪结构整体高度发生改变。
对本发明方案的进一步改进，可动块体单元的内部为中空结构。
对本发明方案的进一步改进，可动块体单元与固定单元的连接中，相应的柔性铰链的两侧分别嵌合粘结固定在可动块体单元与固定单元中，相邻可动块体单元之间的连接中，相应的柔性铰链的两侧分别嵌合粘结固定在该相邻的两个可动块体单元中。
对本发明方案的进一步改进，所述防洪结构表面涂覆有防水剂。
对本发明方案的进一步改进，防洪结构中各处的所述柔性铰链的刚度属性相同或不全部相同。
对本发明方案的进一步改进，所述固定支座上设置有凸起，所述固定单元上设置有与所述凸起配合的凹槽，所述凸起能够嵌合固定在所述凹槽内。
对本发明方案的进一步改进，所述固定单元为一体成型的结构或包括至少两个固定子单元，相邻固定子单元之间可拆卸嵌合连接。可以根据具体情况采用固定子单元进行组装。
对本发明方案的进一步改进，所述可动块体单元的截面形状为四方形或三角形。
对本发明方案的进一步改进，所述可动块体单元为一体成型的结构或包括至少两个块单元，相邻块单元之间可拆卸嵌合连接。具体地，块单元上设置有凸起和凹槽，通过凸起和凹槽能够实现块单元之间的连接。可以根据具体情况采用块单元进行组装得到所需可动块体单元。
所述的可自适应折叠的防洪结构，各部件之间的连接都采用模块化嵌入，固定单元与固定支座之间的连接也都采用嵌入式固定。可以根据具体情况进行组装，嵌入的方式使结构形成整体，以在折叠时同时顺序升高或降低防洪结构。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1)可组装形成整体的防洪墙，具有可重新配置的特点，适用于不同情景的防洪情况；
2)可动块体单元采用可拆卸连接，便于再次利用，且运输便利；
3)操作简单，安装好之后，结构可以自发进行改变，升高结构的高度，阻挡洪水肆虐，保障人民群众的人身及财产安全。而没有洪水时，结构也会自发降低高度，恢复成平状态，不会影响城市景观。
4)可自适应折叠的防洪结构包括可动块体单元、固定支座、以及可折叠变形的柔性铰链，该防洪结构可以在预期有洪水事件的情况下自发变化高度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。然而，这些实施例仅表示可以采用本发明的原理的各种方式中的一些方式，并且本发明旨在包括所有这些方面及其等同内容。当结合附图考虑时，从以下对本发明的描述中，本发明的其他优点、实施例和新特征将变得显而易见。通过举例给出以下描述，但并不旨在将本发明仅限于所描述的特定实施例，可以结合附图来最好地理解这些实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的可动块体单元和固定单元的连接示意图；
图2是本发明实施例中的块单元或固定子单元的结构示意图；
图3是本发明实施例中的固定支座的三维示意图；
图4是本发明实施例中的固定支座的正视图；
图5是本发明实施例一中各部件拼接后，防洪结构变形前的三维示意图；
图6是本发明实施例一中各部件拼接后，防洪结构变形前的正视图；
图7是本发明实施例一中各部件拼接后，防洪结构变形后的示意图；
图8是本发明实施例二中各部件拼接后，防洪结构变形前的示意图；
图9是本发明实施例二中各部件拼接后，防洪结构变形后的示意图；
图10是本发明实施例三中各部件拼接后，防洪结构变形前的示意图；
图11是本发明实施例三中各部件拼接后，防洪结构变形后的示意图；
图12是本发明实施例四中各部件拼接后，防洪结构变形前的三维示意图；
图13是本发明实施例四中各部件拼接后，防洪结构变形后的示意图；
图14是本发明实施例五中各截面呈三角形的可动块体单元拼接后，防洪结构变形前的示意图；
图15是本发明实施例五中各截面呈三角形的可动块体单元拼接后，防洪结构变形前的正视图；
图16是本发明实施例五中各截面呈三角形的可动块体单元拼接后，防洪结构变形后的示意图；
图中：固定支座1；固定单元2；可动块体单元3；柔性铰链4。
具体实施方式
下面结合附图对本结构的具体实施方式作进一步说明。
本发明提供的一种可自适应折叠的防洪结构，包括固定支座1、设置在固定支座1上的固定单元2和至少一个可动块体单元3，所述固定支座1用于与地面固定连接，固定单元2与固定支座1之间可拆卸嵌合连接，可动块体单元3与固定单元2之间通过柔性铰链4连接(如图1所示)，柔性铰链3的两侧分别嵌合粘结固定在可动块体单元与固定单元中；当设置两个或两个以上可动块体单元时，任意两个相邻的可动块体单元3之间通过柔性铰链4连接，相应的柔性铰链的两侧分别嵌合粘结固定在该相邻的两个可动块体单元3中，整体结构可以在水流冲击下，可动块体单元3与柔性铰链同时移动变化，所述柔性铰链4在外力作用下发生变形，可动块体单元3能够通过所述柔性铰链4的变化而翻转，使防洪结构整体形态改变。其中，各部件之间的连接都采用模块化嵌入，整体结构与固定支座1之间的连接也采用嵌入式固定，便于安装与拆卸。
所述可动块体单元通过连接的柔性铰链能够至少在平坦与完全翻转180°两个状态之间切换，使可自适应折叠的防洪结构整体高度发生改变。
当有洪水威胁时，防洪结构可以在水流冲击下自动展开，并且当洪水下降时，防洪结构会自动恢复成平坦的原始状态。可自适应折叠的防洪结构可以在洪水来临之际快速展开，自适应变化高度，且能够避免操作复杂，耗费人力物力。
请参阅图3和图4，固定支座1为阶梯结构，能够设置高度，可以在结构变形后托放可动块体单元，使之变形后稳定。
优选地，所述固定支座1上设置有凸起，所述固定单元2上设置有与所述凸起配合的凹槽，所述凸起能够嵌合固定在所述凹槽内，使得所述固定支座1和所述固定单元2之间能够通过所述凸起和所述凹槽实现嵌合固定，且此种可拆卸的连接方式，也方便防洪结构的安装与拆卸。
优选地，所述固定单元1可以为一体成型的结构，如图14-图16中所示的固定单元，也可以包括至少两个固定子单元，相邻固定子单元之间可拆卸嵌合连接，如可以采用图2所示的结构，固定子单元上设置有凹槽和凸起，相邻固定子单元之间通过相应的凹槽和凸起实现可拆卸嵌合连接，如图1-图13中的固定单元即由多个固定子单元嵌合连接组成。固定单元采用上宽下窄的嵌合形状，能够使结构连接更加紧固。另外，固定子单元可与其他固定子单元嵌合，使结构整体安装便捷的前提下不减少稳定性。
优选地，可动块体单元可以加工具有中空内部部分的管状形状。中空的可动块体单元能够提高浮力，通过水提供浮力，在当防洪结构位于升高位置时，其中一个可动块体单元翻转，整体结构能够稳定在固定支座1背面。
优选地，所述可动块体单元的截面形状为四边形(如正方形、平行四边形等)，或三角形。可以理解的是，动块体单元的截面形状不局限在四边形、三角形，也可以采用其他的形状。
优选地，可动块体单元为一体成型的结构，如图14-图16中所示的可动块体单元。可动块体单元上设置有供柔性铰链嵌合固定的嵌合槽。
优选地，可动块体单元包括至少两个块单元，相邻块单元之间可拆卸嵌合连接，由嵌合固定的块单元组成可动块体单元。如可以采用图2所示的结构，块单元上设置有凹槽和凸起，相邻块单元之间通过相应的凹槽和凸起实现可拆卸嵌合连接。如图1-图13中所示的可动块体单元即由多个块单元可拆卸嵌合固定组成。
优选地，可将两个块单元以及连接所述两个块单元的柔性铰链一体成型，作为一个装配单元，可以预先制作具备不同刚度属性柔性铰链的装配单元，将装配单元与其他块单元进行嵌合拼装，即可组装得到可动块体单元。通过设置装配单元，可以快速更替结构的刚度属性，从而节省人力物力。而替换不同刚度属性的柔性铰链可以使整体结构产生不同程度的变形，防洪结构稳定后的形态以及最终的挡水高度可以能会不同。
通过铰链连接的块单元是一体成型的，然后与其他子单元嵌合拼接，这样，替换铰链连接的块单元可以通过整体拆卸，然后再装配带有不同刚度属性的铰链单元。通过可拆卸的铰链连接的块单元，可以快速更替结构的刚度属性，从而节省人力物力。实施例一、二、三里面都有这样的子单元。
优选地，柔性铰链由弹性体构成，所述弹性体可以采用硅胶、TPU材料中的任一种。当然，可以理解的是，其他能够进行变形的弹性体也能用于制作所述柔性铰链。
优选地，防洪结构中各处的所述柔性铰链的刚度属性相同或不尽相同。采用刚度属性不同的柔性铰链可使各处铰链发生不同程度的自适应变化，可以保证可动块体单元产生不同程度的翻转，使结构稳定后的形态发生改变，从而带动结构快速就位至不同的高度。
优选地，所述可动块体单元通过连接的柔性铰链能够至少在平坦与完全翻转180°两个状态之间切换，使可自适应折叠的防洪结构整体高度发生改变。
优选地，所述防洪结构表面有防水剂，以减缓腐蚀。
本发明提供的一种可自适应折叠的防洪结构，可动块体单元可在至少两个状态之间切换。可在水流冲击下自发改变结构形态，变化结构高度，无需另外的内部动力，仅依靠单元之间的铰链自适应变化，带动结构快速就位至不同的高度，以调控水位，或调整溢过这个装置的流量，使上游水位保持在一定值内，从而达到防洪的目的，为预防洪水灾害提供了新思路。且本发明提供的防洪结构各部分之间为可拆卸连接，可快速实现对防洪结构整体的搭建与拆卸，此结构可定制化设计，以减少材料浪费和人力损失，且此防洪结构可缓解洪水的冲击力，整体安装的稳定性较强，具有使用便捷，适用性强的特点。
下面通过具体的实施例对本发明做具体介绍。
实施例一
请参阅图5-图7，本实施例提供的一种可自适应折叠的防洪结构，包括固定支座1、设置在固定支座1上的固定单元2和一个可动块体单元3，固定支座1用于与地面固定连接，固定单元2与固定支座1之间通过凹槽和凸起的配合嵌合连接，可动块体单元3与固定单元2之间通过柔性铰链4连接。
其中，本实施例中的可动块体单元3的截面形状为四边形。
其中，本实施例中的可动块体单元3包括3个相互嵌合连接的块单元，固定支座1包括3个嵌合连接的固定子单元。
当有洪水时，在水流冲击下，柔性铰链4在外力作用下发生变形，可动块体单元3能够通过所述柔性铰链4的变化而翻转，可动块体单元3翻转后叠靠在固定支座1的阶梯上，防洪结构的整体高度相较于变形前得到了提高，从而可以通过洪水本身来升高防洪屏障。
实施例二
请参阅图8-图9，本实施例提供的一种可自适应折叠的防洪结构，包括固定支座1、设置在固定支座1上的固定单元2和两个可动块体单元3，固定支座1用于与地面固定连接，固定单元2与固定支座1之间通过凹槽和凸起的配合嵌合连接，可动块体单元3与固定单元2之间通过柔性铰链4连接，相邻可动块体单元3也通过柔性铰链4连接。
其中，本实施例中的可动块体单元3的截面形状为四边形。
其中，本实施例中的可动块体单元3包括3个相互嵌合连接的块单元，固定支座1包括3个嵌合连接的固定子单元。
在洪水的冲击下，本实施例中的防洪结构在柔性铰链4的作用下能够从图8所示结构变形为图9所示结构，防洪结构的整体高度相较于变形前得到了提高，从而可以通过洪水本身来升高防洪屏障。
实施例三
请参阅图10-图11，本实施例提供的一种可自适应折叠的防洪结构，包括固定支座1、设置在固定支座1上的固定单元2和三个可动块体单元3，固定支座1用于与地面固定连接，固定单元2与固定支座1之间通过凹槽和凸起的配合嵌合连接，可动块体单元3与固定单元2之间通过柔性铰链4连接，任意两相邻可动块体单元3也通过柔性铰链4连接。
其中，本实施例中的可动块体单元3的截面形状为四边形。
其中，本实施例中的可动块体单元3包括3个相互嵌合连接的块单元，固定支座1包括3个嵌合连接的固定子单元。
在洪水的冲击下，本实施例中的防洪结构在柔性铰链4的作用下能够从图10所示结构变形为图11所示结构，通过水提供浮力，在当防洪结构位于升高位置时，其中结构中的可动块体单元连续翻转，整体结构稳定在支座背面，防洪结构的整体高度相较于变形前得到了提高，从而可以通过洪水本身来升高防洪屏障。
实施例四
请参阅图12-图13，本实施例提供的一种可自适应折叠的防洪结构，包括固定支座1、设置在固定支座1上的固定单元2和九个可动块体单元3，固定支座1用于与地面固定连接，固定单元2与固定支座1之间通过凹槽和凸起的配合嵌合连接，可动块体单元3与固定单元2之间通过柔性铰链4连接，任意两相邻可动块体单元3也通过柔性铰链4连接。
其中，本实施例中的可动块体单元3的截面形状为四边形。
其中，本实施例中的可动块体单元3包括3个相互嵌合连接的块单元，固定支座1包括3个嵌合连接的固定子单元。
在洪水的冲击下，本实施例中的防洪结构在柔性铰链4的作用下能够从图12所示结构变形为图13所示结构，通过水提供浮力，在当防洪结构位于升高位置时，其中多个可动块体单元按顺序翻转，整体结构呈现五倍原结构高度的稳定状态。防洪结构的整体高度相较于变形前得到了提高，从而可以通过洪水本身来升高防洪屏障。
实施例五
请参阅图14-图16，本实施例提供的一种可自适应折叠的防洪结构，包括固定支座1、设置在固定支座1上的固定单元2和六个可动块体单元3，固定支座1用于与地面固定连接，固定单元2与固定支座1之间通过凹槽和凸起的配合嵌合连接，可动块体单元3与固定单元2之间通过柔性铰链4连接，任意两相邻可动块体单元3也通过柔性铰链4连接。
其中，本实施例中的可动块体单元3的截面形状为三角形，且可动块体单元3为一体成型。
其中，本实施例中的固定单元2为一体成型。
在洪水的冲击下，本实施例中的防洪结构在柔性铰链4的作用下能够从图14所示结构变形为图16所示结构，通过水提供浮力，在当防洪结构位于升高位置时，其中多个可动块体单元按顺序翻转，整体结构呈现三倍原结构高度的稳定状态。防洪结构的整体高度相较于变形前得到了提高，从而可以通过洪水本身来升高防洪屏障。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想的前提下，本发明可自适应折叠的防洪结构的结构尺寸可根据实际工程情况来设计及加工；各部件之间的连接方式还可以采用其他方式；可动块体的形状和镂空程度可以采取其他的方式；支架底座等结构可根据实际情况选择钢材等具有较好强度的材料。

Claims (10)

1.一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，包括固定支座(1)、设置在固定支座上(1)的固定单元(2)和至少一个可动块体单元(3)，
固定支座(1)用于与地面固定连接；
固定单元(2)与固定支座(1)之间可拆卸嵌合连接；
可动块体单元与固定单元(2)之间通过柔性铰链(4)连接，当设置两个或两个以上可动块体单元(3)时，任意两个相邻的可动块体单元(3)之间通过柔性铰链连接，所述柔性铰链能在外力作用下发生变形，使得可动块体单元(3)能够通过所述柔性铰链的变化而翻转，使防洪结构整体形态改变。
2.根据权利要求1所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，所述可动块体单元(3)通过连接的柔性铰链能够至少在平坦与完全翻转180°两个状态之间切换，使可自适应折叠的防洪结构整体高度发生改变。
3.根据权利要求1所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，可动块体单元(3)的内部为中空结构。
4.根据权利要求1所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，可动块体单元(3)与固定单元(2)的连接中，相应的柔性铰链的两侧分别嵌合粘结固定在可动块体单元(3)与固定单元(2)中，相邻可动块体单元(3)之间的连接中，相应的柔性铰链的两侧分别嵌合粘结固定在该相邻的两个可动块体单元(3)中。
5.根据权利要求1所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，所述防洪结构表面涂覆有防水剂。
6.根据权利要求1所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，防洪结构中各处的所述柔性铰链的刚度属性相同或不尽相同。
7.根据权利要求1所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，所述固定支座(1)上设置有凸起，所述固定单元(2)上设置有与所述凸起配合的凹槽，所述凸起能够嵌合固定在所述凹槽内。
8.根据权利要求1所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，所述固定单元(2)为一体成型的结构或包括至少两个固定子单元，相邻固定子单元之间可拆卸嵌合连接。
9.根据权利要求1所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，所述可动块体单元(3)的截面形状为四方形或三角形。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种可自适应折叠的防洪结构，其特征在于，所述可动块体单元为一体成型的结构或包括至少两个块单元，相邻块单元之间可拆卸嵌合连接。
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