CN209907313U - 一种坡面可变角度的防波堤模型及其实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种坡面可变角度的防波堤模型及其实验系统，包括底部支撑结构，与底部结构一端铰接的受力坡面、设置在受力坡面另一端的顶板，还设置有丝杠，所述丝杠一端与受力坡面铰接，另一端与底部支撑结构固定，所述顶板上设置有通孔，所述丝杠穿过通孔。本实用新型在实验时通过丝杠可以对坡面很方便地进行20°‑90°之间任意角度的连续调节，以便于研究角度变化对波压力分布规律和波压力最大值及其作用位置的影响，同时可以观察波浪在不同角度坡面上的爬升和破碎效果，为防波堤设计提供基础。

Description

一种坡面可变角度的防波堤模型及其实验系统

技术领域

本实用新型涉及一种防波堤模型及其实验系统，尤其涉及一种坡面可变角度的防波堤模型及其实验系统，属于海洋工程实验技术领域。

背景技术

海岸和近海工程中防波堤受到的主要外力之一就是波浪力，对于作用于防波堤上波浪力研究，决定了工程目标的实现和建筑物的稳定与安全。现有的防波堤模型斜坡面都是固定角度，不便于对不同角度斜坡防波堤所受波浪力的研究。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有防波堤模型的不足而提供一种坡面可变角度的防波堤模型及其实验系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种坡面可变角度的防波堤模型，包括底部支撑结构，与底部结构一端铰接的受力坡面、设置在受力坡面另一端的顶板，还设置有丝杠，所述丝杠一端与受力坡面铰接，另一端与底部支撑结构固定，所述顶板上设置有通孔，所述丝杠穿过通孔。

本实用新型还包括这样一些特征：

1.所述受力坡面与水平面之间的角度为20°-90°；

2.还设置有防浪胸墙，所述防浪胸墙与顶板固定连接；

3.所述底部支撑结构设置有开孔。

一种坡面可变角度的防波堤模型实验系统，包括水槽、设置在水槽一端造波机、设置在水槽另一端的消波装置、设置在水槽中间的坡面可变角度的防波堤模型及波压力测量装置，所述波压力测量装置设置在防波堤模型的受力坡面上。

所述防波堤模型与水槽的宽度一致且受力坡面的方向迎着造波机；

所述防波堤模型的丝杠长度大于水槽高度；

所述受力坡面中线上延长度方向设置7-10个测点螺孔，所述防浪胸墙沿高度方向布置3-5 个测点螺孔；

所述测点螺孔设置有压力传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型在实验时通过丝杠可以对坡面很方便地进行20°-90°之间任意角度的连续调节，以便于研究角度变化对波压力分布规律和波压力最大值及其作用位置的影响，同时可以观察波浪在不同角度坡面上的爬升和破碎效果，为防波堤设计提供基础。

附图说明

图1是本实施例一种坡面可变化角度的防波堤模型的结构示意图；

图2是使用图1所示防波堤模型测试坡面上波压力大小和分布规律的一种坡面可变角度的防波堤模型实验系统示意图；

图3是使用图2所示实验系统测得坡面相对水平面倾斜角为30°时，防波堤坡面上波压力分布规律；

图4是图3其中一个测点的波压力随时间变化过程线。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型的目的在于克服现有防波堤模型的不足，发明一种坡面可变角度的防波堤模型及实验系统，便于研究人员使用该模型进行实验时，能够连续改变坡面倾斜角度，研究不同角度与作用于防波堤坡面上的波浪力之间的变化规律，为防波堤设计提供技术基础。

本实用新型提供一种坡面可变化角度的防波堤模型，包括顶板、受力坡面、丝杠、底部支撑结构、防浪胸墙。丝杠一端固定于底部支撑结构，另一端与受力坡面连接。通过丝杠可以调节受力坡面的倾斜角度。

上述方案中通过丝杠调节受力坡面的倾斜角度，研究坡面倾斜角度变化对作用于防波堤上的波浪力的影响，同时可以观察不同倾斜角度下坡面上波浪的爬升和破碎效果。

优选地，丝杠选择不锈钢且长度稍大于实验水槽高度，便于操作人员随时改变防波堤斜坡面坡度进行实验研究。

优选地，受力坡面与底部支撑结构边缘采用铜制合页铰接，顶板与受力坡面铰接，二者连接成为一体与丝杠连接，通过丝杠调节受力坡面角度，角度可在20°-90°之间连续变化，以便研究角度变化对作用于坡面上波浪力的影响。

优选地，顶板上预留空间可以根据实验工况考虑是否安装防浪胸墙。

本实用新型的另一个目的在于提供一种测量作用于坡面可变角度防波堤上波压力大小和分布规律的实验系统，所述实验系统包括水槽、推板式造波机、波压力测量装置和所述防波堤模型，防波堤模型的宽度与水槽宽度一致，造波机设于水槽一端在槽内形成规则波或不规则波浪，波浪行进方向与水槽长度方向一致，水槽另一端设变孔径消波板消波装置以减少反射波的影响，实验时防波堤模型设置在水槽中间段。

水槽中水位可以根据防波堤模型的坡度变化而相应调节，使模型顶部稍露出或刚好浸没于水面。

防波堤受力坡面轴线上沿坡面长度方向均匀布置7-10个测点，造波机制造波浪后，波浪正面入射防波堤模型，通过布置与坡面处的7-10个测点采集波压力，进行数据处理可得到同一波高下不同倾斜角度时坡面上波压力的分布规律以及最大波压力的作用位置。

本实用新型一种坡面可变角度的防波堤模型，包括防浪胸墙1、顶板2、丝杠3、受力坡面4、底部支撑结构5、丝杠3一端固定于底部支撑结构5，另一端与受力坡面4铰接。通过丝杠可以调节受力坡面与水平面间的倾斜角度；所述模型还包括合页、螺丝，防浪胸墙1与顶板2间通过螺丝固定连接；顶板2与受力坡面4固定铰接；受力坡面4与底部支撑结构5 间合页铰接；通过丝杠可以调节受力坡面与水平面间的倾斜角度在20°-90°之间连续变化；顶板2中间挖空以便为丝杠3留出活动空间，底部支撑结构5各板子间螺丝固定连接，同时为了减轻自重和便于安装测量仪器，各个板子上可相应开孔；一种坡面可变角度的防波堤模型实验系统，使用防波堤模型9，所述实验系统包括水槽6、置于水槽一端的推板式造波机7、置于水槽另一端的变孔径消波装置10以及波压力测量装置8，实验系统的防波堤模型宽度与实验水槽宽度一致，受力坡面迎着来流方向布置，且置于水槽长度方向中间段，受力坡面4 中线上沿长度方向均布7-10个测点螺孔安装压力传感器，防浪胸墙(1)沿高度方向均布3-5个测点螺孔，孔径与实验采用的压力传感器直径一致。防浪胸墙可根据实际情况选择安装与否。防波堤顶部允许过流不安装防浪胸墙，反之则安装防浪胸墙。

实施例一

本实施例一种坡面可变角度的防波堤模型的示意图如图1所示，包括顶板1、受力坡面2、丝杠3、底部支撑结构4、防浪胸墙5(可根据实验要求和工况选择性加装)。顶板与受力坡面铰接成一体且连接处角度可自由调节，顶板始终水平。丝杠一端固定于底部支撑结构，另一端与受力坡面连接。通过丝杠可以调节受力坡面与水平面的倾斜角度。受力坡面与底部支撑结构采用四个合页连接。选择用防浪胸墙时可采用螺丝将其固定于顶板上。顶板中部留出丝杠调节空间。为减轻自重和便于安装测量仪器，可在底部支撑结构上设置相应的开孔。

定义底部支撑结构所在平面为水平面。

丝杠采用不锈钢材质，长度1.2m。顶板、受力坡面、底部支撑结构、防浪胸墙选用厚度为15mm的有机玻璃板，受力坡面宽度80cm(等于实验水槽宽度)。

根据实验使用的压力传感器型号，受力坡面中线上均布7-10个测点螺孔，螺孔孔径与压力传感器直径一致，便于压力传感器的安装。

本实用新型一种坡面可变化角度的防波堤模型，能够连续改变坡面倾斜角度，研究不同角度时作用于防波堤坡面上的波浪力的变化规律，为不同潮位下防波堤设计提供技术基础。

其中，所述模型中还包括若干螺丝，用于板材间的连接固定。通过转动丝杠可以实现受力坡面与水平面间20°-90°的连续调节，以便研究角度变化对作用于坡面上波浪力的影响。

本实施例还提供了一种测量作用于坡面可变角度的防波堤上波压力大小和分布规律的的实验系统如图2，所述实验系统包括水槽6、推板式造波机7、波压力测量装置8和所述防波堤模型9，以及消波装置10。防波堤模型的宽度与水槽宽度一致，造波机设于水槽一端，可在槽内形成规则波或不规则波浪，波浪行进方向与水槽长度方向一致，水槽另一端设变孔径消波板消波装置以减少反射波的影响，实验时防波堤模型设置在水槽中间段。

实验中水槽水位可以根据防波堤模型的坡度变化而相应调节，使模型顶部稍露出或刚好浸没于水面。可根据需要选择是否需要安装防浪胸墙。如果防波堤顶部不允许溢流，则安装防浪胸墙，胸墙竖直方向上可均匀设置3-5个测点，测得胸墙所受波浪力。防波堤受力坡面上沿坡面长度方向均匀布置7-10个测点，造波机制造波浪后，波浪正面入射防波堤模型，通过布置与坡面处的7-10个测点采集波压力，进行数据处理可得到同一波高下不同倾斜角度时坡面上波压力的分布规律以及最大波压力的作用位置。

此外，在实验时通过调节丝杠改变受力坡面倾斜角度，如30°、45°、60°、90°，以便于研究角度变化对波压力分布规律和波压力大小及其作用点的影响，同时可以观察波浪在不同角度坡面上的爬升和破碎效果，为防波堤设计提供基础。图3为受力坡面30°时坡面上波浪压力分布图，图4为其中一个测点的压力随时间变化曲线，通过实验可得出波浪压力沿斜坡面从水面上到水底的分布大致为先增大后减小；波压力的最大值大致出现在距静水面一倍波高的水面处。

本实用新型的上述实施例仅仅为了清楚说明本实用新型所作的举例，并非是对本实用新型实施方式的限定。对于所属领域的研究人员，在上述说明基础上可根据实际需要做出相应变化，这里无需对所有实施方式予以一一列举。凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改、改进，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

综上所述：本实用新型涉及港口航道与海岸工程模型实验技术领域，一种坡面可变角度的防波堤模型及实验系统，所述模型包括顶板、受力坡面、丝杠、底部支撑结构、防浪胸墙，通过丝杠可以调节受力坡面的倾斜角度，可以实现坡面与水平方向呈20°—90°的连续可变角度，进行不同角度斜坡堤和直立堤的坡面波压力模型实验，以便于研究角度变化对波压力分布规律和波压力最大值及其作用位置的影响，同时可以观察波浪在不同角度坡面上的爬升和破碎效果，为防波堤设计提供基础。

Claims (10)

1.一种坡面可变角度的防波堤模型，其特征是，包括底部支撑结构，与底部结构一端铰接的受力坡面、设置在受力坡面另一端的顶板，还设置有丝杠，所述丝杠一端与受力坡面铰接，另一端与底部支撑结构固定，所述顶板上设置有通孔，所述丝杠穿过通孔。

2.根据权利要求1所述的坡面可变角度的防波堤模型，其特征是，所述受力坡面与水平面之间的角度为20°-90°。

3.根据权利要求1或2所述的坡面可变角度的防波堤模型，其特征是，还设置有防浪胸墙，所述防浪胸墙与顶板固定连接。

4.根据权利要求1或2所述的坡面可变角度的防波堤模型，其特征是，所述底部支撑结构设置有开孔。

5.根据权利要求3所述的坡面可变角度的防波堤模型，其特征是，所述底部支撑结构设置有开孔。

6.一种坡面可变角度的防波堤模型实验系统，其特征是，包括水槽、设置在水槽一端造波机、设置在水槽另一端的消波装置、设置在水槽中间的坡面可变角度的防波堤模型及波压力测量装置，所述波压力测量装置设置在防波堤模型的受力坡面上；所述坡面可变角度的防波堤模型包括底部支撑结构，与底部结构一端铰接的受力坡面、设置在受力坡面另一端的顶板，还设置有丝杠，所述丝杠一端与受力坡面铰接，另一端与底部支撑结构固定，所述顶板上设置有通孔，所述丝杠穿过通孔；所述受力坡面与水平面之间的角度为20°-90°；还设置有防浪胸墙，所述防浪胸墙与顶板固定连接；所述底部支撑结构设置有开孔。

7.根据权利要求6所述的坡面可变角度的防波堤模型实验系统，其特征是，所述防波堤模型与水槽的宽度一致且受力坡面的方向迎着造波机。

8.根据权利要求6或7所述的坡面可变角度的防波堤模型实验系统，其特征是，所述防波堤模型的丝杠长度大于水槽高度。

9.根据权利要求6或7所述的坡面可变角度的防波堤模型实验系统，其特征是，所述受力坡面中线上延长度方向设置7-10个测点螺孔，所述防浪胸墙沿高度方向布置3-5个测点螺孔。

10.根据权利要求9所述的坡面可变角度的防波堤模型实验系统，其特征是，所述测点螺孔设置有压力传感器。

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