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HBM 力傳感器測量波浪對防洪堤的影響

發(fā)布時間:2023-08-04      點擊次數(shù):1255

HBM 力傳感器測量波浪對防洪堤的影響

由于海平面不斷上升,防洪工程建設(shè)變得越來越緊迫。新防洪系統(tǒng)開發(fā)的一個重要組成部分是需要了解波浪對建筑物的影響。2018年夏季,巴西德爾夫特大學(xué)土木工程學(xué)院流體力學(xué)實驗室開展了一個項目,采用 HBM 力傳感器測量波浪對懸垂防洪堤的影響。項目有多個合作伙伴,包括荷蘭科學(xué)研究組織(NWO)、Rijkswaterstaat、Witteven+Bos、PT Structural 和Deltares、荷蘭水與底土知識創(chuàng)新研究所等。研究結(jié)果將有助于開發(fā)和升級的水工建筑物。

問題:洪水和堤壩決口給全世界造成了相當大的影響和破壞。
解決方案:通過收集更多關(guān)于海浪沖擊力的信息,幫助研究人員建造更加堅固安全的結(jié)構(gòu)。
結(jié)果:對物理試驗的原始數(shù)據(jù)進行處理和分析。研究結(jié)果對新防洪工程的建設(shè)具有一定的參考價值。

測量波浪對垂直結(jié)構(gòu)的沖擊強度

德阿爾梅達(Ermano de Almeida)目前正在研究波浪對鋼制水防模型的影響,這是其攻讀博士學(xué)位的研究課題。研究波浪對防洪工程的影響不僅在理論和實踐上很有趣,并且管理和控制水資源也將是未來幾十年最重要的挑戰(zhàn)之一。

德阿爾梅達目前的研究重點是垂直鋼制混凝土水工結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于港口、船閘和出水口,包括荷蘭北海沿岸的防洪堤。作為防洪工程,其一般需要與液壓和機械裝置結(jié)合使用,在漲潮或風暴潮期間關(guān)閉排水口或水道,確保防洪安全。

研究項目的目的是測量波浪對垂直結(jié)構(gòu)的沖擊強度。由于波浪的強度不能向上轉(zhuǎn)移,這些力對懸垂的垂直結(jié)構(gòu)沖擊特別大,并對懸垂結(jié)構(gòu)施加非常巨大的力。例如,防洪堤上方的混凝土保護邊緣。另外,金屬板在波浪沖擊下產(chǎn)生的共振和振動也將會對防洪結(jié)構(gòu)和使用壽命產(chǎn)生影響。

德阿爾梅達說道:“水工建筑物發(fā)生故障的情況并不多,但產(chǎn)生的后果會很嚴重。事故一般來說是對荷載特性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)缺乏了解導(dǎo)致的,有時甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。通過收集更多關(guān)于海浪沖擊力的信息,我們能夠更好地開發(fā)堅固且安全的結(jié)構(gòu),節(jié)省時間、材料和成本。也許我們甚至可以在研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)出建造這種防洪系統(tǒng)的新方法。”

水道和力傳感器

這些試驗是在 Tu Delft 流體力學(xué)實驗室進行的。實驗室面積約為5000平方米,有八條水渠可供實驗,可以提供每秒2立方米的水流。德阿爾梅達的實驗是在實驗室最大的水道之一進行的,水道長42米,寬80厘米,深1米。在通道的末端,有一個80 x 80 x 100 cm的實心混凝土塊,上面安裝了一塊1 cm厚的鋁板。九個 HBM U3 力傳感器 安裝在鋁框架和金屬板之間,量程為 1千牛。U3力傳感器由不銹鋼制成,不易受溫度影響,因此非常適合于水流試驗裝置。此外,它們具有較高的固有剛度、對側(cè)向力不敏感,并可對彎矩進行補償,因此可確保測量結(jié)果高度可靠。

傳感器與測量放大器相連,以5000/s的采樣率記錄波的影響。可從監(jiān)視器屏幕上實時查看測量數(shù)據(jù),了解波浪高度和對結(jié)構(gòu)的影響。實驗裝置非常靈活,可對金屬板高度,懸垂尺寸和力傳感器的位置進行調(diào)整。

波浪發(fā)生器將在水道中產(chǎn)生一系列規(guī)則和不規(guī)則波浪。并且該波浪發(fā)生器配有有源反射補償裝置抵消返回的波浪,因此不會對測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。懸掛在水中的八個傳感器用于測量海浪的特性。另外還有三個攝像頭同步記錄測試圖像,并和測試結(jié)果關(guān)聯(lián)。

以 Afsluitdijk 泄洪閘作為參考

整個試驗裝置是以 Afsluitdijk 泄洪閘作為參考進行設(shè)計的。在大潮和暴風雨來臨時,Afsluitdijk 堤防下面排水口用鋼閘封閉,波浪突然被阻擋,從而對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的沖擊。這座建筑是80年前設(shè)計的,目前正在根據(jù)測量結(jié)果進行翻新。De Almeida 還致力于將他的研究成果應(yīng)用到世界各地。由于最近發(fā)生了數(shù)起嚴重的洪水事件,在加上 Tu Delft 在水利工程領(lǐng)域的聲譽,美國已對該研究結(jié)果產(chǎn)生了很大的興趣。

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