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巨型雨傘從方便的雨篷轉變為堅固的防雨罩,中國建材網,cnprofit.com
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巨型雨傘從方便的雨篷轉變為堅固的防雨罩
2021年04月18日    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com    |  投稿

暴風雨席卷海岸,激起風浪。沿著通往海灘的木板路,一排超大的混凝土傘開始向下傾斜,從方便的頂篷變成了抵御即將來臨的猛烈攻擊的盾牌。


普林斯頓團隊采用一種新的風暴潮防護方法,為這些兩用動力傘建立了初步設計中國建材網cnprofit.com。在3月28日發表在《結構工程雜志》上的一項研究中,研究人員使用計算模型來開始評估雨傘抵御急性風暴潮的能力。


巨型雨傘從方便的雨篷轉變為堅固的防雨罩 中國建材網,cnprofit.com


隨著海平面的上升和風暴的加劇,沿海社區正在建造更多的海堤,以幫助保護人員和財產免遭極端洪水的侵襲。這些障礙物可能沒有吸引力,并限制了通往海灘的通道,但是普林斯頓大學團隊的雨傘會在天氣晴朗時提供遮蔭,并且可能在暴風雨來臨之前傾斜以形成洪水屏障。


主要研究作者,博士生王勝哲(Shengzhe Wang)說:“這不僅僅是您典型的沿海防御結構?!?土木和環境工程專業的學生?!斑@是任何人第一次真正嘗試將建筑作為沿海對策的固有組成部分進行整合?!?/p>


提出的雨傘是約4英寸厚的鋼筋混凝土外殼,以雙曲線拋物面(簡稱hypar)的形狀建造,這是一種類似鞍形的結構,其沿一個軸向內彎曲,而沿另一個軸向外彎曲。該結構的靈感來自西班牙出生的建筑師費利克斯·坎德拉(FélixCandela)的工作,他在1950年代和1960年代在墨西哥設計了數百棟帶有薄殼的海藻屋頂的建筑物。


研究合著者瑪麗亞·加洛克(Maria Garlock),土木與環境工程教授,長期以來一直研究坎德拉的設計;她與他人共同撰寫了一本有關坎德拉的書,并幫助創建了一個檔案和展覽來探索他的作品。在2017年秋天,她與合著者,土木與環境工程副教授BrankoGli?i?正在考慮一個項目,以研究將hypar雨傘作為“智能”結構來捕獲能量和雨水的潛力。然后,她想到了一個新主意:除了添加傳感器之外,“為什么不給它們傾斜并以完全不同的方式使用它們-作為一種防波堤?” 她問。


Garlock和Gli從X計劃獲得了資金,這使工程系教師可以追求非常規的想法。Wang承擔了測試遮陽傘是否是可行的沿海保護策略的任務。


Wang分析了所提議的雨傘的幾何形狀和結構強度,雨傘是兩面長8米(約26英尺),由10英尺高,20平方英寸的圓柱支撐的混凝土薄殼。在這些模擬中,他還測試了在圓柱與傘的中間相交的頂點處的鉸鏈的功能。


為了研究遮陽傘在沿海風暴潮期間的運行情況,研究小組收集了1899年至2012年美國東海岸颶風的風暴潮數據,然后對18英尺的風暴潮高度進行了建模,涵蓋了除美國以外最高的風暴潮。數據集。他們采用已建立的數值方法來對流體-結構相互作用進行建模以研究hypar結構,結果表明,當雨傘面對約其展開高度的75%的水墻時,它們將保持穩定。


王說:“這些炮彈是如此之薄,以至于任何人都不會相信這些結構能夠阻止如此巨大的力量從水中來?!?“但是我們能夠利用hypar形狀的幾何形狀,使結構具有所需的額外強度?!?/p>


Wang現在已經建立了傘的物理模型(跨度約6英寸)以驗證數值方法的結果,并開始測試模型對10英尺長水道內湍流動力的響應。 。登陸颶風的風力特征也將通過風洞測試獲得。


他說:“實際上,您將不會只有一堆靜態水。您將有波浪,將有產生這些波浪的風?!?“這就是我們下一步要捕獲的東西:我們如何物理模擬這些波,這些波將如何影響我們的結構?”


Wang指出,以前的大多數研究都評估了垂直墻或傾斜障礙物抵御風暴的能力,但hypar復雜的幾何形狀要求團隊“制定一套全新的規則來控制結構的運行方式”。由于解決方案的復雜性,另一位研究生Vanessa Notario將研究殼體中的力流,這是她的MSE論文的一部分。


除了優化結構以抵抗強風和海浪之外,海岸保護的設計還必須考慮其他實際問題。加洛克說,圓柱的高度為10英尺,這對行人遮陽很有好處,同時限制了他們進入雨傘的鉸鏈并防止破壞行為。


該小組計劃研究使用更多可持續材料的潛力,并增加傳感器和致動器來控制雨傘,并整合用于捕獲太陽能和雨水的系統。


Gli?i?說:“傳感器在部署之前,期間和之后都會驗證傘的性能,而執行器不僅能夠自動部署,還可以跟蹤太陽和風,以達到最佳的電力和雨水收集目的?!苯Y構健康監測和智能結構。


加洛克說:“這是思考海防結構的全新方式?!?“向前邁進,我們的目標是使這些雨傘成為一個智能,可持續發展社區的一部分?!?/p>


為了幫助將新設計整合到整體的沿??篂挠媱澲?,研究人員將與普林斯頓大學副教授林寧合作,他的團隊最近為美國大西洋和墨西哥灣沿岸繪制了更新的21世紀洪水地圖。他們還計劃與巖土工程師合作,并正在咨詢紐約市市長彈性辦公室。


除了Project X創新基金外,這項工作還得到了普林斯頓大學大都會項目的部分支持。


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