巨型雨伞从方便的雨篷转变为坚固的防雨罩清镇

巨型雨伞从方便的雨篷转变为坚固的防雨罩

暴风雨席卷海岸，激起风浪。沿着通往海滩的木板路，一排超大的混凝土伞开始向下倾斜，从方便的顶篷变成了抵御即将来临的猛烈攻击的盾牌。

普林斯顿团队采用一种新的风暴潮防护方法，为这些两用动力伞建立了初步设计在3月28日发表在《结构工程杂志》上的一项研究中，研究人员使用计算模型来开始评估雨伞抵御急性风暴潮的能力。

随着海平面的上升和风暴的加剧，沿海社区正在建造更多的海堤，以帮助保护人员和财产免遭极端洪水的侵袭。这些障碍物可能没有吸引力，并限制了通往海滩的通道，但是普林斯顿大学团队的雨伞会在天气晴朗时提供遮荫，并且可能在暴风雨来临之前倾斜以形成洪水屏障。

主要研究作者，博士生王胜哲说：“这不仅仅是您典型的沿海防御结构。” 土木和环境工程专业的学生。“这是任何人第一次真正尝试将建筑作为沿海对策的固有组成部分进行整合。”

提出的雨伞是约4英寸厚的钢筋混凝土外壳，以双曲线抛物面的形状建造，这是一种类似鞍形的结构，其沿一个轴向内弯曲，而沿另一个轴向外弯曲。该结构的灵感来自西班牙出生的建筑师费利克斯·坎德拉的工作，他在1950年代和1960年代在墨西哥设计了数百栋带有薄壳的海藻屋顶的建筑物。

研究合著者玛丽亚·加洛克，土木与环境工程教授，长期以来一直研究坎德拉的设计；她与他人共同撰写了一本有关坎德拉的书，并帮助创建了一个档案和展览来探索他的作品。在2017年秋天，她与合著者，土木与环境工程副教授BrankoGli?i？正在考虑一个项目，以研究将hypar雨伞作为“智能”结构来捕获能量和雨水的潜力。然后，她想到了一个新主意：除了添加传感器之外，“为什么不给它们倾斜并以完全不同的方式使用它们-作为一种防波堤？” 她问。

Garlock和Gli从X计划获得了资金，这使工程系教师可以追求非常规的想法。Wang承担了测试遮阳伞是否是可行的沿海保护策略的任务。

Wang分析了所提议的雨伞的几何形状和结构强度，雨伞是两面长8米，由10英尺高，20平方英寸的圆柱支撑的混凝土薄壳。在这些模拟中，他还测试了在圆柱与伞的中间相交的顶点处的铰链的功能。

为了研究遮阳伞在沿海风暴潮期间的运行情况，研究小组收集了1899年至2012年美国东海岸飓风的风暴潮数据，然后对18英尺的风暴潮高度进行了建模，涵盖了除美国以外最高的风暴潮。数据集。他们采用已建立的数值方法来对流体-结构相互作用进行建模以研究hypar结构，结果表明，当雨伞面对约其展开高度的75％的水墙时，它们将保持稳定。

王说：“这些炮弹是如此之薄，以至于任何人都不会相信这些结构能够阻止如此巨大的力量从水中来。” “但是我们能够利用hypar形状的几何形状，使结构具有所需的额外强度。”

Wang现在已经建立了伞的物理模型以验证数值方法的结果，并开始测试模型对10英尺长水道内湍流动力的响应。 。登陆飓风的风力特征也将通过风洞测试获得。

他说：“实际上，您将不会只有一堆静态水。您将有波浪，将有产生这些波浪的风。” “这就是我们下一步要捕获的东西：我们如何物理模拟这些波，这些波将如何影响我们的结构？”

Wang指出，以前的大多数研究都评估了垂直墙或倾斜障碍物抵御风暴的能力，但hypar复杂的几何形状要求团队“制定一套全新的规则来控制结构的运行方式”。由于解决方案的复杂性，另一位研究生Vanessa Notario将研究壳体中的力流，这是她的MSE论文的一部分。

除了优化结构以抵抗强风和海浪之外，海岸保护的设计还必须考虑其他实际问题。加洛克说，圆柱的高度为10英尺，这对行人遮阳很有好处，同时限制了他们进入雨伞的铰链并防止破坏行为。

该小组计划研究使用更多可持续材料的潜力，并增加传感器和致动器来控制雨伞，并整合用于捕获太阳能和雨水的系统。

Gli?i？说：“传感器在部署之前，期间和之后都会验证伞的性能，而执行器不仅能够自动部署，还可以跟踪太阳和风，以达到最佳的电力和雨水收集目的。”结构健康监测和智能结构。

加洛克说：“这是思考海防结构的全新方式。” “向前迈进，我们的目标是使这些雨伞成为一个智能，可持续发展社区的一部分。”

为了帮助将新设计整合到整体的沿海抗灾计划中，研究人员将与普林斯顿大学副教授林宁合作，他的团队最近为美国大西洋和墨西哥湾沿岸绘制了更新的21世纪洪水地图。他们还计划与岩土工程师合作，并正在咨询纽约市市长弹性办公室。

除了Project X创新基金外，这项工作还得到了普林斯顿大学大都会项目的部分支持。

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