一种海上风电基础模型试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海上风电基础模型试验系统及方法，包括：框型主体、试验土箱以及用于对试验土箱施加荷载的液压杆加载系统和砝码加载系统；在所述框型主体的底座上通过第一导轨安装试验土箱；所述框型主体的立柱通过第二导轨连接水平梁，所述水平梁通过螺栓杆与框型主体的顶部主梁连接，在水平梁上连接液压杆加载系统；所述水平梁上设有第三导轨，在第三导轨上通过滑轮组连接砝码加载系统。通过不同的加载系统施加不同的荷载，并可实现对荷载大小、方向的调节，实现在各种不同受力情况下风机基础的承载特性和振动特性的研究。机基础的承载特性和振动特性的研究。机基础的承载特性和振动特性的研究。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电基础模型试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及海上风机基础结构室内模型试验设备
，特别是涉及一种海上风电基础模型试验系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]目前的发电方式中火力发电不仅仅消耗大量的化石能源，而且对环境造成了严重污染，而风能作为迄今为止开发和利用的最清洁、且最具商业价值的环境友好型能源之一，具有良好的开发利用前景。与陆上风能相比，海上风能具有风速稳定、资源丰富、噪音小和不占耕地等优势，在海上风机建设中，风机基础作为海上风电的支撑结构，对风机的安全运营至关重要，因此对海上风机基础结构的承载特性和振动特性研究一直备受关注。
[0004]模型试验和现场试验一直是对于基础结构主要的研究方法，虽然工程现场的原型试验是研究基础承载特性和振动特性最直接、最可靠的方法，但由于现场实验周期长、成本高、现场条件复杂等因素的限制，其应用受到很大的制约。
[0005]因此，室内模型试验成为不可或缺的科学研究手段，其试件按原型以相似原理缩小，在实验室条件下进行试验并记录数据，实验数据和结果可按相似原理引申至原型，可以对原型工程实际运行期间出现的现象进行预测；模型所需要的场地较小，可以进行多次试验来消除试验误差，使结果更加准确，并且在室内环境下可以根据试验需要改变材料特性、水平荷载的施加大小和高度、水平荷载的荷载波形等试验条件，充分研究海上风机基础的水平受荷性状。因此，在研究海上风机基础承载破坏特性和振动特性时室内模型试验具有很强的目的性和针对性。
[0006]如今国内外开展的关于海上风机基础结构的室内模型试验已经取得了丰硕的成果，对现在理论研究的模型试验具有重要指导作用。海上风机长期处在复杂海洋环境中，遭受风、浪、流等水平荷载影响，且水平荷载方向是随机、多向的；但是，专利技术人发现，目前的海上风机基础模型试验主要考虑水平静力或者水平动力荷载，现有的试验装置还无法真实模拟多方向交叉、静动力组合的复杂海洋荷载。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种海上风电基础模型试验系统及方法，通过不同的加载系统施加不同的荷载，并可实现对荷载大小、方向的调节，实现在各种不同受力情况下风机基础的承载特性和振动特性的研究。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种海上风电基础模型试验系统，包括：框型主体、试验土箱以及用于对试验土箱施加荷载的液压杆加载系统和砝码加载系统；
[0010]在所述框型主体的底座上通过第一导轨安装试验土箱；
[0011]所述框型主体的立柱通过第二导轨连接水平梁，所述水平梁通过螺栓杆与框型主体的顶部主梁连接，在水平梁上连接液压杆加载系统；
[0012]所述水平梁上设有第三导轨，在第三导轨上通过滑轮组连接砝码加载系统。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种海上风电基础模型试验方法，包括：
[0014]在试验土箱内填筑试验土体，对试验土体通过砝码加载系统、液压杆加载系统和偏心轮加载系统分别施加荷载；
[0015]通过砝码加载系统施加水平静荷载并改变水平静荷载的大小，根据砝码加载系统在水平梁导轨上的移动调整水平静荷载方向；
[0016]通过液压杆加载系统施加循环荷载并改变循环荷载的大小，根据水平梁在框型主体的立柱导轨上的移动调整循环荷载高度；
[0017]通过偏心轮加载系统施加振动荷载；
[0018]采集试验土体在不同荷载下的承载数据和振动数据。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术研究模型试验中海上风机基础水平承载特性和振动特性，解决现实过程中海上风电基础水平承载力难以测试的问题，采用独特的导轨设计，能够多次利用该模型架，有助于在各种不同受力情况下风机基础的承载特性和振动特性的研究。
[0021]本专利技术能够成功的模拟现实过程中海上风机基础的承载特性发挥过程，为指导基础设计和基础承载特性理论、振动特性研究提供有效参考依据。
[0022]本专利技术的实验土箱采用透明的钢化玻璃，能够对实验土料的填筑情况和水位以及后续土体变形情况进行直接观察。
[0023]本专利技术的整个实验装置密封性能良好，具有足够的强度和刚度，在实验过程中不会产生不利变形，保障实验台架的稳定性。
[0024]本专利技术的数据采集装置可以实现自动化采集，与数显系统连接，通过数显系统能够实时提供数据表格和绘制曲线。
[0025]本专利技术的加载系统的加载方案灵活，共设计三种加载装置，加载方案的选取较为自由，可以进行组合使用，也可以根据不同的实验目的单独使用；其中施加静荷载时，可选取砝码加载装置或液压杆加载装置；施加振动荷载时，可选取液压杆加载装置或偏心轮加载装置；偏心轮加载装置为直接安装在预制风机基础上，与液压杆加载系统相比，保证风机基础的独立性。
[0026]本专利技术的试验系统功能丰富，可以研究不同形式基础、不同土层、不同埋置深度等条件下海上风机基础的承载特性和振动特性，水平荷载的大小、方向、振动波形、施加高度等都可以根据不同试验目的进行调整，结构简单，便于组装操作。
[0027]本专利技术在立柱上装有导轨和刻度尺，水平梁能够在立柱自由移动或固定，以此来改变荷载的施加高度，且采用导轨设计有利于重复实验。
[0028]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0029]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示
意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0030]图1为本专利技术实施例1提供的海上风机基础模型试验系统示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例1提供的偏心轮加载系统示意图；
[0032]其中：1.底座；2.导轨；3.试验土箱；4.主梁；5.水平梁；6.液压杆加载系统；7.刻度尺；8.立柱；9.水平梁导轨；10.滑轮；11.砝码加载系统；12.肋板；13.螺栓杆；14.动力齿轮盘；15.螺帽；16.螺杆；17.偏心齿轮盘。
具体实施方式：
[0033]下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明。
[0034]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0035]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电基础模型试验系统，其特征在于，包括：框型主体、试验土箱以及用于对试验土箱施加荷载的液压杆加载系统和砝码加载系统；在所述框型主体的底座上通过第一导轨安装试验土箱；所述框型主体的立柱通过第二导轨连接水平梁，所述水平梁通过螺栓杆与框型主体的顶部主梁连接，在水平梁上连接液压杆加载系统；所述水平梁上设有第三导轨，在第三导轨上通过滑轮组连接砝码加载系统。2.如权利要求1所述的一种海上风电基础模型试验系统，其特征在于，所述立柱上设有刻度尺，所述水平梁通过第二导轨和螺栓杆在立柱上滑动时，通过所述刻度尺读取水平梁高度。3.如权利要求1所述的一种海上风电基础模型试验系统，其特征在于，所述液压杆加载系统用于施加循环荷载，通过水平梁高度的变化对循环荷载的加载高度进行调整。4.如权利要求1所述的一种海上风电基础模型试验系统，其特征在于，所述砝码加载系统用于施加水平静载荷，砝码加载系统通过滑轮组在水平梁上的移动以调整水平静荷载的方向，通过调整标准砝码的数量，调整水平静荷载的大小。5.如权利要求1所述的一种海上风电基础模型试验系统，其特征在于，该系统还包括用于施加振动荷载的偏心轮加载系统，液压杆加载系统、砝码加载系统和偏心轮加载系统任意组合施加荷载或单独施加荷载。6.如权利要求5所述的一种海上...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩勃，代松，王保刚，耿飞，张浩东，刘士亮，史逸伟，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：