本发明专利技术涉及试验设备领域，具体涉及一种风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置。风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，包括：反力架，设有底板，底板上固定有第一立柱、第二立柱和桶体，桶体用于容纳饱和土层；单桩，部分插入饱和土层；施力结构，与桶体相对设置，包括至少两个相交第一施力件和第二施力件，第一施力件和第二施力件与底板平行设置，第一施力件的固定端与第一立柱固定连接、第二施力件的固定端与第二立柱固定连接，第一施力件和第二施力件的伸缩端相交；传力结构，一端与单桩转动连接、另一端与第一施力件和第二施力件的相交处连接。本发明专利技术解决模拟装置无法模拟风荷载方向随季节和时日进行改变导致模拟结果不精准的问题。的问题。的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置
[0001]本专利技术涉及试验设备
，具体涉及一种风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置。
技术介绍
[0002]海上风电开发项目中，风机基础是风机机组的支撑结构，在海上风电场建设中的地位十分重要，大直径单桩基础是主要的风机基础形式之一。近些年来，大直径单桩基础因其加工制造简单、安装便捷、结构简单、受力明确的优点，受到用户的青睐。海上风电项目建成后，海上风机及单桩基础要承受复杂的海洋环境，尤其是风、波浪、流载荷等的联合作用下存在着一定的运行规律，即，往复循环风荷载，其强度、方向及频率等特征均随季节和时日发生变化。
[0003]研究发现，随着往复循环荷载次数的增加，桩周土体会发生永久变形，导致大直径单桩基础朝向一侧倾斜，影响到风电机组的安全运行。目前，风荷载模拟加载装置无法模拟风荷载方向随季节和时日的改变特征，所得模拟结果与单桩基础在风荷载长期作用下的真实变形特征差距较大，模拟结果不够精准。
技术实现思路
[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的模拟加载装置无法无法模拟风荷载方向随季节和时日的改变特征，所得模拟结果与单桩基础在风荷载长期作用下的真实变形特征差距较大，模拟结果不够精准，从而提供一种风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，包括：反力架，所述反力架设有底板，所述底板上固定设有第一立柱、第二立柱和桶体，所述桶体用于容纳饱和土层；单桩，所述单桩部分插入所述饱和土层内；施力结构，与所述桶体相对设置，包括至少两个相交设置的第一施力件和第二施力件，所述第一施力件和第二施力件分别与所述底板平行设置，所述第一施力件的固定端与所述第一立柱固定连接、所述第二施力件的固定端与所述第二立柱固定连接，所述第一施力件和第二施力件的伸缩端相交；传力结构，一端与所述单桩转动连接、另一端与所述第一施力件和第二施力件的相交处连接。
[0006]可选地，所述传力结构包括传力杆和施力杆，所述施力杆朝向所述单桩的一端为球形端，另一端与所述第一施力件和第二施力件的相交处连接，所述传力杆一端设有法兰盘、另一端为设有开口的球形容纳空间，所述球形容纳空间与所述球形端协调接触，所述第一施力件的伸缩端、第二施力件的伸缩端分别进行伸出或缩回，以形成作用于所述单桩的
周期力。
[0007]可选地，所述传力杆的法兰盘与单桩的上表面间设有间隙。
[0008]可选地，所述传力结构还包括连接杆，所述连接杆与所述法兰盘固定连接，所述连接杆与单桩间设有直线轴承。
[0009]可选地，第一立柱和第二立柱分别设有安装孔，所述第一施力件的安装端、第二施力件的安装端分别设于所述安装孔内。
[0010]可选地，还包括套设于所述施力杆外周的固定结构，所述固定结构包括托板和活动板，所述托板与所述反力架顶部的固定板可拆卸连接，所述活动板设于所述固定板和托板之间，所述托板和活动板滑动连接。
[0011]可选地，所述活动板朝向托板的表面转动设有至少一个滚珠，所述滚珠与所述托板点接触。
[0012]可选地，还包括感应结构，所述感应结构包括位移传感器和力传感器，所述第一施力件、第二施力件上均设有位移传感器和力传感器。
[0013]可选地，所述感应结构还包括至少一个应变传感器和至少一个土压力传感器，所述应变传感器设于所述单桩上，所述土压力传感器设于单桩桩基周围的饱和土层内。
[0014]可选地，还包括离心机，所述离心机内设有吊篮，所述反力架固定安装于所述吊篮内。
[0015]本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，包括：反力架，反力架设有底板，底板上固定设有第一立柱、第二立柱和桶体，桶体用于容纳饱和土层；单桩，单桩部分插入饱和土层内；施力结构，与桶体相对设置，包括至少两个相交设置的第一施力件和第二施力件，第一施力件和第二施力件分别与底板平行设置，第一施力件的固定端与第一立柱固定连接、第二施力件的固定端与第二立柱固定连接，第一施力件和第二施力件的伸缩端相交；传力结构，一端与单桩转动连接，另一端与第一施力件和第二施力件的相交处连接。第一施力件的固定端与第一立柱固定连接、第二施力件的固定端与第二立柱固定连接，第一立柱起到固定第一施力件作用、第二立柱起到固定第二施力件作用。至少两个相交设置的第一施力件和第二施力件，第一施力件和第二施力件分别与底板平行设置以使第一施力件和第二施力件施加的力在同一平面内，以起到在同一平面内模拟不同方向力的作用，第一施力件和第二施力件的伸缩端相交以使第一施力件和第二施力件施加的力作用于相交处，进而展现出真实的受力情况。传力结构，一端与单桩转动连接，另一端与第一施力件和第二施力件的相交处连接，以将相交处的力传递给单桩，实现在反力架内的同一平面内使单桩受到来自于不同方向、不同大小的力，进而模拟出单桩在海洋中受到的风力等真实受力环境，以便于试验人员在真实的受力情况下得到精确的模拟结果，以进行更好的设计和优化。
[0016]2.本专利技术提供的风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，传力结构包括传力杆和施力杆，施力杆朝向单桩的一端为球形端，另一端与第一施力件和第二施力件的相交处连接，传力杆一端设有法兰盘、另一端为设有开口的球形容纳空间，球形容纳空间与球形端协调接触，第一施力件的伸缩端、第二施力件的伸缩端分别进行伸出或缩回，以形成作用于单桩的周期力。施力杆的球形端与传力杆的球形容纳空间协调接触，实现了施力杆与传
力杆间的转动接触，使由第一施力件和第二施力件相交处传递过来的力，通过球形端传递到球形容纳空间上，同时，当施力杆的中轴线和传力杆的中轴线出现倾斜时（即，施力杆的中轴线和传力杆的中轴线不在同一直线上），协调接触的形式也可以将第一施力件和第二施力件相交处的力传递给传力杆。此外，相较于反力架、施力件和单桩组成的整体装置，球形端和球形容纳空间的尺寸较小，在满足受力分析和试验条件下，在球形端和球形容纳空间可简化为一个点进行力的传递。第一施力件的伸缩端、第二施力件的伸缩端分别进行伸出或缩回，以分别模拟不同方向、不同大小的力，进而模拟形成作用于单桩的风荷载的周期力（周期力的图形可以为正弦、余弦等不同形式的图形），进行多次往复循环荷载次数，帮助试验人员观察到桩周土体的变化情况。
[0017]3.本专利技术提供的风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，传力杆的法兰盘与单桩的上表面间设有间隙，以便于单桩在出现倾斜时上表面不会与传力杆的法兰盘出现刚性碰撞，进一步减小传力杆对单桩在试验中倾斜的干扰，提升试验结果的精准度。
[0018]4.本专利技术提供的风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，传力结构还包括连接杆，连接杆与法兰盘固定连接，连接杆与单桩间设有直线轴承，直线轴承以保证单桩与连接杆间力的平稳传递。
[0019]5.本专利技术提供的风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，第一立柱和第二立柱分别设本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，其特征在于，包括：反力架（1），所述反力架（1）设有底板（10），所述底板（10）上固定设有第一立柱、第二立柱和桶体（3），所述桶体（3）用于容纳饱和土层；单桩（2），所述单桩（2）部分插入所述饱和土层内；施力结构，与所述桶体（3）相对设置，包括至少两个相交设置的第一施力件（4）和第二施力件（5），所述第一施力件（4）和第二施力件（5）分别与所述底板（10）平行设置，所述第一施力件（4）的固定端与所述第一立柱固定连接、所述第二施力件（5）的固定端与所述第二立柱固定连接，所述第一施力件（4）和第二施力件（5）的伸缩端相交；传力结构，一端与所述单桩（2）转动连接、另一端与所述第一施力件（4）和第二施力件（5）的相交处连接。2.根据权利要求1所述的风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，其特征在于，所述传力结构包括传力杆（8）和施力杆（14），所述施力杆（14）朝向所述单桩（2）的一端为球形端（15），另一端与所述第一施力件（4）和第二施力件（5）的相交处连接，所述传力杆（8）一端设有法兰盘（9）、另一端为设有开口的球形容纳空间，所述球形容纳空间与所述球形端（15）协调接触，所述第一施力件（4）的伸缩端、第二施力件（5）的伸缩端分别进行伸出或缩回，以形成作用于所述单桩（2）的周期力。3.根据权利要求2所述的风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，其特征在于，所述传力杆（8）的法兰盘（9）与单桩（2）的上表面间设有间隙。4.根据权利要求3所述的风荷载作用下海上风机基础超重力模拟装置，其特征在于，所述传力结构还包括连接杆（11），所述连...
【专利技术属性】
技术研发人员：王卫，张紫涛，朱晓勇，于光明，宋建正，张炜，聂跃峰，胡晶，张泽超，张雪东，张幸幸，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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