一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法，包括层状剪切模型箱、导管架吸力式三桶基础模型、加载架及伺服加载系统，其中层状剪切模型箱的顶部开口且底部支撑有地震模拟振动台，该层状剪切模型箱内部插接导管架吸力式三桶基础模型；由加载架及伺服加载系统提供加载动力，检测导管架吸力式三桶基础模型的沉降、加速度及孔隙压力；可以模拟吸力式三桶基础遭受地震

【技术实现步骤摘要】
一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法


[0001]本专利技术涉及海洋结构工程
，具体为一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法。

技术介绍

[0002]海上风能由于具有储量丰富、清洁和可再生等优点近年来发展迅速。海上风电产业的迅速发展对海上风机的设计及安全运营提出了更高的要求。风机基础设计是海上风机系统设计的关键，安全经济的基础设计是海上风机正常运行的可靠保障，也是海上风电场防灾减灾的关键技术之一。
[0003]相比于传统的大直径单桩和吸力式单桶基础，导管架吸力式多桶基础(三桶或四桶)对于水深与土体类型有更好的适用性。吸力式多桶基础采用负压沉贯安装，施工方便、周期短、成本低；导管架支撑采用空间框架结构，由多个吸力桶嵌固于海床中，抗倾覆能力较强。因此，对于较深水域海上风机的安装，导管架吸力式多桶基础有着极大的应用潜力。
[0004]在复杂的海洋环境中导管架吸力式多桶基础不仅承受风、波浪等动荷载，而且面临地震作用的潜在威胁。而目前关于地震
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波浪共同作用下导管架吸力式多桶基础的试验研究非常有限，亟需专利技术能够测试地震
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浪作用下导管架吸力式三桶基础动力响应的装置及方法，研究其动力承载特性及失效机制，为导管架吸力式多桶基础海上风机的防灾减灾提供参考。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法，为研究海上风机导管架吸力式三桶基础在地震
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浪共同作用下的动力承载特性及失效机制提供试验平台和方法依据。
[0006]一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，包括层状剪切模型箱、导管架吸力式三桶基础模型、加载架及伺服加载系统，其中层状剪切模型箱的顶部开口且底部支撑有地震模拟振动台，该层状剪切模型箱内部的下层填装有土层，层状剪切模型箱的上层灌注有海水层；土层中插接向上延伸出层状剪切模型箱顶部开口的导管架吸力式三桶基础模型；加载架的上部水平连接有抵触在导管架吸力式三桶基础模型侧壁上的作动器，加载架的中部固设有检测导管架吸力式三桶基础模型倾角及沉降的位移检测梁；伺服加载系统的信号输入端采集土层中的水压力信号，导管架吸力式三桶基础模型顶部位移的加速度信号，以及位移检测梁检测的导管架吸力式三桶基础模型中部的位移信号，并由伺服加载系统伺服控制作动器的加载力，以及地震模拟振动台。
[0007]优选的，导管架吸力式三桶基础模型包括由下至上依次固装的多桶基础、导管架、塔筒及等效重物块；多桶基础插接在土层中；导管架向上延伸出海水层，且导管架的顶面与位移检测梁的检测端接触配合；塔筒的侧壁上抵触连接作动器的施力端。
[0008]优选的，伺服加载系统包括伺服控制器及加载装置、数据采集分析装置、计算机以
及传感器，其中传感器分别与数据采集分析装置信号连接，并由数据采集分析装置发送至计算机，最后由计算机向伺服控制器及加载装置发送指令伺服控制作动器。
[0009]优选的，传感器包括加速度传感器、孔隙水压力传感器、位移传感器和力传感器；加速度传感器设有多个，且沿重力方向间隔布设在土层及导管架吸力式三桶基础模型上；孔隙水压力传感器布设在导管架吸力式三桶基础模型周围的土层中；位移传感器传感器布设在位移检测梁上，该位移传感器的检测端贴合在导管架吸力式三桶基础模型的导管架上；力传感器布设在作动器的力臂上，该力臂的一端抵触在导管架吸力式三桶基础模型的塔筒侧壁上，力臂的另一端连接作动器的动力输出端。
[0010]优选的，层状剪切模型箱的内壁上复合粘接有橡胶膜。
[0011]优选的，加载架包括多根垂向固设的槽钢，该槽钢的上部开设有多个垂向间隔布设的螺栓孔；槽钢上螺栓水平连接有托板及固定架，由托板及固定架配合以水平姿态固定作动器。
[0012]一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0013]S1：在层状剪切模型箱内逐层填充试验用土，并按照试验设计方案埋置加速度、孔压等传感器；
[0014]S2：在试验箱内设定位置安装海上风机的导管架吸力式三桶基础模型，该导管架吸力式三桶基础模型为缩尺模型；
[0015]S3：按照预设位置安装加载架及传感器，确保地震模拟振动台以及伺服加载系统处于正常工作状态；
[0016]S4：开展白噪声扫频试验，即采用小于等于0.05g振幅的白噪声扫频，以获取S1与S2安装完成的模型体系的自振频率与阻尼比等动力特性；
[0017]S5：开展地震
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浪共同作用下的振动试验，选取具有频谱特性的地震波作为振动台输入地震动，按照地震动加速度峰值逐级增加的模式控制地震模拟振动台为层状剪切模型箱施加地震荷载，同时通过作动器为塔筒施加水平集中荷载模拟风、波浪荷载作用；
[0018]S6：试验过程中通过传感器实时测量S4中模型体系的加速度、位移、孔隙水压力的动力响应，并将测得的物理力学信号转换成电信号传输到数据采集分析装置，并进一步传输到计算机的控制系统，获得相应的动力响应试验数据，并反馈控制伺服控制器及加载装置进一步控制作动器根据试验需要施加循环载荷或波动载荷。
[0019]本专利技术的优点和技术效果是：
[0020]1、本专利技术测试装置中的导管架吸力式三桶基础缩尺模型依据海上风机足尺模型的构造特征及尺寸比例进行制作，能够较好的模拟足尺风机系统的动力响应。
[0021]2、本专利技术测试装置利用地震模拟振动台给导管架三桶风机系统施加地震荷载，利用水平荷载加载系统给其施加风、浪水平等效荷载，可实现地震
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浪荷载的共同作用。
[0022]3、本专利技术测试装置通过力、位移、孔压、加速度等传感器的合理布设，可以准确系统的测定地震
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浪共同作用下土体、吸力桶、导管架及风机杆的动力响应。
[0023]4、本专利技术测试方法可以有效的获取地震
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浪作用下导管架吸力式三桶基础风机系统的位移、孔压、加速度等动力响应试验数据。按照相应的试验数据分析要点与方法，能够揭示风机导管架吸力式多桶基础在地震
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浪作用下的动力响应规律，为海上风机导管架吸力式多桶基础在地震与环境荷载作用下的防灾设计提供参考。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的连接结构示意图；
[0025]图2为本专利技术中导管架吸力式三桶基础模型的结构示意图；
[0026]图3为本专利技术中层状剪切模型箱的俯视图(加速度传感器与孔隙水压力传感器的平面布置图)
[0027]图4为本专利技术中层状剪切模型箱的侧面剖视图(加速度传感器与孔隙水压力传感器的断面布置图)
[0028]图5为本专利技术中加载架的三视图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：包括层状剪切模型箱、导管架吸力式三桶基础模型、加载架及伺服加载系统，其中层状剪切模型箱的顶部开口且底部支撑有地震模拟振动台，该层状剪切模型箱内部的下层填装有土层，层状剪切模型箱的上层灌注有海水层；所述土层中插接向上延伸出层状剪切模型箱顶部开口的导管架吸力式三桶基础模型；所述加载架的上部水平连接有抵触在导管架吸力式三桶基础模型侧壁上的作动器，加载架的中部固设有检测导管架吸力式三桶基础模型倾角及沉降的位移检测梁；所述伺服加载系统的信号输入端采集土层中的水压力信号，导管架吸力式三桶基础模型顶部位移的加速度信号，以及位移检测梁检测的导管架吸力式三桶基础模型中部的位移信号，并由伺服加载系统伺服控制作动器的加载力，以及地震模拟振动台。2.根据权利要求1所述的一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：所述导管架吸力式三桶基础模型包括由下至上依次固装的多桶基础、导管架、塔筒及等效重物块；所述多桶基础插接在土层中；所述导管架向上延伸出海水层，且导管架的顶面与位移检测梁的检测端接触配合；所述塔筒的侧壁上抵触连接作动器的施力端。3.根据权利要求1所述的一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：所述伺服加载系统包括伺服控制器及加载装置、数据采集分析装置、计算机以及传感器，其中传感器分别与数据采集分析装置信号连接，并由数据采集分析装置发送至计算机，最后由计算机向伺服控制器及加载装置发送指令伺服控制作动器。4.根据权利要求3所述的一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：所述传感器包括加速度传感器、孔隙水压力传感器、位移传感器和力传感器；所述加速度传感器设有多个，且沿重力方向间隔布设在土层及导管架吸力式三桶基础模型上；所述孔隙水压力传感器布设在导管架吸力式三桶基础模型周围的土层中；所述位移传感器传感器布设在位移检测梁上，该位移传感器的检测端...

【专利技术属性】
技术研发人员：程星磊，邢建宇，鹿群，刘中宪，刘举，周亚东，孙晓涵，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：