【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海上风电工程，具体为一种海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置及测试方法。
技术介绍
1、随着海上风电在我国的持续发展，海上风机单机容量不断扩大，目前在建风机已经到达了12mw，风机高度260m。钢管桩基础作为海上风电应用最为广泛的基础形式，因装机容量的增加，其直径也不断扩大，现阶段海上风电单桩基础直径已经达到10m左右，入土深度一般在25-40m，这类大直径钢管桩的长径比介于3～10左右，这种短粗形式的单桩基础在面临海上风、浪、流等负载荷载作用下承受水平力及倾覆力矩也随之增高，对海上风机的安全运行造成威胁。
2、由于直径的扩大，海洋工程大直径钢管桩的承载模式发生改变，区别于传统的柔性长桩，在水平力和倾覆力矩的作用下不再存有嵌固端，其破坏模式往往为整体的刚性转动破坏模式，桩端也将产生位移及转动，规范所推荐的传统p-y曲线法仅仅考虑了桩侧的土抗力作用，忽视了超大直径钢管桩转动模式下桩端部土体的作用，无法精确计算其在水平力及倾覆力矩作用下的变形发展规律。而目前针对超大直径钢管桩转动模式下的桩-土相互作用研究主要依靠理论推导和数值分析，而传统桩-土相互作用试验中的桩身内力由桩身应变片获取，无法有效分离桩侧及桩端土体的耦合作用，转动破坏模式下大直径钢管桩端部弯矩及转角数据尚缺乏有效手段进行测试。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
2、一种海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，包括土箱、作动装置、模型桩、测试杆
3、所述测试杆设在模型桩的内部，所述测试杆与模型桩同轴设置，所述拉压传感器固定连接在测试杆与模型桩之间，所述拉压传感器用于测试水平动力大小，所述倾角传感器帖置在测试杆上，所述倾角传感器用于测试水平荷载作用下测试杆的转角。
4、作为本专利技术所述海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置的一种优选方案，其中：所述测试杆的抗弯刚度和模型桩抗弯刚度之和等于目标测试模型桩的抗弯刚度。
5、作为本专利技术所述海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置的一种优选方案，其中：所述测试杆的底部设有圆锥端部，所述圆锥端部的厚与模型桩的壁厚t相同。
6、作为本专利技术所述海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置的一种优选方案，其中：所述测试杆的圆锥端部与模型桩的端部留有空隙，所述测试杆转动过程时不会与模型桩的端部接触。
7、作为本专利技术所述海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置的一种优选方案，其中：所述模型桩和测试杆为不锈钢材质。
8、作为本专利技术所述海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置的一种优选方案，其中：所述测试杆通过固定件一与拉压传感器固定连接，所述作动装置的做功端通过固定件二与模型桩和拉压传感器固定连接，所述模型桩、拉压传感器和测试杆为一个整体。
9、一种海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试方法，包括以下步骤：
10、模型桩和测试杆受到水平作动装置施加的第i级的水平推力fi，模型桩与测试杆产生水平位移yi及转角θi；
11、通过作动装置的行程量可确定水平位移yi；
12、通过倾角传感器可测试测试杆的转角θi；
13、通过拉压传感器测试得到水平推力fi，水平动力作用点与测试杆底部距离为l，则在水平推力fi作用下测试杆测试桩端弯矩为mi＝fi·l；
14、则可以通过不同等级fi确定大直径单桩端部mi～θi间的关系。
15、作为本专利技术所述海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试方法的一种优选方案，其中，包括以下步骤：
16、模型桩和测试杆的圆锥直径均为d，模型桩的壁厚和测试杆的圆锥端部厚度均为t；
17、模型桩和测试杆上部设置预留孔，将测试杆从模型桩底部插入，同时将拉压传感器、测试杆及模型桩通过固定件一连接成一整体，测试杆与模型桩同轴设置，并且测试杆底部的圆锥端部距离模型桩的端部5mm；
18、将倾角传感器固定安装在测试杆上；
19、将土箱中填入试验土体至高度h1，将拉压传感器、端测试杆及模型桩整体放入至土体并固定。
20、继续填入试验土体到目标高度h2；
21、将水平作动装置的固定端安装在土箱的内壁，并通过固定件二将模型桩固定在作动装置的做功端，试验中施加10级水平动力fi(i＝1,2,3……10)；
22、在施加不同的水平动力fi时，通过公式mi＝fi·l计算得到10级荷载作用下的模型桩端部的弯矩值，并通过倾角传感器测试得到对应转角θi；
23、将不同测试点数据绘制成mi～θi曲线，即得到大直径单桩水平和弯矩荷载作用下的端部弯矩及转角数据。
24、借由上述技术方案，本专利技术提供了一种海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置及测试方法，至少具备以下有益效果：
25、1、针对大直径单桩在水平力及倾覆力矩作用下出现的转动破坏模式，该装置和方法可通过室内模型试验有效地测试大直径钢管桩端部弯矩和转角，为建立大直径单桩端部桩-土非线性作用接触提供试验数据支持。
26、2、该测试装置与测试方法考虑了大直径钢桩在水平和弯矩荷载作用下的转动破坏模式，有效分离模型桩侧壁和模型桩端部的桩-土相互作用，实现模型桩端部弯矩和转角的精确测试。
27、3、通过测试杆的圆锥端部模拟大直径钢管桩端与土体的作用，并通过固定件一和固定件二将作动装置、模型桩、测试杆和拉压传感器的相连接，实现相同的水平动力及水平位移，在测试大直径单桩水平及弯矩荷载作用下荷载-位移曲线的同时，有效分离桩侧土体作用和桩端土体作用，获取大直径单桩端部弯矩与转角数据，为建立大直径单桩转动破坏模式下的端部桩与土非线性接触建立提供了有效的测试装置和测试方法。
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1.一种海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于：所述测试杆(5)的抗弯刚度和模型桩(4)抗弯刚度之和等于目标测试模型桩的抗弯刚度。
3.根据权利要求1所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于：所述测试杆(5)的底部设有圆锥端部，所述圆锥端部的厚与模型桩(4)的壁厚t相同。
4.根据权利要求3所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于：所述测试杆(5)的圆锥端部与模型桩(4)的端部留有空隙，所述测试杆(5)转动过程时不会与模型桩(4)的端部接触。
5.根据权利要求1所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于：所述模型桩(4)和测试杆(5)为不锈钢材质。
6.根据权利要求1所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于：所述测试杆(5)通过固定件一(7)与拉压传感器(6)固定连接，所述作动装置(3)的做功端通过固定件二(8)与模型桩(4)和拉压传感器(6
7.一种海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于：所述测试杆(5)的抗弯刚度和模型桩(4)抗弯刚度之和等于目标测试模型桩的抗弯刚度。
3.根据权利要求1所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于：所述测试杆(5)的底部设有圆锥端部，所述圆锥端部的厚与模型桩(4)的壁厚t相同。
4.根据权利要求3所述的海洋工程大直径钢管桩端部弯矩和转角测试装置，其特征在于：所述测试杆(5)的圆锥端部与模型桩(4)的端部留有空隙，所述测试杆(5)转动过程时不会与模型桩(4)的端部接触。
...【专利技术属性】
技术研发人员：李红涛，梁超，郭炳川，刘润，杨林林，唐广银，黄磊，刘圆，徐辉，高畅，
申请(专利权)人：中国船级社，
类型：发明
国别省市：
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