CN107525727A - 一种吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于加载试验技术领域，涉及一种吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置及方法，固定支座安装在圆筒形模型箱的上部，作动器水平安装在固定支座上；连接杆通过固定环箍与作动器相连，连接杆固定在吸力式桶形基础模型正中间，吸力式桶形基础模型置于圆筒形模型箱内；伺服电机与作动器相连，拉压力传感器和位移传感器分别安装在作动器上，拉压力传感器和位移传感器分别与控制器相连后再与计算机相连组成数据采集分析***，荷载施加过程中控制器带动作动器以恒定速率或者恒定力对吸力式桶形基础模型施加循环荷载，模拟实际工程的水平循环往复荷载，组成水平循环往复荷载加载***；其结构简单，操作方便，测试数据精确。

Description

一种吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置及方法

技术领域

本发明属于加载试验技术领域，涉及一种海洋工程中吸力式桶形基础加载试验设备及测试工艺，特别是一种吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置及方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展和陆地资源的局限性，人们将更多地目光投到海洋资源的开发利用中，海洋工程在国民经济建设中的地位日益提高。海洋港口、桥梁工程等建设也由最初的浅海化、小型化转向深海化、大型化和复杂化发展。同时海洋气候的恶劣多变、海水环流的剧烈冲击以及海洋地质环境的复杂多样都对海洋结构物基础稳定及安全造成重要影响。在这种情况下，吸力式桶形基础作为海洋平台结构的新型基础型式应运而生，并得到了广泛应用和推广。吸力式桶形基础利用负压实现贯入，具有施工简便、可重复利用、造价低等优点。实际工程中，吸力式桶形基础主要承受波浪作用所产生的水平荷载、上部结构物产生的自重荷载及海水浮力所产生的拉拔荷载，这些循环荷载对吸力式桶形基础造成侧向循环失效及破坏，同时，吸力式桶形基础贯入过程中土塞的产生也会对其承载力特性产生一定的影响，使吸力式桶形基础在水平方向上的受力更加复杂，因此正常服役状态下，吸力式桶形基础的循环承载力特性对其稳定性具有重要影响。目前关于吸力式桶形基础多次循环荷载作用下的承载特性的研究资料较少，现有研究多数集中于竖向承载特性及理论分析，缺少相应的测试设备和方法。循环往复荷载作用下吸力式桶形基础的承载特性研究对于服役期内吸力式桶形基础的承载特性研究具有重要意义，只有确定水平循环荷载作用下吸入式桶形基础的长期承载特性，才能更好地为海洋结构物吸入式桶形基础的施工、设计及后期防护提供理论依据。因此，迫切需要设计一种吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置与试验方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，在尽可能模拟实际工况的前提下，设计提供一种水平循环往复荷载作用下吸力式桶形基础承载性状研究的加载试验装置及方法，该装置通过伺服电机控制作动器来施加不同大小与频率的水平荷载来模拟波浪荷载，完成水平循环往复荷载作用下吸力式桶形基础水平承载性状的试验。

为了实现上述目的，本发明所述吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置的主体结构包括圆筒形模型箱、固定支座、吸力式桶形基础模型、连接杆、固定环箍、作动器、拉压力传感器、位移传感器、伺服电机、控制器和计算机；圆筒形模型箱由上、下两部分组成，上、下两部分的高度分别为30cm和70cm，固定支座安装在圆筒形模型箱的上部，作动器水平安装在固定支座上；连接杆通过固定环箍与作动器相连，便于吸力式桶形基础模型随作动器共同进行往复循环运动；连接杆固定在吸力式桶形基础模型正中间，吸力式桶形基础模型置于圆筒形模型箱内；伺服电机与作动器相连，伺服电机控制作动器以恒定应变速率或恒定应力来模拟不同频率的水平循环往复荷载；拉压力传感器和位移传感器分别安装在作动器上，拉压力传感器用于测试吸力式桶形基础模型所受循环载荷大小，位移传感器测量施加荷载过程中吸力式桶形基础模型的水平位移变化，并通过记录施加荷载时间获得循环往复荷载及位移与时间的关系曲线，从而得到吸力式桶形基础在不同水平荷载大小及频率作用下的承载性状；拉压力传感器和位移传感器分别与控制器相连后再与计算机相连组成数据采集分析***，荷载施加过程中控制器带动作动器以恒定速率或者恒定力对吸力式桶形基础模型施加循环荷载，模拟实际工程的水平循环往复荷载，组成水平循环往复荷载加载***。

本发明所述水平循环往复荷载加载***和数据采集分析***依靠作动器施加水平循环往复荷载，通过位移传感器记录水平循环往复荷载作用下吸力式桶形基础模型的水平循环位移变化，利用拉压力传感器记录循环往复荷载作用下吸力式桶形基础模型所受荷载大小；加载开始后，计算机记录吸力式桶形基础模型的侧向水平位移、所受水平循环荷载大小及加载时间，获得循环荷载-位移关系曲线。

本发明实现吸力式桶形基础循环往复作用加载试验的具体过程为：

(1)制作圆筒形模型箱，用刷子将圆筒形模型箱的底部及侧壁清理干净，防止圆筒形模型箱中残留物对试验结果产生影响；在圆筒形模型箱内部沿深度画出刻度线，便于筒体内填料的施加；

(2)将吸力式桶形基础模型放置在圆筒形模型箱正中间，并施加吸力完成沉贯；沉贯结束后安装连接杆，采用固定环将连接杆与作动器连接，再接通伺服电机，将位移传感器、拉压力传感器与控制器、计算机连接好并组成数据采集分析***，并测试数据采集分析***是否完好；

(3)在计算机上设定恒应变值或恒力值，通过作动器对吸力式桶形基础模型施加水平拉压荷载，模拟工程实际中吸力式桶形基础在水平循环往复荷载作用下的受力情况，获取水平循环荷载作用下吸力式桶形基础的荷载-位移关系曲线；

(4)改变恒应变值或施加的恒力值并重复上述操作，获取不同大小及频率荷载作用下吸力式桶形基础模型的荷载-位移关系曲线，实现循环往复荷载作用下吸力式桶形基础的承载特性的模拟与测试。

本发明与现有技术相比，其结构简单，操作方便，测试数据精确，通过记录施加荷载时间获得循环往复荷载及位移与时间的关系曲线，进而得到吸力式桶形基础在不同水平荷载大小及频率作用下的承载性状，为工程实际中波浪荷载及不同频率拖曳力作用下吸力式桶形基础的设计提供理论依据。

附图说明：

图1为本发明所述吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置的剖面图。

图2为本发明所述吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置的俯视图。

图3为本发明所述数据采集分析***结构原理示意图。

图4为本发明实施例所述循环荷载-位移关系曲线图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例：

本实施例所述吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置的主体结构包括圆筒形模型箱1、固定支座2、吸力式桶形基础模型3、连接杆4、固定环箍5、作动器6、拉压力传感器7、位移传感器8、伺服电机9、控制器10和计算机11；圆筒形模型箱1由上、下两部分组成，上、下两部分的高度分别为30cm和70cm，固定支座2安装在圆筒形模型箱1的上部，作动器6水平安装在固定支座2上；连接杆4通过固定环箍5与作动器6相连，便于吸力式桶形基础模型3随作动器6共同进行往复循环运动；连接杆4固定在吸力式桶形基础模型3正中间，吸力式桶形基础模型3置于圆筒形模型箱1内；伺服电机9与作动器6相连，伺服电机9控制作动器6以恒定应变速率或恒定应力来模拟不同频率的水平循环往复荷载；拉压力传感器7和位移传感器8分别安装在作动器6上，拉压力传感器7用于测试吸力式桶形基础模型3所受循环载荷大小，位移传感器8测量施加荷载过程中吸力式桶形基础模型3的水平位移变化，并通过记录施加荷载时间获得循环往复荷载及位移与时间的关系曲线，从而得到吸力式桶形基础在不同水平荷载大小及频率作用下的承载性状；拉压力传感器7和位移传感器8分别与控制器10相连后再与计算机11相连组成数据采集分析***，荷载施加过程中控制器10带动作动器6以恒定速率或者恒定力对吸力式桶形基础模型3施加循环荷载，模拟实际工程的水平循环往复荷载，组成水平循环往复荷载加载***。

本实施例实现吸力式桶形基础循环往复作用加载试验的具体过程为：

(1)制作圆筒形模型箱1，用刷子将圆筒形模型箱1的底部及侧壁清理干净，防止圆筒形模型箱1中残留物对试验结果产生影响；在圆筒形模型箱1内部沿深度画出刻度线，便于筒体内填料的施加；

(2)将吸力式桶形基础模型3放置在圆筒形模型箱1正中间，并施加吸力完成沉贯；沉贯结束后安装连接杆4，采用固定环5将连接杆4与作动器6连接，再接通伺服电机9，将位移传感器8、拉压力传感器7与控制器10、计算机11连接好并组成数据采集分析***，并测试数据采集分析***是否完好；

(3)在计算机11上设定一定恒应变值或恒力值(如16N)，通过作动器6对吸力式桶形基础模型3施加一定频率(如0.1Hz,1000次循环)的水平拉压荷载，模拟工程实际中吸力式桶形基础在水平循环往复荷载作用下的受力情况，获取水平循环荷载作用下吸力式桶形基础的荷载-位移关系曲线；

(4)改变恒应变值或施加的恒力值并重复上述操作，获取不同大小及频率荷载作用下吸力式桶形基础模型3的荷载-位移关系曲线，实现循环往复荷载作用下吸力式桶形基础的承载特性的模拟与测试，图4表示施加恒定荷载8.5N历时1000次循环的位移-荷载曲线。

Claims (2)

1.一种吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置，其特征在于主体结构包括圆筒形模型箱、固定支座、吸力式桶形基础模型、连接杆、固定环箍、作动器、拉压力传感器、位移传感器、伺服电机、控制器和计算机；圆筒形模型箱由上、下两部分组成，上、下两部分的高度分别为30cm和70cm，固定支座安装在圆筒形模型箱的上部，作动器水平安装在固定支座上；连接杆通过固定环箍与作动器相连，便于吸力式桶形基础模型随作动器共同进行往复循环运动；连接杆固定在吸力式桶形基础模型正中间，吸力式桶形基础模型置于圆筒形模型箱内；伺服电机与作动器相连，伺服电机控制作动器以恒定应变速率或恒定应力来模拟不同频率的水平循环往复荷载；拉压力传感器和位移传感器分别安装在作动器上，拉压力传感器用于测试吸力式桶形基础模型所受循环载荷大小，位移传感器测量施加荷载过程中吸力式桶形基础模型的水平位移变化，并通过记录施加荷载时间获得循环往复荷载及位移与时间的关系曲线，从而得到吸力式桶形基础在不同水平荷载大小及频率作用下的承载性状；拉压力传感器和位移传感器分别与控制器相连后再与计算机相连组成数据采集分析***，荷载施加过程中控制器带动作动器以恒定速率或者恒定力对吸力式桶形基础模型施加循环荷载，模拟实际工程的水平循环往复荷载，组成水平循环往复荷载加载***。

2.一种采用如权利要求1所述装置实现吸力式桶形基础循环往复作用加载试验的方法，其特征在于具体过程为：

(1)制作圆筒形模型箱，用刷子将圆筒形模型箱的底部及侧壁清理干净，防止圆筒形模型箱中残留物对试验结果产生影响；在圆筒形模型箱内部沿深度画出刻度线，便于筒体内填料的施加；

(2)将吸力式桶形基础模型放置在圆筒形模型箱正中间，并施加吸力完成沉贯；沉贯结束后安装连接杆，采用固定环将连接杆与作动器连接，再接通伺服电机，将位移传感器、拉压力传感器与控制器、计算机连接好并组成数据采集分析***，并测试数据采集分析***是否完好；

(3)在计算机上设定恒应变值或恒力值，通过作动器对吸力式桶形基础模型施加水平拉压荷载，模拟工程实际中吸力式桶形基础在水平循环往复荷载作用下的受力情况，获取水平循环荷载作用下吸力式桶形基础的荷载-位移关系曲线；

(4)改变恒应变值或施加的恒力值并重复上述操作，获取不同大小及频率荷载作用下吸力式桶形基础模型的荷载-位移关系曲线，实现循环往复荷载作用下吸力式桶形基础的承载特性的模拟与测试。