CN102607874B - 深水港工程准原型结构试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水港工程准原型结构试验平台，其包括一个用来设置深水港准原型码头结构和堆载土的试验坑，试验坑内设有用于给堆载土施加面载荷的土压力加载系统、用于给深水港准原型码头结构施加水平周期往复荷载的水平周期往复加载系统、及用于给深水港准原型码头结构施加竖向力荷载的竖向力加载系统。该试验平台通过上述几种加载系统可模拟深水港码头结构所受到的各种荷载，包括波浪力、撞船力、码头结构所受到的各种竖向荷载和土层对码头结构的荷载，能够反映各类荷载对码头结构产生的影响，解决了目前进行港口码头准原型试验缺乏试验设备的问题。
Description
技术领域
本发明涉及港口工程技术领域，特别涉及一种用于对深水港码头的准原型进行试验的试验平台。
背景技术
为满足国民经济高速发展的需要，我国沿海港口和内河航运建设正不断取得重大进展，为满足港口吞吐量高速增长的需求，港口工程建设都保持了较快速的增长趋势。而根据目前岸线开发的现状和船舶吃水的需求，在港口建设中，深水港占有相当大的比重，由此必将带来大量深水港工程结构的研究需求。
结构试验是开展各类工程结构研究的重要手段，目前港口工程结构试验多采用两种主要方式：室内模型试验和工程现场的原型试验(以下简称模型试验、原型试验)。其中原型试验的结果最为直接，可直接验证用于结构设计的理论方法和参数取值，对深入了解结构的受力变形机理、优化结构型式、修正计算方法具有重要作用。但原型试验受结构所处边界条件限制，试验过程具有不可重复性，不能人为控制有关参数，其结果是一次性的，只能获得特定边界条件下的试验结果，而且耗资巨大，具有一定的风险。因此在正式开展工程建设之前，模型试验是一种非常好的研究手段。模型试验主要是根据结构的实际状况，利用相似性原理，采用一定的模型对结构原型的受力特性进行近似模拟。但模型试验存在的最大问题主要是相似律很难满足，并由此带来一系列问题，因此主要用来进行结构受力变形特性的定性分析，试验数据不作为直接指导实际工程结构设计的依据。此外，由于尺寸效应的存在，国外的模型试验有逐渐大型化的趋势。
由于原型试验和模型试验所存在的局限性，准原型结构试验逐渐引起科研领域的关注。特别是对于大型基础设施建设的前期研究，准原型结构试验一方面可以避免模型试验中相似律的限制，减小尺寸效应的影响，同时还具有可重复性、可量化的优点。因此与模型试验和原型试验相比，准原型试验具有不可比拟的优势。虽然准原型试验具有上述优势，但目前仍没有一种通用性较好的试验平台可模拟深水港码头结构所受到的各种荷载，这样也就对准原型结构试验造成限制。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可模拟深水港码头结构所受到的各种荷载的准原型结构试验平台。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种深水港工程准原型结构试验平台，其包括一个用来设置深水港准原型码头结构和堆载土的试验坑，所述试验坑内设有用于给堆载土施加面载荷的土压力加载系统、用于给深水港准原型码头结构施加水平周期往复荷载的水平周期往复加载系统、及用于给深水港准原型码头结构施加竖向力荷载的竖向力加载系统。
优选的，所述土压力加载系统包括数个液压油缸和一加载板，所述试验坑内设有一横向挡土隔墙，所述液压油缸的活塞杆穿过所述横向挡土隔墙与所述加载板连接。
优选的，与所述加载板相对应的试验坑坑底处设有加载板底部预埋件，与所述加载板相对应的试验坑侧壁处设有加载板侧向预埋件。
优选的，所述加载板侧向预埋件的后侧设有竖向支撑牛腿，所述横向挡土隔墙与一纵向支撑墙相交，所述竖向支撑牛腿的前端面与所述纵向支撑墙的前端面位于同一平面上。
优选的，所述加载板与所述横向挡土隔墙之间的试验坑坑底上设有一加载板后集水井。
优选的，所述横向挡土隔墙的后方设有加载区域集水井。
优选的，所述试验坑的坑底设有坑底集水井、坑底副集水井、坑底排水沟及坑底副排水沟，所述坑底排水沟与所述坑底集水井连通，所述坑底副排水沟与所述坑底副集水井连通。
优选的，所述试验坑的侧壁内埋有排水管道，所述排水管道与所述坑底集水井、坑底副集水井连通。
优选的，所述试验坑中与深水港准原型码头结构的闸门位置相对应的两个侧壁上分别设有闸门侧槽，坑底处设有闸门底部插槽，所述闸门侧槽、闸门底部插槽位于同一横断面上。
优选的，所述试验坑中还设有用于给深水港准原型码头结构施加侧向力荷载的侧向力加载系统。
上述技术方案具有如下有益效果：该深水港工程准原型结构试验平台在试验坑内分别设有土压力加载系统、水平周期往复加载系统、竖向力加载系统，通过上述几种加载系统可模拟深水港码头结构所受到的各种荷载，包括波浪力、撞船力、码头结构所受到的各种竖向荷载和土层对码头结构的荷载，能够反映各类荷载对码头结构产生的影响，解决了目前进行港口码头准原型试验缺乏试验设备的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图对本专利进行详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例试验坑的平面示意图。
图2为本发明实施例试验坑的轴向示意图。
图3为本发明实施例的轴向示意图。
图4为本发明实施例工作状态的轴向示意图。
图5为本发明实施例工作状态的侧视图。
图6为本发明实施例工作状态的俯视图。
图中：1、纵向支撑墙；2、横向挡土隔墙；3、竖向支撑牛腿；4、油管沟槽；5、信号线沟槽；6、加载板侧向预埋件；7、加载板底部预埋件；8、竖向力加载系统预埋件；9、土压力加载系统预埋件；10、水平力加载系统预埋件；11、侧向水平力加载设备预埋件；12、加载板后集水井；13、坑底排水沟；14、坑底集水井；15、坑底副排水沟；16、坑底副集水井；17、加载区域集水井；18、排水管道；19、闸门侧槽；20、闸门底部插槽；21、土压力加载系统；22、水平力周期往复加载系统；23、竖向力加载系统；24、准原型港口码头结构；25、堆载土；26、加载板；27液压油缸。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。
如图1、2、3所示，该深水港工程准原型结构试验平台包括一试验坑，试验坑的侧壁上设有竖向力加载系统预埋件8、土压力加载系统预埋件9和水平力加载系统预埋件10，竖向力加载系统预埋件8上安装有竖向力加载系统23，土压力加载系统预埋件9上安装有土压力加载系统21，水平力加载系统预埋件10上安装有水平力周期往复加载系统22。
土压力加载系统21包括数个液压油缸27和一加载板26，试验坑内还设有一横向挡土隔墙2，横向挡土隔墙2上设有数个孔洞，液压油缸27的活塞杆穿过横向挡土隔墙2上的孔洞与加载板26连接，土压力加载系统21通过加载板26对堆载土施加面载荷。横向挡土隔墙2作用是阻隔试验坑内的土和水与土压力加载系统21接触，以防止土压力加载系统21受到损坏。横向挡土隔墙的后方设有加载区域集水井17，加载区域集水井17的作用是收集该区域的渗水，保护该区域设备，防止因渗水而导致设备损坏。坑内土压力加载系统21的后方设有油管沟槽4和信号线沟槽5，油管沟槽4和信号线沟槽5主要是土压力加载系统21油路和信号的管线通道，方便其信号线和油管通过。
与加载板26相对应的试验坑坑底处设有加载板底部预埋件7，相对应的试验坑侧壁处设有加载板侧向预埋件6，在液压油缸27的推力作用下，加载板26可沿加载板侧向预埋件6、加载板底部预埋件7来回移动，加载板侧向预埋件6、加载板底部预埋件7为加载板26提供行走平面。加载板侧向预埋件6的后侧设有竖向支撑牛腿3，横向挡土隔墙2与一纵向支撑墙1相交，竖向支撑牛腿3的前端面与纵向支撑墙1的前端面位于同一平面上。这样当土压力加载系统21处于无荷载状态时，由于坑内有土压力施加在加载板26上，加载板26能够与纵向支撑墙1和竖向支撑牛腿3相接触，并由二者提供支撑。
加载板26与横向挡土隔墙2之间的试验坑坑底上设有一加载板后集水井12，加载板后集水井12作用是收集该区域的渗水并排出，防止土压力加载系统21因渗水而损坏。横向挡土隔墙2的后方设有加载区域集水井17，加载区域集水井17的作用是收集该区域的渗水，保护该区域设备，防止因渗水而导致设备损坏。
试验坑的坑底还设有坑底集水井14、坑底副集水井16、坑底排水沟13及坑底副排水沟15，坑底排水沟13与坑底集水井14连通，坑底副排水沟15与坑底副集水井16连通。坑底排水沟13、坑底集水井14、坑底副排水沟15、坑底副集水井16主要作用是收集试验坑内的水，坑底排水沟13、坑底副排水沟15分布于试验区域中的坑底，试验坑内的水通过坑底排水沟13、坑底副排水沟15流至坑底集水井14、坑底副集水井16，集水井、排水沟上应覆盖盖板和土工布，以防止土进入其中。试验坑的侧壁内埋有排水管道18，排水管道18与坑底集水井14、坑底副集水井16连通，用于将试验坑内的水体向外排出，以控制试验坑内水位。
试验坑中与深水港准原型码头结构的闸门位置相对应的两个侧壁上分别设有闸门侧槽19，坑底处设有闸门底部插槽20，闸门侧槽19、闸门底部插槽20位于同一横断面上。当需要安装闸门分隔坑内空间时，可以通过闸门底部插槽20，闸门侧槽19装入闸门。
如图4、5、6所示，该深水港工程准原型结构试验平台在使用时，在试验坑内设置堆载土25和准原型港口码头结构24作为试验对象。通过土压力加载系统21对堆载土25施加面载荷，可用来模拟堆载土25所受的被动土压力。堆载土所受的被动土压力的大小根据朗肯被动土压力公式计算如下所示。
郎肯被动土压力公式：
其中：Z为土层深度，γ为土重度，c为土的粘聚力，为土的内摩擦角。
通过水平周期往复加载系统22对准原型港口码头结构24施加水平周期往复荷载，模拟码头受到的波浪力和撞船力。通过竖向力加载系统23对准原型港口码头结构24施加竖向力荷载，模拟码头所受到的各类竖向荷载。试验坑的侧壁上还可设置侧向水平力加载设备预埋件11，如果需要可在侧向水平力加载设备预埋件11上安装侧向水平力加载设备，用于对准原型港口码头结构24施加侧向水平力荷载。
该深水港工程准原型结构试验平台在试验坑内分别设有土压力加载系统、水平周期往复加载系统、竖向力加载系统，通过上述几种加载系统可模拟深水港码头结构所受到的各种荷载，包括波浪力、撞船力、码头结构所受到的各种竖向荷载和土层对码头结构的荷载，能够反映各类荷载对码头结构产生的影响，解决了目前进行港口码头准原型试验缺乏试验设备的问题。
以上对本发明实施例所提供的一种深水港工程准原型结构试验平台进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：其包括一个用来设置深水港准原型码头结构和堆载土的试验坑，所述试验坑内设有用于给堆载土施加面载荷的土压力加载系统、用于给深水港准原型码头结构施加水平周期往复荷载的水平周期往复加载系统、及用于给深水港准原型码头结构施加竖向力荷载的竖向力加载系统，所述土压力加载系统包括数个液压油缸和一加载板，所述试验坑内设有一横向挡土隔墙，所述液压油缸的活塞杆穿过所述横向挡土隔墙与所述加载板连接，通过土压力加载系统对堆载土施加面载荷，用来模拟堆载土所受的被动土压力，堆载土所受的被动土压力的大小根据朗肯被动土压力公式计算如下： ，其中，Z为土层深度，γ为土重度，c为土的粘聚力， 为土的内摩擦角。
2.根据权利要求1所述的深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：与所述加载板相对应的试验坑坑底处设有加载板底部预埋件，与所述加载板相对应的试验坑侧壁处设有加载板侧向预埋件。
3.根据权利要求2所述的深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：所述加载板侧向预埋件的后侧设有竖向支撑牛腿，所述横向挡土隔墙与一纵向支撑墙相交，所述竖向支撑牛腿的前端面与所述纵向支撑墙的前端面位于同一平面上。
4.根据权利要求1所述的深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：所述加载板与所述横向挡土隔墙之间的试验坑坑底上设有一加载板后集水井。
5.根据权利要求1所述的深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：所述横向挡土隔墙的后方设有加载区域集水井。
6.根据权利要求1所述的深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：所述试验坑的坑底设有坑底集水井、坑底副集水井、坑底排水沟及坑底副排水沟，所述坑底排水沟与所述坑底集水井连通，所述坑底副排水沟与所述坑底副集水井连通。
7.根据权利要求6所述的深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：所述试验坑的侧壁内埋有排水管道，所述排水管道与所述坑底集水井、坑底副集水井连通。
8.根据权利要求1所述的深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：所述试验坑中与深水港准原型码头结构的闸门位置相对应的两个侧壁上分别设有闸门侧槽，坑底处设有闸门底部插槽，所述闸门侧槽、闸门底部插槽位于同一横断面上。
9.根据权利要求1所述的深水港工程准原型结构试验平台，其特征在于：所述试验坑中还设有用于给深水港准原型码头结构施加侧向力荷载的侧向力加载系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHINA CONSTRUCTION THIRD ENGINEERING DIVISION CO., Effective date: 20120712 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120712 Address after: 200032 Shanghai city Xuhui District Zhaojiabang Road No. 829 Applicant after: Shanghai Third Harbor Engineering Science Technology Research Institute Co., Ltd., China Communications Construction Group Co-applicant after: China Construction Third Engineering Division Co., Ltd. Address before: 200032 Shanghai city Xuhui District Zhaojiabang Road No. 829 Applicant before: Shanghai Third Harbor Engineering Science Technology Research Institute Co., Ltd., China Communications Construction Group |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150921 Address after: 200032 Shanghai city Xuhui District Zhaojiabang Road No. 829 Patentee after: Shanghai Third Harbor Engineering Science Technology Research Institute Co., Ltd., China Communications Construction Group Patentee after: China Construction Third Engineering Division Co., Ltd. Patentee after: CCCC Shanghai Harbour Engineering Design & Research Institute Co., Ltd. Address before: 200032 Shanghai city Xuhui District Zhaojiabang Road No. 829 Patentee before: Shanghai Third Harbor Engineering Science Technology Research Institute Co., Ltd., China Communications Construction Group Patentee before: China Construction Third Engineering Division Co., Ltd. |