CN103278304A

CN103278304A - 海工振动台装置

Info

Publication number: CN103278304A
Application number: CN2013102400625A
Authority: CN
Inventors: 张建民; 张建红
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103278304B

Abstract

本发明公开了一种海工振动台装置，包括：振动台，作动器，模型土槽和波浪池，作动器与振动台相连，用于驱动振动台振动及控制振动台的振动过程。模型土槽设在振动台上，模型土槽内具有海床土层。波浪池用于在其内造波和造流，波浪池的底壁设有开口，模型土槽的顶端在开口处与波浪池的底壁密封地相连，以便波浪池通过开口与模型土槽连通。根据本发明的海工振动台装置，能够同时再现海流、海浪和强震过程，实现海洋流体、海底强震、海工结构和海床土层之间的动力相互作用，实现极端波浪、海流载荷和海底强震作用下典型海工结构与海床土层的多场耦合作用，可为海洋工程地质勘探设计与海洋施工技术突破提供大尺度的试验验证平台。

Description

海工振动台装置

技术领域

本发明涉及海工技术领域，尤其是涉及一种海工振动台装置。

背景技术

随着我国发展海洋经济、开发海洋资源、保障海上安全需求的增加，需要解决复杂的海洋环境中海工结构安全中所蕴含的技术问题，现有用于船舶和港口工程的海工设备无法同时再现海床土层、波浪、海流和海底地震过程，不能用于模拟极端波浪、海流载荷和海底强震作用下典型海工结构与海床土层的多场耦合作用。因此，现有的海工设备存在改进的需要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种海工振动台装置，该海工振动台装置能够同时再现海流、海浪和强震过程，实现海洋流体、海底强震、海工结构和海床土层之间的动力相互作用，再现波浪、海流、海底地震过程，实现极端波浪、海流载荷和海底强震作用下典型海工结构与海床土层的多场耦合作用，通过高精度流场、土体响应和结构响应测试研究揭示海工结构失稳的物理机制，可为海洋工程地质勘探设计与海洋施工技术突破提供大尺度的试验验证平台。

根据本发明实施例的海工振动台装置，包括：振动台，作动器，模型土槽和波浪池，所述作动器与所述振动台相连，用于驱动所述振动台振动及控制所述振动台的振动过程；所述模型土槽设在所述振动台上，所述模型土槽内具有海床土层；所述波浪池用于在其内造波和造流，所述波浪池的底壁设有开口，所述模型土槽的顶端在所述开口处与所述波浪池的底壁密封地相连，以便所述波浪池通过所述开口与所述模型土槽连通。

根据本发明实施例的海工振动台装置，能够同时再现海流、海浪和强震过程，实现海洋流体、海底强震、海工结构和海床土层之间的动力相互作用，再现波浪、海流、海底地震过程，实现极端波浪、海流载荷和海底强震作用下典型海工结构与海床土层的多场耦合作用，通过高精度流场、土体响应和结构响应测试研究揭示海工结构失稳的物理机制，可为海洋工程地质勘探设计与海洋施工技术突破提供大尺度的试验验证平台。

另外，根据本发明上述实施例的海工振动台装置还可以具有如下附加的技术特征：

具体地，所述作动器包括用于驱动及控制所述振动台在水平方向上振动的水平向作动器和用于驱动及控制所述振动台在竖直方向上振动的竖直向作动器。从而可实现振动台的多自由度振动，保证模拟的海洋强震过程的真实性。

进一步地，作动器还包括基础座，所述基础座的中部具有凹槽，所述水平向作动器设在所述凹槽内且与所述振动台的侧面相连，所述竖直向作动器设在所述凹槽内且与所述振动台的底面相连，所述波浪池支撑在所述基础座上。从而不仅可提高海工振动台装置的结构强度和安全性，且可对水平向振动器和竖向向作动器起到保护作用。

优选地，所述模型土槽与波浪池的底壁通过柔性密封相连。从而既能保证密封性，又便于模型土槽和波浪池之间的密封连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的海工振动台装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的海工振动台装置的局部剖切透视图；

图3是根据本发明实施例的海工振动台装置的剖视示意图。

附图标记：

海工振动台装置100、振动台1、作动器2、

水平向作动器20、竖直向作动器21、基础座22、凹槽220、

模型土槽3、波浪池4、海床土层5、海工结构6

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的一种海工振动台装置100，该海工振动台装置100可用于模拟海洋波浪、海流和海底强震过程。

根据本发明实施例的海工振动台装置100，如图1-图3所示，包括：振动台1、作动器2、模型土槽3和波浪池4，其中，作动器2和振动台1相连用于驱动振动台1振动及控制振动台1的振动过程，从而可通过驱动振动台1振动以用于模拟地震过程。值得说明的是，作动器2的工作原理和结构等已为本领域的技术人员所熟知，这里就不详细描述。

模型土槽3设在振动台1上，模型土槽3内具有海床土层5，其中可在海床土层5上设置海工结构6。波浪池4用于在波浪池4内造波和造流，波浪池4的底壁设有开口，模型土槽3的顶端在开口处与波浪池4的底壁密封地相连，以便波浪池4通过开口与模型土槽3连通。优选地，模型土槽3与波浪池4的底壁通过柔性密封相连，从而既能保证密封性，又便于模型土槽3和波浪池4之间的密封连接。

具体地，波浪池4与供水装置相连以向波浪池4内注入水，此时模型土槽3内的海床土层5位于水下以用于模拟海洋环境，波浪池4还与造流机和造波机相连，更具体地，造流机和造波机可设在波浪池4内，可选地，造流机可为推板式造流机，造波机可为推板式造波机，当启动造流机时，造流机可在波浪池4内造流以模拟海流过程，当启动造波机时，造波机可在波浪池4内造波以模拟海洋波浪过程，此时当同时启动造波机和造流机时，即可在波浪池4内同时模拟海流过程和海洋波浪过程。

在本发明的示例中，如图1-图3所示，波浪池4形成为长方体形状或正方体形状，其中，波浪池4的尺寸应足够大以消除边界效应，从而保证可精准地再现海流过程和海洋波浪过程。

海工振动台装置100工作时，启动造流机和造波机，以在波浪池4中形成二维海流和二维海洋波浪，即在波浪池4内模拟海洋流体过程，且同时启动作动器2，以模拟水下强震过程即可模拟海洋强震过程，从而本发明的海工振动台装置100可在模型土槽3中实现海洋波浪、海流、海洋强震、海工结构6、海床土层5的动力相互作用。其中，值得说明的是，本发明的海工振动台装置100还包括测试系统等以对模拟的海洋流体、海底强震、海工结构6和海床土层5之间的动力相互作用的结果进行测试。

根据本发明实施例的海工振动台装置100，能够同时再现海流、海浪和强震过程，实现海洋流体、海底强震、海工结构和海床土层之间的动力相互作用，再现波浪、海流、海底地震过程，实现极端波浪、海流载荷和海底强震作用下典型海工结构与海床土层的多场耦合作用，通过高精度流场、土体响应和结构响应测试研究揭示海工结构失稳的物理机制，可为海洋工程地质勘探设计与海洋施工技术突破提供大尺度的试验验证平台。

具体地，如图2所示，作动器2包括用于驱动及控制振动台1在水平方向上振动的水平向作动器20和用于驱动及控制振动台1在竖直方向上振动的竖直向作动器21，从而可实现振动台1的多自由度振动，保证模拟的海洋强震过程的真实性。其中，水平向作动器20和竖直向作动器21的工作原理等已为本领域的技术人员所熟知，这里就不详细描述。

进一步地，如图1和图2所示，作动器2还包括基础座22，基础座22的中部具有凹槽220，水平向作动器20设在凹槽220内且与振动台1的侧面相连，竖直向作动器21设在凹槽220内且与振动台1的底面相连，波浪池4支撑在基础座22上，从而不仅可提高海工振动台装置100的结构强度和安全性，且可对水平向作动器20和竖直向作动器21起到保护作用。

根据本发明实施例的海工振动台装置100主要用于模拟海洋环境下各海工结构与海床系统的多相、多尺度、多过程物理力学行为和动力相互作用，主要瞄准三大类迫切需要解决的重大海洋工程科学问题：1）海洋流体和海洋强震-海工结构-海床土层的共同工作问题。2）海洋自然灾害及工程风险问题。3）海底勘探方法验证和岩土工程评价问题。旨在研究和解决三大类重大海洋工程关键技术问题：1）海洋环境下流体和强震-海工结构-海床土层三者之间的共同工作原理及安全调控技术。2）海洋自然灾害及工程风险控制技术。3）大型海工结构系统设计方案比选和优化，为海洋能源开发技术以及各种海洋工程施工与运行关键技术的创新与突破提供一个高水平的物理模拟平台。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种海工振动台装置，其特征在于，包括：振动台，作动器，模型土槽和波浪池，所述作动器与所述振动台相连，用于驱动所述振动台振动及控制所述振动台的振动过程；所述模型土槽设在所述振动台上，所述模型土槽内具有海床土层；所述波浪池用于在其内造波和造流，所述波浪池的底壁设有开口，所述模型土槽的顶端在所述开口处与所述波浪池的底壁密封地相连，以便所述波浪池通过所述开口与所述模型土槽连通。

2.根据权利要求1所述的海工振动台装置，其特征在于，所述作动器包括用于驱动及控制所述振动台在水平方向上振动的水平向作动器和用于驱动及控制所述振动台在竖直方向上振动的竖直向作动器。

3.根据权利要求2所述的海工振动台装置，其特征在于，还包括基础座，所述基础座的中部具有凹槽，所述水平向作动器设在所述凹槽内且与所述振动台的侧面相连，所述竖直向作动器设在所述凹槽内且与所述振动台的底面相连，所述波浪池支撑在所述基础座上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的海工振动台装置，其特征在于，所述模型土槽与波浪池的底壁通过柔性密封相连。