CN108343096A - 用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置及方法，包括实验箱、复合受力加载装置、动弯矩加载装置和数据采集分析装置；实验箱内填充有试验砂和海水，实验箱底部设有排水管；复合受力加载装置包括复合受力加载架、竖直伺服电动缸、倾斜伺服电动缸、竖直力传感器和倾斜力传感器；动弯矩加载装置包括动弯矩加载架、横向伺服电动缸、横向力传感器、传力结构、A形架、弯矩力传感器和配重块；实验箱顶部能与复合受力加载架或动弯矩加载架可拆卸连接。本发明通过两种不同类型的循环荷载加载装置，在桶基模型上施加不同的外荷载，研究了桶基动阻抗的影响因素及其机理，为风机实际设计过程中桶基动阻抗的取值提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置及试验方法，特别是一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置及方法。
背景技术
随着化石能源的使用，其所带来的环境问题日益突出，很多国家开始积极探索和开发可再生能源。作为可再生能源的代表，海上风能因其具有节约土地资源、风能平稳、无噪音、无污染等特点成为了新能源开发的的研究重点。根据国际能源署（IEA）的研究资料，预计到2030年，全球的非化石能源占比将提高到23.8%，可再生能源将是未来增长最快的能源，其中风电的发电量占比将达到11%，成为可再生能源的主力军。
多桶基海上风机基础是一种很有潜力的基础，各桶基通过承受竖向反力来抵抗风机塔架受到的水平荷载。由于风机塔架越来越高，风机的结构变得更加“柔”，在低频荷载作用下桶动阻抗对风机振动特性影响更加显著。研究清楚桶基动阻抗的影响因素，能更好地深入了解风机寿命周期内桶基动阻抗的变化过程，有利于准确计算风机正常运行下的动阻抗。
海上风机受到的环境荷载频率和风机自振频率很接近，同时在风机设计还需要预留10%的安全度，所以可供风机安全运行的频率十分狭窄。而桶形基础动阻抗的准确计算对风机整体振动特性的设计起着至关重要的作用。目前海上风电在设计时采用了远小于真实情况的基础阻抗值，保守的设计导致海上风险成本增加，同时实测值与设计值的偏差也会带来一定的安全隐患。因此精确考虑桶基和土体动力相互作用的过程，深入了解桶基动阻抗的影响因素和演变情况，无论从经济角度还是从安全角度都有很重要的意义。
由于海上风机塔架很高，在风浪流等横向荷载作用下产生的弯矩将成倍增加，根据估算，作用于一座5MW的海上风机所承受的水平力为16MN，传递到基础底部的弯矩达到了562MNm。在风浪流等循环荷载作用下，易导致基础的侧向变形，包括基础的位移和转角。当基础转角超过0.5°，海上风机顶部的位移偏差就会很大，很可能导致风力发电机无法正常运作，而与基础转角密切相关的正是桶基的摇摆动阻抗，因此必须充分了解桶型基础在动力弯矩作用下的摇摆振动特性。
目前国内外学者对桶形基础的研究多集中在桶形基础的承载力特性和安装特性方面，对桶形基础的使用情况有了一个比较深刻的认识。但是对于桶形基础动阻抗的研究则远远不够，特别对于动阻抗的模型试验仍很匮乏，亟需进行深入研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，该用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置通过两种不同类型的循环荷载加载装置，在桶基模型上施加不同的外荷载，研究了桶基动阻抗的影响因素及其机理，为风机实际设计过程中桶基动阻抗的取值提供依据。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，包括实验箱、复合受力加载装置、动弯矩加载装置、伺服电动缸控制仪和数据采集分析装置。
实验箱内填充有试验砂和海水，实验箱底部设置有排水管。
桶形基础开口向下插设在实验箱内的试验砂中。
复合受力加载装置用于对设于实验箱内的桶形基础施加水平力和竖向力，复合受力加载装置包括复合受力加载架、竖直伺服电动缸、倾斜伺服电动缸、竖直力传感器和倾斜力传感器。
动弯矩加载装置动用于对设于实验箱内的桶形基础施加动弯矩，动弯矩加载装置包括动弯矩加载架、横向伺服电动缸、横向力传感器、传力结构、A形架、弯矩力传感器和配重块。
实验箱顶部能与复合受力加载架或动弯矩加载架可拆卸连接。
当复合受力加载架与实验箱顶部可拆卸连接时，能进行复合受力加载试验；此时，竖直伺服电动缸竖直设置，竖直伺服电动缸的顶端与复合受力加载架相连接，竖直伺服电动缸的底端通过竖直力传感器与桶形基础的顶部相连接；倾斜伺服电动缸倾斜设置，倾斜伺服电动缸的顶端与复合受力加载架相连接，倾斜伺服电动缸的底端通过倾斜力传感器与桶形基础的底部外壁面相连接；竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸均与伺服电动缸控制仪相连接。
当动弯矩加载架与实验箱顶部可拆卸连接时，能进行动弯矩加载试验；此时，配重块设置在桶形基础的顶部中心，弯矩力传感器的数量为两个，对称设置在配重块的两侧；A形架的底部分别与对应的弯矩力传感器相连接，A形架的顶部与传力结构相连接；横向伺服电动缸水平设置，横向伺服电动缸的一端与动弯矩加载架相连接，横向伺服电动缸的另一端通过横向力传感器与传力结构相连接；横向伺服电动缸还与伺服电动缸控制仪相连接。
数据采集分析装置包括加速度传感器、应变片、微型孔隙水压计、土压力计、动态采集仪和计算机；加速度传感器布置在桶基基础顶部的两侧；应变片粘贴在桶基基础的两侧；微型孔隙水压计布置在桶基基础的中轴线下方以及桶基基础的外侧；土压力计布置在桶基基础的顶部内侧；应变片、土压力计、微型孔隙水压计、加速度传感器和力传感器均与动态采集仪相连接，动态采集仪和计算机相连接。
实验箱的内壁面涂覆有阻尼涂料。
当进行动弯矩加载试验时，配重块的重量能够调整。
实验箱的外壁面均匀布设有若干个L形加强肋。
复合受力加载架呈U形，包括横梁、立柱和加强撑，立柱设置在横梁底部两侧，加强撑设置在立柱与横梁的交接处，立柱底部通过L形角撑与实验箱顶部相连接。
立柱上均设置有抗倾加强肋。
动弯矩加载架包括竖杆、横杆和斜向加强撑，横杆设置在竖杆的顶端，斜向加强撑设置在竖杆与横杆的交接部位。
本发明还提供一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验方法，该用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置通过两种不同类型的循环荷载加载方法，在桶基模型上施加不同的外荷载，研究了桶基动阻抗的影响因素及其机理，为风机实际设计过程中桶基动阻抗的取值提供依据。
一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验方法，包括如下步骤。
步骤1，海床铺设：在实验箱底部安装排水管，在排水管上方铺设砾石层，接着在砾石层上覆盖一层土工织布，再接着用分层填筑的方式回填试验砂到指定高度；在试验砂回填过程中，完成微型孔隙水压计和土压力计的埋设；回填完成后，通过排水管往实验箱加水，使水没过试验砂，并使试验砂浸泡至完全饱和后，将水从排水管排出，接着使试验砂固结，形成海床。
步骤2，桶基基础安装：通过重力沉贯的方式将开口向下且粘贴有应变片的桶基基础安装到指定位置。
步骤3，复合受力加载装置安装：将复合受力加载架固定在实验箱上，使竖直伺服电动缸和桶基基础在同一竖直直线上，倾斜伺服电动缸倾斜放置，竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸的顶端均与复合受力加载架相连接，竖直伺服电动缸的底端固定竖直力传感器，倾斜伺服电动缸的底端固定倾斜力传感器，再将竖直力传感器和倾斜力传感器固定在桶基基础上，竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸均与伺服电动缸控制仪相连接；然后在竖直力传感器和倾斜力传感器两侧的桶基基础上安装加速度传感器。
步骤4，竖向动阻抗试验：步骤3中的复合受力加载装置安装完成后，静置，待试验砂状态稳定后，伺服电动缸控制仪驱动竖直伺服电动缸工作，在桶基基础顶部施加单独的竖向循环荷载，动态采集仪将采集到的桶基基础的动态响应数据传递给计算机并记录；然后，通过改变不同的荷载频率和外荷载大小，进行多组试验，研究桶基竖向动阻抗的影响因素。
步骤5，耦合动阻抗试验：步骤4中的竖向动阻抗试验完成后，静置，待试验砂状态稳定后，伺服电动缸控制仪驱动竖直伺服电动缸和倾斜电动缸同时工作，进行耦合动阻抗试验，在桶基基础顶部同时施加竖向和横向的循环荷载，并记录桶基基础及其周围土体的动态响应；然后，通过改变不同的荷载频率和外荷载大小，进行多组试验，研究桶基耦合动阻抗的影响因素。
步骤6，动弯矩加载装置安装：步骤5中的耦合动阻抗试验完成后，卸下复合受力加载装置，并在实验箱上固定动弯矩加载架，配重块设置在桶形基础的顶部中心，弯矩力传感器对称设置在配重块的两侧；A形架的底部分别与对应的弯矩力传感器相连接，A形架的顶部与传力结构相连接；横向伺服电动缸水平设置，横向伺服电动缸的一端与动弯矩加载架相连接，横向伺服电动缸的另一端通过横向力传感器与传力结构相连接；横向伺服电动缸还与伺服电动缸控制仪相连接。
步骤7，动弯矩加载试验：伺服电动缸控制仪驱动横向伺服电动缸工作，进行动弯矩加载试验，横向伺服电动缸施加不同频率和大小的水平力，桶基基础将受到不同的动弯矩作用，记录动弯矩作用时，桶基基础的动态响应，研究动弯矩作用下动阻抗的影响因素。
步骤8，海洋环境模拟：步骤7中动弯矩加载试验完成后，拆卸下动弯矩加载装置，通过排水管向实验箱加水，以模拟海洋环境，静置，待试验砂饱和后，重复步骤3至步骤7，研究有海水情况下的桶基动阻抗。
步骤1中的砾石层的铺设厚度为20cm。
步骤2中，桶基基础的直径为200mm，试验砂的平均粒径为0.3-0.4mm，桶基基础的外径与试验砂颗粒的平均粒径之比大于40。
本发明具有如下有益效果：
1.与现有技术相比，本发明的试验装置可以更为真实地模拟海上风机在所处海洋环境中所承受的竖向、水平荷载，以及巨大的倾覆弯矩并同时测量竖向、水平竖直耦合和动弯矩作用下的动阻抗。尤其是其中动弯矩作用下的摇摆动阻抗的测量，对于控制桶基在倾覆弯矩作用下产生的转角具有重要意义。
2．本发明能同时测量土压力、孔隙水压力。能记录下在循环荷载作用时，桶基基础周围土体的动力响应，及孔隙水压力的累积和消散情况，反映出土压力和孔隙水压力与桶基基础竖向、横向、动弯矩动阻抗的关系。
3．本发明在桶基基础外侧均贴有应变片，通过记录应变片的值，能够计算出桶壁的微小应变，算出桶壁截面上的内力。上述竖直力传感器、倾斜力传感器以及横向力传感器的设置，能测得作用在桶基基础上激振力的大小。通过激振力和桶壁内力的计算，从而能更准确地算出作用桶基基础与土体的相互作用力。
4．本发明的实验箱内部固定有一层阻尼涂料，从而能很好吸收循环荷载作用时，土体产生的应力波，使试验结果更加精确。
5．本发明能通过改变配重块的质量，测量不同外荷载下，动弯矩作用下的动阻抗。
6．本发明配有与桶基基础配套的A形架，能够很好的施加动弯矩，使试验结果更加精确，并且测量竖向、水平竖直耦合和动弯矩作用下的动阻抗的设备容易拆卸，方便组装。
7．本发明在桶基基础顶部两侧对称固定加速度传感器，通过对加速度进行二次积分，可以精确得到桶基基础竖向位移。同时利用两个加速度传感器得到的位移差，可以计算动弯矩影响下桶基基础倾斜的角度值。
8．本发明安装的若干排水管，砾石层和土工织布，组成排水系统，加水和排水都从实验箱底部排水管进行，从而使土体更容易固结饱和。
9．本发明的实验箱优选为铁箱，并经过防锈处理，不易受到侵蚀。且铁箱外表面沿其长度方向焊有L形加强肋，能较好地提高实验箱的承载力且增大实验箱刚度，提高实验箱的自振频率，避免与桶基基础发生共振现象。另外，上述立柱和竖杆上还优选布置了抗倾加强肋，能防止加载架出现倾覆。
10．利用伺服电动缸控制仪循环施加荷载，并通过计算机控制，使荷载施加的更加均匀精准。
附图说明
图1是本发明进行复合受力加载试验时的结构示意图。
图2是本发明进行动弯矩加载试验时的结构示意图。
图3是本发明中实验箱的左视图。
图4 是本发明中实验箱的俯视图。
图5 是本发明中复合受力加载架的正视图。
图6 是本发明中复合受力加载架的左视图。
图7 是本发明中复合受力加载架的俯视图。
图8是本发明实验箱的正视图。
其中有：
10.实验箱；11.L形加强肋；12.阻尼涂料；13.排水管；14.试验砂；15.海水；
20.复合受力加载装置；
21.复合受力加载架；211.横梁；212.立柱；213.加强撑；214.L形角撑；215.抗倾加强肋；
22.竖直伺服电动缸；221.竖直力传感器；23.倾斜伺服电动缸；231.倾斜力传感器；
30.动弯矩加载装置；
31.动弯矩加载架；311.竖杆；312.横杆；313.斜向加强撑；314.固定螺栓；32.横向伺服电动缸；321.横向力传感器；33.传力结构；34.A形架；341.弯矩力传感器；35.配重块；
40.桶基基础；41.加速度传感器；42.应变片；43.微型孔隙水压计；44.土压力计；
50.伺服电动缸控制仪；60.动态采集仪；70.计算机。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，包括实验箱10、复合受力加载装置20、动弯矩加载装置30、伺服电动缸控制仪50和数据采集分析装置。
如图1、图2、图3、图4和图8所示，实验箱优选为铁箱，并经过防锈处理，不易受到侵蚀。且铁箱外表面沿其长度方向均匀焊有若干个L形加强肋11，能较好地提高实验箱的承载力且增大实验箱刚度，提高实验箱的自振频率，避免与桶基基础发生共振现象。
实验箱的内壁面优选涂覆有阻尼涂料12，从而能很好吸收循环荷载作用时，土体产生的应力波，使试验结果更加精确。
实验箱底部设置有排水管13，排水管优选为塑料管，
实验箱内填充有试验砂14和海水15，能分别进行有海水和无海水的桶基基础竖向、水平、竖直耦合和弯矩下动阻抗试验，通过二者对比，可以研究海水对竖向、水平、竖直耦合和弯矩动阻抗的影响。
桶形基础40开口向下插设在实验箱内的试验砂中，本发明能进行不同材料和尺寸的桶基基础的动阻抗试验。桶基基础的材料均优选为钢材或有机玻璃。从而研究桶基材料和比尺效应对桶基竖向、水平竖直耦合和弯矩动阻抗的影响。
数据采集分析装置包括加速度传感器41、应变片42、微型孔隙水压计43、土压力计44、动态采集仪60和计算机70。
加速度传感器布置在桶基基础顶部的两侧；应变片粘贴在桶基基础的两侧；微型孔隙水压计布置在桶基基础的中轴线下方以及桶基基础的外侧；土压力计布置在桶基基础的顶部内侧；应变片、土压力计、微型孔隙水压计、加速度传感器和力传感器均与动态采集仪相连接，动态采集仪和计算机相连接。
在动弯矩加载装置中，通过横向力传感器测得施加在A形架上水平力的大小，经过计算可以得到施加在桶基顶部动弯矩的大小。加速度传感器用于测量桶基基础振动过程中加速度的大小，通过对加速度时程两次积分得到位移时程，得到极小应变时的位移。同时利用桶基基础顶部两个加速度传感器测得的位移差，可以反算得到动弯矩作用下桶形基础的转角。土压力计和微型孔隙水压力计用于测量桶基基础周围土体的动力响应，及孔隙水压力的累积和消散情况，反映出土压力和孔隙水压力与桶基基础动阻抗的关系。应变片用于测量桶壁的微小应变，从而得到桶壁的受力情况。
数据采集分析装置的设置，从而能进行分别进行桶基基础、桶壁的竖向、水平、竖直耦合和弯矩动阻抗试验，对比桶基基础不同部分的竖向动阻抗，可以得到桶基基础不同部分提供动阻抗的比例，研究桶基基础提供动阻抗的机理。
实验箱顶部能与复合受力加载架或动弯矩加载架可拆卸连接。
如图1所示，复合受力加载装置包括复合受力加载架21、竖直伺服电动缸22、倾斜伺服电动缸23、竖直力传感器221和倾斜力传感器231。
复合受力加载架优选呈U形，如图5、图6和图7所示，包括横梁211、立柱212和加强撑213，立柱设置在横梁底部两侧，加强撑设置在立柱与横梁的交接处，立柱底部优选通过L形角撑214与实验箱顶部相连接。
进一步，上述立柱上均优选设置有抗倾加强肋215。
当复合受力加载架与实验箱顶部可拆卸连接时，能进行复合受力加载试验；此时，竖直伺服电动缸竖直设置，竖直伺服电动缸的顶端与复合受力加载架相连接，竖直伺服电动缸的底端通过竖直力传感器与桶形基础的顶部相连接；倾斜伺服电动缸倾斜设置，倾斜伺服电动缸的顶端与复合受力加载架相连接，倾斜伺服电动缸的底端通过倾斜力传感器与桶形基础的底部外壁面相连接；竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸均与伺服电动缸控制仪相连接。
如图2所示，动弯矩加载装置包括动弯矩加载架31、横向伺服电动缸32、横向力传感器321、传力结构33、A形架34、弯矩力传感器341和配重块35。
动弯矩加载架优选包括竖杆311、横杆312和斜向加强撑313，横杆设置在竖杆的顶端，斜向加强撑设置在竖杆与横杆的交接部位，竖杆的底部优选通过固定螺栓314与实验箱顶部相连接。
上述配重块的重量优选能够调整。
上述A形架必须具有足够的高度，使得横向伺服电动缸施加的水平力在A形架的传力作用之后转化为弯矩和可以忽略不计的水平力，从而达到仅仅施加弯矩的作用。
当动弯矩加载架与实验箱顶部可拆卸连接时，能进行动弯矩加载试验；此时，配重块设置在桶形基础的顶部中心，弯矩力传感器的数量为两个，对称设置在配重块的两侧；A形架的底部分别与对应的弯矩力传感器相连接，A形架的顶部与传力结构相连接；横向伺服电动缸水平设置，横向伺服电动缸的一端与动弯矩加载架相连接，横向伺服电动缸的另一端通过横向力传感器与传力结构相连接；横向伺服电动缸还与伺服电动缸控制仪相连接。
一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验方法，包括如下步骤。
步骤1，海床铺设：在实验箱底部安装排水管，在排水管上方铺设砾石层，砾石层的铺设厚度优选为20cm。接着在砾石层上覆盖一层土工织布，再接着用分层填筑的方式回填试验砂到指定高度；在试验砂回填过程中，完成微型孔隙水压计和土压力计的埋设；回填完成后，通过排水管往实验箱加水，使水没过试验砂，并使试验砂浸泡至完全饱和后，将水从排水管排出，接着使试验砂固结，形成海床。
步骤2，桶基基础安装：通过重力沉贯或负压的方式将开口向下且粘贴有应变片的桶基基础安装到指定位置。本步骤2中，桶基基础的直径优选为200mm，试验砂的平均粒径优选为0.3-0.4mm，桶基基础的外径与试验砂颗粒的平均粒径之比远大于40。
步骤3，复合受力加载装置安装：将复合受力加载架固定在实验箱上，使竖直伺服电动缸和桶基基础在同一竖直直线上，倾斜伺服电动缸倾斜放置，竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸的顶端均与复合受力加载架相连接，竖直伺服电动缸的底端固定竖直力传感器，倾斜伺服电动缸的底端固定倾斜力传感器，再将竖直力传感器和倾斜力传感器固定在桶基基础上，竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸均与伺服电动缸控制仪相连接；然后在竖直力传感器和倾斜力传感器两侧的桶基基础上安装加速度传感器。
步骤4，竖向动阻抗试验：步骤3中的复合受力加载装置安装完成后，静置，待试验砂状态稳定后，伺服电动缸控制仪驱动竖直伺服电动缸工作，在桶基基础顶部施加单独的竖向循环荷载，动态采集仪将采集到的桶基基础的动态响应数据传递给计算机并记录；然后，通过改变不同的荷载频率和外荷载大小，进行多组试验，研究桶基竖向动阻抗的影响因素。
步骤5，耦合动阻抗试验：步骤4中的竖向动阻抗试验完成后，静置，待试验砂状态稳定后，伺服电动缸控制仪驱动竖直伺服电动缸和倾斜电动缸同时工作，进行耦合动阻抗试验，在桶基基础顶部同时施加竖向和横向的循环荷载，并记录桶基基础及其周围土体的动态响应；然后，通过改变不同的荷载频率和外荷载大小，进行多组试验，研究桶基耦合动阻抗的影响因素。
步骤6，动弯矩加载装置安装：步骤5中的耦合动阻抗试验完成后，卸下复合受力加载装置，并在实验箱上固定动弯矩加载架，配重块设置在桶形基础的顶部中心，弯矩力传感器对称设置在配重块的两侧；A形架的底部分别与对应的弯矩力传感器相连接，A形架的顶部与传力结构相连接；横向伺服电动缸水平设置，横向伺服电动缸的一端与动弯矩加载架相连接，横向伺服电动缸的另一端通过横向力传感器与传力结构相连接；横向伺服电动缸还与伺服电动缸控制仪相连接。
步骤7，动弯矩加载试验：伺服电动缸控制仪驱动横向伺服电动缸工作，进行动弯矩加载试验，横向伺服电动缸施加不同频率和大小的水平力，桶基基础将受到不同的动弯矩作用，记录动弯矩作用时，桶基基础的动态响应，研究动弯矩作用下动阻抗的影响因素。
步骤8，海洋环境模拟：步骤7中动弯矩加载试验完成后，拆卸下动弯矩加载装置，通过排水管向实验箱加水，以模拟海洋环境，静置，待试验砂饱和后，重复步骤3至步骤7，研究有海水情况下的桶基动阻抗。
本发明研究影响桶基不同动阻抗特性的因素，进而深入揭示桶基基础与海水、海床动力相互作用的机理、为实际风机实际设计过程中桶基动阻抗的取值提供依据。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，其特征在于：包括实验箱、复合受力加载装置、动弯矩加载装置、伺服电动缸控制仪和数据采集分析装置；
实验箱内填充有试验砂和海水，实验箱底部设置有排水管；
桶形基础开口向下插设在实验箱内的试验砂中；
复合受力加载装置用于对设于实验箱内的桶形基础施加水平力和竖向力，复合受力加载装置包括复合受力加载架、竖直伺服电动缸、倾斜伺服电动缸、竖直力传感器和倾斜力传感器；
动弯矩加载装置动用于对设于实验箱内的桶形基础施加动弯矩，弯矩加载装置包括动弯矩加载架、横向伺服电动缸、横向力传感器、传力结构、A形架、弯矩力传感器和配重块；
实验箱顶部能与复合受力加载架或动弯矩加载架可拆卸连接；
当复合受力加载架与实验箱顶部可拆卸连接时，能进行复合受力加载试验；此时，竖直伺服电动缸竖直设置，竖直伺服电动缸的顶端与复合受力加载架相连接，竖直伺服电动缸的底端通过竖直力传感器与桶形基础的顶部相连接；倾斜伺服电动缸倾斜设置，倾斜伺服电动缸的顶端与复合受力加载架相连接，倾斜伺服电动缸的底端通过倾斜力传感器与桶形基础的底部外壁面相连接；竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸均与伺服电动缸控制仪相连接；
当动弯矩加载架与实验箱顶部可拆卸连接时，能进行动弯矩加载试验；此时，配重块设置在桶形基础的顶部中心，弯矩力传感器的数量为两个，对称设置在配重块的两侧；A形架的底部分别与对应的弯矩力传感器相连接，A形架的顶部与传力结构相连接；横向伺服电动缸水平设置，横向伺服电动缸的一端与动弯矩加载架相连接，横向伺服电动缸的另一端通过横向力传感器与传力结构相连接；横向伺服电动缸还与伺服电动缸控制仪相连接；
数据采集分析装置包括加速度传感器、应变片、微型孔隙水压计、土压力计、动态采集仪和计算机；加速度传感器布置在桶基基础顶部的两侧；应变片粘贴在桶基基础的两侧；微型孔隙水压计布置在桶基基础的中轴线下方以及桶基基础的外侧；土压力计布置在桶基基础的顶部内侧；应变片、土压力计、微型孔隙水压计、加速度传感器和力传感器均与动态采集仪相连接，动态采集仪和计算机相连接。
2.根据权利要求1所述的用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，其特征在于：实验箱的内壁面涂覆有阻尼涂料。
3.根据权利要求1所述的用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，其特征在于：当进行动弯矩加载试验时，配重块的重量能够调整。
4.根据权利要求1所述的用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，其特征在于：实验箱的外壁面均匀布设有若干个L形加强肋。
5.根据权利要求1所述的用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，其特征在于：复合受力加载架呈U形，包括横梁、立柱和加强撑，立柱设置在横梁底部两侧，加强撑设置在立柱与横梁的交接处，立柱底部通过L形角撑与实验箱顶部相连接。
6.根据权利要求5所述的用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，其特征在于：立柱上均设置有抗倾加强肋。
7.根据权利要求1所述的用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验装置，其特征在于：动弯矩加载架包括竖杆、横杆和斜向加强撑，横杆设置在竖杆的顶端，斜向加强撑设置在竖杆与横杆的交接部位。
8.一种用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，海床铺设：在实验箱底部安装排水管，在排水管上方铺设砾石层，接着在砾石层上覆盖一层土工织布，再接着用分层填筑的方式回填试验砂到指定高度；在试验砂回填过程中，完成微型孔隙水压计和土压力计的埋设；回填完成后，通过排水管往实验箱加水，使水没过试验砂，并使试验砂浸泡至完全饱和后，将水从排水管排出，接着使试验砂固结，形成海床；
步骤2，桶基基础安装：通过重力沉贯的方式将开口向下且粘贴有应变片的桶基基础安装到指定位置；
步骤3，复合受力加载装置安装：将复合受力加载架固定在实验箱上，使竖直伺服电动缸和桶基基础在同一竖直直线上，倾斜伺服电动缸倾斜放置，竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸的顶端均与复合受力加载架相连接，竖直伺服电动缸的底端固定竖直力传感器，倾斜伺服电动缸的底端固定倾斜力传感器，再将竖直力传感器和倾斜力传感器固定在桶基基础上，竖直伺服电动缸和倾斜伺服电动缸均与伺服电动缸控制仪相连接；然后在竖直力传感器和倾斜力传感器两侧的桶基基础上安装加速度传感器；
步骤4，竖向动阻抗试验：步骤3中的复合受力加载装置安装完成后，静置，待试验砂状态稳定后，伺服电动缸控制仪驱动竖直伺服电动缸工作，在桶基基础顶部施加单独的竖向循环荷载，动态采集仪将采集到的桶基基础的动态响应数据传递给计算机并记录；然后，通过改变不同的荷载频率和外荷载大小，进行多组试验，研究桶基竖向动阻抗的影响因素；
步骤5，耦合动阻抗试验：步骤4中的竖向动阻抗试验完成后，静置，待试验砂状态稳定后，伺服电动缸控制仪驱动竖直伺服电动缸和倾斜电动缸同时工作，进行耦合动阻抗试验，在桶基基础顶部同时施加竖向和横向的循环荷载，并记录桶基基础及其周围土体的动态响应；然后，通过改变不同的荷载频率和外荷载大小，进行多组试验，研究桶基耦合动阻抗的影响因素；
步骤6，动弯矩加载装置安装：步骤5中的耦合动阻抗试验完成后，卸下复合受力加载装置，并在实验箱上固定动弯矩加载架，配重块设置在桶形基础的顶部中心，弯矩力传感器对称设置在配重块的两侧；A形架的底部分别与对应的弯矩力传感器相连接，A形架的顶部与传力结构相连接；横向伺服电动缸水平设置，横向伺服电动缸的一端与动弯矩加载架相连接，横向伺服电动缸的另一端通过横向力传感器与传力结构相连接；横向伺服电动缸还与伺服电动缸控制仪相连接；
步骤7，动弯矩加载试验：伺服电动缸控制仪驱动横向伺服电动缸工作，进行动弯矩加载试验，横向伺服电动缸施加不同频率和大小的水平力，桶基基础将受到不同的动弯矩作用，记录动弯矩作用时，桶基基础的动态响应，研究动弯矩作用下动阻抗的影响因素；
步骤8，海洋环境模拟：步骤7中动弯矩加载试验完成后，拆卸下动弯矩加载装置，通过排水管向实验箱加水，以模拟海洋环境，静置，待试验砂饱和后，重复步骤3至步骤7，研究有海水情况下的桶基动阻抗。
9.根据权利要求8所述的用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验方法，其特征在于：步骤1中的砾石层的铺设厚度为20cm。
10.根据权利要求8所述的用于测量海上风机桶形基础动阻抗复合试验方法，其特征在于：步骤2中，桶基基础的直径为200mm，试验砂的平均粒径为0.3-0.4mm，桶基基础的外径与试验砂颗粒的平均粒径之比大于40。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110940509A (zh) * | 2019-12-29 | 2020-03-31 | 吉林大学 | 基于载荷谱的伺服电动缸可靠性实验装置及测试方法 |
| CN114646482A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-21 | 山东大学 | 一种海上风机一体化多向加载模型试验装置 |
| CN115876962A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-03-31 | 山东科技大学 | 基于流态化制备砂质海床的海洋基础试验装置及使用方法 |
| CN116791687A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-09-22 | 上海勘测设计研究院有限公司 | 一种海上风电基础的动力响应试验系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103374931A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 同济大学 | 模拟风电基础受三向耦合荷载作用的试验装置 |
| CN103510551A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-15 | 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司 | 一种桥梁深水基础三向静动力加载模型试验平台 |
| KR101383234B1 (ko) * | 2012-11-19 | 2014-04-10 | 한국건설기술연구원 | 파일의 수평 하중 반복재하 장치 및 이를 이용한 파일의 수평 하중 지지력 시험방법 |
| JP2014088689A (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-15 | Ssc Pile Association | 複合補強地盤の載荷試験方法及び載荷試験装置 |
| CN103898929A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-02 | 山东电力工程咨询院有限公司 | 预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型及数据测试方法 |
| CN105696637A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-06-22 | 河海大学 | 可考虑冲刷影响的桶基侧向动阻抗试验测量装置及方法 |
| CN106284437A (zh) * | 2016-07-28 | 2017-01-04 | 河海大学 | 一种桶基竖向初始动阻抗试验装置及试验方法 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103374931A (zh) * | 2012-04-25 | 2013-10-30 | 同济大学 | 模拟风电基础受三向耦合荷载作用的试验装置 |
| JP2014088689A (ja) * | 2012-10-30 | 2014-05-15 | Ssc Pile Association | 複合補強地盤の載荷試験方法及び載荷試験装置 |
| KR101383234B1 (ko) * | 2012-11-19 | 2014-04-10 | 한국건설기술연구원 | 파일의 수평 하중 반복재하 장치 및 이를 이용한 파일의 수평 하중 지지력 시험방법 |
| CN103510551A (zh) * | 2013-09-18 | 2014-01-15 | 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司 | 一种桥梁深水基础三向静动力加载模型试验平台 |
| CN103898929A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-02 | 山东电力工程咨询院有限公司 | 预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型及数据测试方法 |
| CN105696637A (zh) * | 2016-04-18 | 2016-06-22 | 河海大学 | 可考虑冲刷影响的桶基侧向动阻抗试验测量装置及方法 |
| CN106284437A (zh) * | 2016-07-28 | 2017-01-04 | 河海大学 | 一种桶基竖向初始动阻抗试验装置及试验方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110940509A (zh) * | 2019-12-29 | 2020-03-31 | 吉林大学 | 基于载荷谱的伺服电动缸可靠性实验装置及测试方法 |
| CN110940509B (zh) * | 2019-12-29 | 2024-05-14 | 吉林大学 | 基于载荷谱的伺服电动缸可靠性实验装置及测试方法 |
| CN114646482A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-06-21 | 山东大学 | 一种海上风机一体化多向加载模型试验装置 |
| CN114646482B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-01-17 | 山东大学 | 一种海上风机一体化多向加载模型试验装置 |
| CN115876962A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-03-31 | 山东科技大学 | 基于流态化制备砂质海床的海洋基础试验装置及使用方法 |
| CN116791687A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-09-22 | 上海勘测设计研究院有限公司 | 一种海上风电基础的动力响应试验系统 |
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