CN112942452B - 可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，该装置包括离心机模型锚桩、角度调节系统、加载系统、测量系统和离心机模型箱，该装置通过离心机模拟原位海洋土的应力状态，并通过多位置多倾角加载装置对不同加载位置和加载角度进行调整，能够实现锚桩的任意位置和任意角度的加载试验测试。本发明的一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置可以通过侧向导槽变动加载位置，通过竖向杆的运动变动加载角度，通过伺服电机可施加单向或者循环荷载，可以方便快速地实现锚桩任意位置和方向的加载测试。

Description

可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置
技术领域
本发明属于离心试验技术领域，涉及一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置。该装置通过离心机模拟原位海洋土的应力状态，并通过多位置多倾角加载装置对不同加载位置和加载角度进行调整，能够实现锚桩的任意位置和任意角度的加载试验测试。
背景技术
锚桩作为一种重要的锚固基础类型，它是一种通过打入的方式安装在海床表面，在一定的位置处设置系泊点，通过锚链或者钢绞线与上部浮体相连，从而实现对上部浮体的系泊定位，由于桩基础的施工技术成熟，因此该基础类型在海洋结构的系泊系统占有重要的地位。
然而由于锚桩的基础承载力与锚体的尺寸、土质条件相关，但是系泊点处的位置和作用角度对给定条件下的锚体承载力起着决定性的作用，因此其对其承载力的影响备受关注，一般认为系泊点位于泥面以下2/3-3/4的锚体长度范围，加载角度小于45°时，其承载力较高，但是具体的最优加载点仍需要试验测试进行确定。
对于锚桩承载力的测试若采用常重力条件下进行测试，则与实际结果相差较大，因为土是一种自重相关的材料。在岩土工程中，土的自重应力通常占支配地位，而土的力学特性随应力水平而变化，常规小比尺模型由于其自重应力远低于原型，因而不能再现原型的特性。超重力离心模型试验通过让模型承受大于重力加速度的离心加速度的作用，补偿因模型缩尺带来的土工构筑物的自重损失，从而再现原型岩土体和结构特性。超重力模拟中的土体材料已能较好地反映原型土体的散粒性、应力相关性、摩擦特性、强非线性、剪胀性、多相性、应力历史相关性等特性。超重力离心模型试验对模拟以自重为主要荷载的岩土结构物性状的研究特别有效，因此获得了广泛的应用。
本发明提出一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，该装置可以通过导轨变动加载位置，通过加载板的运动变动加载角度，通过伺服电机可施加单向或者循环荷载，可以方便快速地实现锚桩任意位置和方向的加载测试。
发明内容
本发明提出一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，用于解决在离心试验中的锚桩任意位置和任意角度下的加载测试问题。该装置可以通过侧向导槽变动加载位置，通过竖向杆的运动变动加载角度，通过伺服电机可施加单向或者循环荷载，可以方便快速地实现锚桩任意位置和方向的加载测试。
本发明采取以下技术方案：
一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，包括离心机模型锚桩、角度调节系统、加载系统、测量系统和离心机模型箱；所述的离心机模型箱的顶部设有顶板，内部装有土；所述离心机模型锚桩设于离心机模型箱内，离心机模型锚桩部分埋置在土中；所述的离心机模型锚桩通过钢绞线与角度调节系统相连，所述钢绞线可沿离心机模型锚桩上下运动，从而对不同位置进行加载；
所述的角度调节系统包括竖向杆和调向伺服电机；所述的调向伺服电机固定于顶板上部，顶板上开有水平向导槽，所述竖向杆可以在水平向导槽内沿水平方向滑动；所述竖向杆在其与水平向导槽的接触位置处设置有导杆卡扣，所述导杆卡扣与竖向杆固定连接，用于限制竖向杆在竖直方向上的自由度；所述导杆卡扣与顶板接触部位设置有滚珠；所述竖向杆另一侧固定有竖向杆水平板，调向伺服电机通过其导杆与竖向杆水平板固定连接，可通过调向伺服电机对竖向杆在导槽内的运动进行实时控制；竖向杆内开有竖向杆导槽，竖向杆导槽内设置有两个控向滑轮，所述钢绞线另一端穿过两个控向滑轮，通过调节控向滑轮的位置进而调整钢绞线的位置，对加载方向进行调整；配合竖向杆在水平方向的运动，可以调节锚体的加载方向；
所述的加载系统包括固定于顶板下部右侧的第一伺服电机，所述第一伺服电机的转子轴缠绕钢绞线另一端，在转子转动时通过钢绞线对锚体施加荷载；
所述的测量系统用于测量离心机模型锚桩的水平位移、竖直位移及转动角度。
上述技术方案中，进一步地，所述的测量系统包括2个水平向激光位移传感器和1个竖向位移传感器；通过2个水平向激光位移传感器可以获得锚体的水平位移及转动角度，通过竖向位移传感器可以获得锚桩的竖向位移，从而可以完全获得锚体在加载方向平面内的运动状态。
进一步地，所述导杆卡扣包括分别位于顶板上端和下端的两部分，两部分与顶板接触部位均设有滚珠，且两部分均横跨水平向导槽。导杆卡扣可通过焊接固定在竖向杆上。
进一步地，所述的离心机模型锚桩包括钢管、侧向导槽及卸扣；钢管为钢制薄壁圆筒结构，侧向导槽沿钢管的侧壁通长布置，侧向导槽内部中空，其上布置有锚点固定装置，用于固定卸扣；所述的锚点固定装置包含两套螺栓螺母，卸扣设于两套螺栓螺母之间，通过拧紧螺栓固定中间的卸扣，卸扣与钢绞线相连；所述的锚点固定装置可以在侧向导槽内部上下运动，以实现对不同加载位置的调整。
更进一步地，所述的侧向导槽焊接在钢管的侧壁上。
本发明具有以下优点：
本发明提出一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，该装置通过离心机模拟原位海洋土的应力状态，并通过多位置多倾角加载装置对不同加载位置和加载角度进行调整，能够实现锚桩的任意位置和任意角度的加载试验测试。。该装置可以通过侧向导槽变动加载位置，通过竖向杆的运动变动加载角度，通过伺服电机可施加单向或者循环荷载，可以方便快速地实现锚桩任意位置和方向的加载测试。
附图说明
图1本发明的分模块示意图；
图2本发明的主视图；
图3本发明的俯视图；
图4本发明的模型桩细部主视图；
图5本发明的模型桩细部俯视图；
图6本发明的竖向杆细部主视图；
其中，离心机模型锚桩1、角度调节系统2、加载系统3、测量系统4、离心机模型箱5、顶板6、第一伺服电机7、钢绞线8、调向伺服电机9、水平向导槽10、竖向杆11、导杆12、竖向杆水平板13、竖向杆导槽14、控向滑轮15、钢管16、侧向导槽17、锚点固定装置18、卸扣19、水平向激光位移传感器20、一个竖向位移传感器21、导杆卡扣22、滚珠23。
具体实施方式
如图1-3为本发明的一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，该装置包括离心机模型锚桩1、角度调节系统2、加载系统3、测量系统4和离心机模型箱5；所述的离心机模型箱5的顶部设有顶板6，内部装有土；所述离心机模型锚桩1设于离心机模型箱5内，离心机模型锚桩1部分埋置在土中；所述的离心机模型锚桩1通过钢绞线8与角度调节系统2相连，所述钢绞线8可沿离心机模型锚桩1上下运动，从而对不同位置进行加载；
所述的角度调节系统2包括竖向杆11和调向伺服电机9；所述的调向伺服电机9固定于顶板6上部，顶板6上开有水平向导槽10，所述竖向杆11可以在水平向导槽10内沿水平方向滑动；所述竖向杆11在其与水平向导槽10的接触位置处设置有导杆卡扣22，所述导杆卡扣22与竖向杆11固定连接，用于限制竖向杆11在竖直方向上的自由度；所述导杆卡扣22与顶板6接触部位设置有滚珠23；所述竖向杆11另一侧固定有竖向杆水平板13，调向伺服电机9通过其导杆12与竖向杆水平板13固定连接，可通过调向伺服电机9对竖向杆11在导槽内的运动进行实时控制；竖向杆11内开有竖向杆导槽14，竖向杆导槽14内设置有两个控向滑轮15，所述钢绞线8另一端穿过两个控向滑轮15，通过调节控向滑轮15的位置进而调整钢绞线8的位置，对加载方向进行调整；配合竖向杆11在水平方向的运动，可以调节锚体的加载方向；
所述的加载系统3包括固定于顶板6下部右侧的第一伺服电机7，所述第一伺服电机7的转子轴缠绕钢绞线8另一端，在转子转动时通过钢绞线8对锚体施加荷载；
所述的测量系统4用于测量离心机模型锚桩1的水平位移、竖直位移及转动角度。
所述的测量系统4包括2个水平向激光位移传感器20和1个竖向位移传感器21；通过2个水平向激光位移传感器20可以获得锚体的水平位移及转动角度，通过竖向位移传感器21可以获得锚桩的竖向位移，从而可以完全获得锚体在加载方向平面内的运动状态。
所述导杆卡扣22包括分别位于顶板6上端和下端的两部分，两部分与顶板接触部位均设有滚珠，且两部分均横跨水平向导槽10。导杆卡扣22可通过焊接固定在竖向杆11上。
所述的离心机模型锚桩1包括钢管16、侧向导槽17及卸扣19；钢管16为钢制薄壁圆筒结构，侧向导槽17沿钢管16的侧壁通长布置，侧向导槽17内部中空，其上布置有锚点固定装置18，用于固定卸扣19；所述的锚点固定装置18包含两套螺栓螺母，卸扣19设于两套螺栓螺母之间，通过拧紧螺栓固定中间的卸扣19，卸扣19与钢绞线8相连；所述的锚点固定装置18可以在侧向导槽17内部上下运动，以实现对不同加载位置的调整。
所述的侧向导槽17焊接在钢管16的侧壁上。

Claims (4)

1.一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，其特征在于，包括离心机模型锚桩(1)、角度调节系统(2)、加载系统(3)、测量系统(4)和离心机模型箱(5)；所述的离心机模型箱(5)的顶部设有顶板(6)，内部装有土；所述离心机模型锚桩(1)设于离心机模型箱(5)内，离心机模型锚桩(1)部分埋置在土中；所述的离心机模型锚桩(1)通过钢绞线(8)与角度调节系统(2)相连，所述钢绞线(8)可沿离心机模型锚桩(1)上下运动，从而对不同位置进行加载；
所述的离心机模型锚桩(1)包括钢管(16)、侧向导槽(17)及卸扣(19)；钢管(16)为钢制薄壁圆筒结构，侧向导槽(17)沿钢管(16)的侧壁通长布置，侧向导槽(17)内部中空，其上布置有锚点固定装置(18)，用于固定卸扣(19)；所述的锚点固定装置(18)包含两套螺栓螺母，卸扣(19)设于两套螺栓螺母之间，通过拧紧螺栓固定中间的卸扣(19)，卸扣(19)与钢绞线(8)相连；所述的锚点固定装置(18)可以在侧向导槽(17)内部上下运动，以实现对不同加载位置的调整；
所述的角度调节系统(2)包括竖向杆(11)和调向伺服电机(9)；所述的调向伺服电机(9)固定于顶板(6)上部，顶板(6)上开有水平向导槽(10)，所述竖向杆(11)可以在水平向导槽(10)内沿水平方向滑动；所述竖向杆(11)在其与水平向导槽(10)的接触位置处设置有导杆卡扣(22)，所述导杆卡扣(22)与竖向杆(11)固定连接，用于限制竖向杆(11)在竖直方向上的自由度；所述导杆卡扣(22)与顶板(6)接触部位设置有滚珠(23)；所述竖向杆(11)另一侧固定有竖向杆水平板(13)，调向伺服电机(9)通过其导杆(12)与竖向杆水平板(13)固定连接，可通过调向伺服电机(9)对竖向杆(11)在导槽内的运动进行实时控制；竖向杆(11)内开有竖向杆导槽(14)，竖向杆导槽(14)内设置有两个控向滑轮(15)，所述钢绞线(8)另一端穿过两个控向滑轮(15)，通过调节控向滑轮(15)的位置进而调整钢绞线(8)的位置，对加载方向进行调整；配合竖向杆(11)在水平方向的运动，可以调节锚体的加载方向；
所述的加载系统(3)包括固定于顶板(6)下部右侧的第一伺服电机(7)，所述第一伺服电机(7)的转子轴缠绕钢绞线(8)另一端，在转子转动时通过钢绞线(8)对锚体施加荷载；
所述的测量系统(4)用于测量离心机模型锚桩(1)的水平位移、竖直位移及转动角度。
2.根据权利要求1所述的可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，其特征在于，所述的测量系统(4)包括2个水平向激光位移传感器(20)和1个竖向位移传感器(21)；通过2个水平向激光位移传感器(20)可以获得锚体的水平位移及转动角度，通过竖向位移传感器(21)可以获得锚桩的竖向位移，从而可以完全获得锚体在加载方向平面内的运动状态。
3.根据权利要求1所述的可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，其特征在于，所述导杆卡扣(22)包括分别位于顶板(6)上端和下端的两部分，两部分与顶板接触部位均设有滚珠，且两部分均横跨水平向导槽(10)。
4.根据权利要求1所述的可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，其特征在于，所述的侧向导槽(17)焊接在钢管(16)的侧壁上。
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