CN115200815A - 一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法 - Google Patents

一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115200815A
CN115200815A CN202210612406.XA CN202210612406A CN115200815A CN 115200815 A CN115200815 A CN 115200815A CN 202210612406 A CN202210612406 A CN 202210612406A CN 115200815 A CN115200815 A CN 115200815A
Authority
CN
China
Prior art keywords
suction type
jacket
model
barrel
barrel foundation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210612406.XA
Other languages
English (en)
Inventor
程星磊
邢建宇
鹿群
刘中宪
刘举
周亚东
孙晓涵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Chengjian University
Original Assignee
Tianjin Chengjian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Chengjian University filed Critical Tianjin Chengjian University
Priority to CN202210612406.XA priority Critical patent/CN115200815A/zh
Publication of CN115200815A publication Critical patent/CN115200815A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/022—Vibration control arrangements, e.g. for generating random vibrations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/025—Measuring arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/08—Shock-testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0005—Repeated or cyclic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/001—Impulsive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/727—Offshore wind turbines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法，包括层状剪切模型箱、导管架吸力式三桶基础模型、加载架及伺服加载系统，其中层状剪切模型箱的顶部开口且底部支撑有地震模拟振动台，该层状剪切模型箱内部插接导管架吸力式三桶基础模型；由加载架及伺服加载系统提供加载动力，检测导管架吸力式三桶基础模型的沉降、加速度及孔隙压力；可以模拟吸力式三桶基础遭受地震‑风‑浪荷载共同作用时的承载变形过程，可以监测导管架吸力式三桶基础的动力响应，进而研究导管架吸力式三桶基础的动力承载特性，揭示其在地震‑风‑浪荷载共同作用下的灾变机制，为海上风机导管架吸力式三桶基础的抗震设计提供参考。

Description

一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及海洋结构工程技术领域，具体为一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法。
背景技术
海上风能由于具有储量丰富、清洁和可再生等优点近年来发展迅速。海上风电产业的迅速发展对海上风机的设计及安全运营提出了更高的要求。风机基础设计是海上风机系统设计的关键，安全经济的基础设计是海上风机正常运行的可靠保障，也是海上风电场防灾减灾的关键技术之一。
相比于传统的大直径单桩和吸力式单桶基础，导管架吸力式多桶基础(三桶或四桶)对于水深与土体类型有更好的适用性。吸力式多桶基础采用负压沉贯安装，施工方便、周期短、成本低；导管架支撑采用空间框架结构，由多个吸力桶嵌固于海床中，抗倾覆能力较强。因此，对于较深水域海上风机的安装，导管架吸力式多桶基础有着极大的应用潜力。
在复杂的海洋环境中导管架吸力式多桶基础不仅承受风、波浪等动荷载，而且面临地震作用的潜在威胁。而目前关于地震-风-波浪共同作用下导管架吸力式多桶基础的试验研究非常有限，亟需发明能够测试地震-风-浪作用下导管架吸力式三桶基础动力响应的装置及方法，研究其动力承载特性及失效机制，为导管架吸力式多桶基础海上风机的防灾减灾提供参考。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法，为研究海上风机导管架吸力式三桶基础在地震-风-浪共同作用下的动力承载特性及失效机制提供试验平台和方法依据。
一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，包括层状剪切模型箱、导管架吸力式三桶基础模型、加载架及伺服加载系统，其中层状剪切模型箱的顶部开口且底部支撑有地震模拟振动台，该层状剪切模型箱内部的下层填装有土层，层状剪切模型箱的上层灌注有海水层；土层中插接向上延伸出层状剪切模型箱顶部开口的导管架吸力式三桶基础模型；加载架的上部水平连接有抵触在导管架吸力式三桶基础模型侧壁上的作动器，加载架的中部固设有检测导管架吸力式三桶基础模型倾角及沉降的位移检测梁；伺服加载系统的信号输入端采集土层中的水压力信号，导管架吸力式三桶基础模型顶部位移的加速度信号，以及位移检测梁检测的导管架吸力式三桶基础模型中部的位移信号，并由伺服加载系统伺服控制作动器的加载力，以及地震模拟振动台。
优选的，导管架吸力式三桶基础模型包括由下至上依次固装的多桶基础、导管架、塔筒及等效重物块；多桶基础插接在土层中；导管架向上延伸出海水层，且导管架的顶面与位移检测梁的检测端接触配合；塔筒的侧壁上抵触连接作动器的施力端。
优选的，伺服加载系统包括伺服控制器及加载装置、数据采集分析装置、计算机以及传感器，其中传感器分别与数据采集分析装置信号连接，并由数据采集分析装置发送至计算机，最后由计算机向伺服控制器及加载装置发送指令伺服控制作动器。
优选的，传感器包括加速度传感器、孔隙水压力传感器、位移传感器和力传感器；加速度传感器设有多个，且沿重力方向间隔布设在土层及导管架吸力式三桶基础模型上；孔隙水压力传感器布设在导管架吸力式三桶基础模型周围的土层中；位移传感器传感器布设在位移检测梁上，该位移传感器的检测端贴合在导管架吸力式三桶基础模型的导管架上；力传感器布设在作动器的力臂上，该力臂的一端抵触在导管架吸力式三桶基础模型的塔筒侧壁上，力臂的另一端连接作动器的动力输出端。
优选的，层状剪切模型箱的内壁上复合粘接有橡胶膜。
优选的，加载架包括多根垂向固设的槽钢，该槽钢的上部开设有多个垂向间隔布设的螺栓孔；槽钢上螺栓水平连接有托板及固定架，由托板及固定架配合以水平姿态固定作动器。
一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置的测试方法，包括以下步骤：
S1：在层状剪切模型箱内逐层填充试验用土，并按照试验设计方案埋置加速度、孔压等传感器；
S2：在试验箱内设定位置安装海上风机的导管架吸力式三桶基础模型，该导管架吸力式三桶基础模型为缩尺模型；
S3：按照预设位置安装加载架及传感器，确保地震模拟振动台以及伺服加载系统处于正常工作状态；
S4：开展白噪声扫频试验，即采用小于等于0.05g振幅的白噪声扫频，以获取S1与S2安装完成的模型体系的自振频率与阻尼比等动力特性；
S5：开展地震-风-浪共同作用下的振动试验，选取具有频谱特性的地震波作为振动台输入地震动，按照地震动加速度峰值逐级增加的模式控制地震模拟振动台为层状剪切模型箱施加地震荷载，同时通过作动器为塔筒施加水平集中荷载模拟风、波浪荷载作用；
S6：试验过程中通过传感器实时测量S4中模型体系的加速度、位移、孔隙水压力的动力响应，并将测得的物理力学信号转换成电信号传输到数据采集分析装置，并进一步传输到计算机的控制系统，获得相应的动力响应试验数据，并反馈控制伺服控制器及加载装置进一步控制作动器根据试验需要施加循环载荷或波动载荷。
本发明的优点和技术效果是：
1、本发明测试装置中的导管架吸力式三桶基础缩尺模型依据海上风机足尺模型的构造特征及尺寸比例进行制作，能够较好的模拟足尺风机系统的动力响应。
2、本发明测试装置利用地震模拟振动台给导管架三桶风机系统施加地震荷载，利用水平荷载加载系统给其施加风、浪水平等效荷载，可实现地震-风-浪荷载的共同作用。
3、本发明测试装置通过力、位移、孔压、加速度等传感器的合理布设，可以准确系统的测定地震-风-浪共同作用下土体、吸力桶、导管架及风机杆的动力响应。
4、本发明测试方法可以有效的获取地震-风-浪作用下导管架吸力式三桶基础风机系统的位移、孔压、加速度等动力响应试验数据。按照相应的试验数据分析要点与方法，能够揭示风机导管架吸力式多桶基础在地震-风-浪作用下的动力响应规律，为海上风机导管架吸力式多桶基础在地震与环境荷载作用下的防灾设计提供参考。
附图说明
图1为本发明的连接结构示意图；
图2为本发明中导管架吸力式三桶基础模型的结构示意图；
图3为本发明中层状剪切模型箱的俯视图(加速度传感器与孔隙水压力传感器的平面布置图)
图4为本发明中层状剪切模型箱的侧面剖视图(加速度传感器与孔隙水压力传感器的断面布置图)
图5为本发明中加载架的三视图；
图中：1-层状剪切模型箱；2-地震模拟振动台；3-加载架；4-作动器；5-伺服控制器及加载装置；6-数据采集分析装置；7-位移传感器；8-力传感器；9-加速度传感器；10-橡胶膜；11-孔隙水压力传感器；12-计算机；13-固定架；14-导管架吸力式三桶基础模型；141-等效重物块；142-塔筒；143-导管架；144-多桶基础；15-托板；16-槽钢。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，包括层状剪切模型箱1、导管架吸力式三桶基础模型14、加载架3及伺服加载系统，其中层状剪切模型箱的顶部开口且底部支撑有地震模拟振动台2，该层状剪切模型箱内部的下层填装有土层，层状剪切模型箱的上层灌注有海水层；土层中插接向上延伸出层状剪切模型箱顶部开口的导管架吸力式三桶基础模型；加载架的上部水平连接有抵触在导管架吸力式三桶基础模型侧壁上的作动器4，加载架的中部固设有检测导管架吸力式三桶基础模型倾角及沉降的位移检测梁；伺服加载系统的信号输入端采集土层中的水压力信号，导管架吸力式三桶基础模型顶部位移的加速度信号，以及位移检测梁检测的导管架吸力式三桶基础模型中部的位移信号，并由伺服加载系统伺服控制作动器的加载力，以及地震模拟振动台。
优选的，导管架吸力式三桶基础模型包括由下至上依次固装的多桶基础144、导管架143、塔筒142及等效重物块141；多桶基础插接在土层中；导管架向上延伸出海水层，且导管架的顶面与位移检测梁的检测端接触配合；塔筒的侧壁上抵触连接作动器的施力端。
优选的，伺服加载系统包括伺服控制器及加载装置5、数据采集分析装置6、计算机12以及传感器，其中传感器分别与数据采集分析装置信号连接，并由数据采集分析装置发送至计算机，最后由计算机向伺服控制器及加载装置发送指令伺服控制作动器。
优选的，传感器包括加速度传感器9、孔隙水压力传感器11、位移传感器7和力传感器8；加速度传感器设有多个，且沿重力方向间隔布设在土层及导管架吸力式三桶基础模型上；孔隙水压力传感器布设在导管架吸力式三桶基础模型周围的土层中；位移传感器传感器布设在位移检测梁上，该位移传感器的检测端贴合在导管架吸力式三桶基础模型的导管架上；力传感器布设在作动器的力臂上，该力臂的一端抵触在导管架吸力式三桶基础模型的塔筒侧壁上，力臂的另一端连接作动器的动力输出端。
优选的，层状剪切模型箱的内壁上复合粘接有橡胶膜10。
优选的，加载架包括多根垂向固设的槽钢16，该槽钢的上部开设有多个垂向间隔布设的螺栓孔；槽钢上螺栓水平连接有托板15及固定架13，由托板及固定架配合以水平姿态固定作动器。
一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置的测试方法，包括以下步骤：
S1：在层状剪切模型箱内逐层填充试验用土，并按照试验设计方案埋置加速度、孔压等传感器；
S2：在试验箱内设定位置安装海上风机的导管架吸力式三桶基础模型，该导管架吸力式三桶基础模型为缩尺模型；
S3：按照预设位置安装加载架及传感器，确保地震模拟振动台以及伺服加载系统处于正常工作状态；
S4：开展白噪声扫频试验，即采用小于等于0.05g振幅的白噪声扫频，以获取S1与S2安装完成的模型体系的自振频率与阻尼比等动力特性；
S5：开展地震-风-浪共同作用下的振动试验，选取具有频谱特性的地震波作为振动台输入地震动，按照地震动加速度峰值逐级增加的模式控制地震模拟振动台为层状剪切模型箱施加地震荷载，同时通过作动器为塔筒施加水平集中荷载模拟风、波浪荷载作用；
S6：试验过程中通过传感器实时测量S4中模型体系的加速度、位移、孔隙水压力的动力响应，并将测得的物理力学信号转换成电信号传输到数据采集分析装置，并进一步传输到计算机的控制系统，获得相应的动力响应试验数据，并反馈控制伺服控制器及加载装置进一步控制作动器根据试验需要施加循环载荷或波动载荷。
另外，本发明优选的，伺服控制器及加载装置、数据采集分析装置、计算机以及传感器均采用现有技术中的成熟产品。
另外，本发明优选的，本发明可用于分析多桶基础各个吸力桶内部土塞、下方土体及桶壁周围土体中孔压的分布特征及累积规律；各吸力桶水平、竖向、转角位移的发展规律及沉降差异；桶-土接触界面的变化特征以及周围地基土体的变形特征。
另外，本发明优选的，本发明可用于分析沿土层深度土体加速度变化规律；通过对加速度在土层深度和时间上进行积分运算，获得不同深度处土体的剪应力和剪应变，对比分析沿深度方向土体剪应力应变滞回曲线的变化规律。
另外，本发明优选的，本发明可用于分析导管架支撑及风机塔筒的加速度、位移等在空间上的分布特征及时域上的发展规律，对比分析不同地震动强度下桶-土相互作用系统地震反应的差异。
为了更清楚地描述本发明的具体实施方式，下面提供一种实施例：
如图1所示，本发明提供了一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法包括：层状剪切模型箱、构成土层的试验土体、地震模拟振动台、导管架吸力式三桶基础的缩尺模型、风-浪水平荷载加载系统(包括加载架、作动器、伺服控制器及托板)、传感器(包括加速度传感器、位移传感器、力传感器、孔压传感器)、数据采集分析装置以及带有控制系统的计算机。
如图1、图3、图4所示，在模型箱体的内壁设置一定厚度的橡胶膜以防止箱内土和水的漏出。
在模型箱中模拟海洋环境：在层状剪切模型箱内逐层填充试验用土，并按照如图3、图4的试验设计方案，埋置加速度传感器及孔隙水压力传感器。
在模型箱内布置海上风机导管架吸力式三桶基础模型：如图1、图2所示，将制作好的导管架吸力式三桶基础模型开口向下贯入模型箱中的土层中，该土层内的土体可为软黏土。贯入完毕时，多桶基础的桶顶与泥面平齐；
加载架的构造：将规格10#(100*48*5.3)的两根槽钢焊接在底座方钢上，底座由6根方钢焊接组成(3根在最下层等间距纵向摆放，1根放于两根槽钢之间、最底层之上，2根放于最底层之上槽钢开口的两侧)，要求两根槽钢上半部分等高度每隔50mm设置一个半径为20mm的螺纹孔。加载装置焊接在托板上，托板上下各通过两根斜撑固定于加载架上，托板中间位置由一根螺纹钢贯通与加载架固定。
按照预设位置将相关的力传感器、位移传感器等分别安装在图1所示的加载架3和固定架13上。确保地震模拟振动台试验系统、风-浪水平荷载加载系统、传感信号采集仪及计算机控制系统处于正常工作状态；
开展白噪声扫频试验，即采用小振幅(如0.05g)的白噪声扫频，以获取模型体系自振频率与阻尼比等动力特性；
开展地震-风-浪共同作用下的振动台试验，选取一定频谱特性的地震波(如El-Centro波)作为地震模拟振动台输入地震动，按照地震动加速度峰值逐级增加(0.1g→0.2g→0.3g→0.4g)的模式施加地震荷载，同时通过图1中的水平荷载加载系统给风机塔筒施加一定大小的水平集中荷载模拟风、波浪荷载作用。
试验过程中通过相关传感器实时测量风机系统加速度、位移、孔隙水压力等的动力响应，并将测得的物理力学信号转换成电信号传输到数据采集分析装置，并进一步传输到计算机控制系统，获得相应的动力响应试验数据。
依据监测所得试验数据，通过详尽的试验数据分析，着重从荷载位移响应、加速度放大、孔隙水压力累积等多个方面，总结软土中风机导管架吸力式多桶基础在地震-风-浪作用下的动力响应规律。
另外，本发明优选的，传感器编号、类型及检测目的如表1所示：
表1传感器汇总表
Figure BDA0003673349170000061
Figure BDA0003673349170000071
最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：包括层状剪切模型箱、导管架吸力式三桶基础模型、加载架及伺服加载系统，其中层状剪切模型箱的顶部开口且底部支撑有地震模拟振动台，该层状剪切模型箱内部的下层填装有土层，层状剪切模型箱的上层灌注有海水层；所述土层中插接向上延伸出层状剪切模型箱顶部开口的导管架吸力式三桶基础模型；所述加载架的上部水平连接有抵触在导管架吸力式三桶基础模型侧壁上的作动器，加载架的中部固设有检测导管架吸力式三桶基础模型倾角及沉降的位移检测梁；所述伺服加载系统的信号输入端采集土层中的水压力信号，导管架吸力式三桶基础模型顶部位移的加速度信号，以及位移检测梁检测的导管架吸力式三桶基础模型中部的位移信号，并由伺服加载系统伺服控制作动器的加载力，以及地震模拟振动台。
2.根据权利要求1所述的一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：所述导管架吸力式三桶基础模型包括由下至上依次固装的多桶基础、导管架、塔筒及等效重物块；所述多桶基础插接在土层中；所述导管架向上延伸出海水层，且导管架的顶面与位移检测梁的检测端接触配合；所述塔筒的侧壁上抵触连接作动器的施力端。
3.根据权利要求1所述的一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：所述伺服加载系统包括伺服控制器及加载装置、数据采集分析装置、计算机以及传感器，其中传感器分别与数据采集分析装置信号连接，并由数据采集分析装置发送至计算机，最后由计算机向伺服控制器及加载装置发送指令伺服控制作动器。
4.根据权利要求3所述的一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：所述传感器包括加速度传感器、孔隙水压力传感器、位移传感器和力传感器；所述加速度传感器设有多个，且沿重力方向间隔布设在土层及导管架吸力式三桶基础模型上；所述孔隙水压力传感器布设在导管架吸力式三桶基础模型周围的土层中；所述位移传感器传感器布设在位移检测梁上，该位移传感器的检测端贴合在导管架吸力式三桶基础模型的导管架上；所述力传感器布设在作动器的力臂上，该力臂的一端抵触在导管架吸力式三桶基础模型的塔筒侧壁上，力臂的另一端连接作动器的动力输出端。
5.根据权利要求1所述的一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：所述层状剪切模型箱的内壁上复合粘接有橡胶膜。
6.根据权利要求1所述的一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置，其特征在于：所述加载架包括多根垂向固设的槽钢，该槽钢的上部开设有多个垂向间隔布设的螺栓孔；所述槽钢上螺栓水平连接有托板及固定架，由托板及固定架配合以水平姿态固定作动器。
7.一种如权利要求1所述的海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在层状剪切模型箱内逐层填充试验用土，并按照试验设计方案埋置加速度、孔压等传感器；
S2：在试验箱内设定位置安装海上风机的导管架吸力式三桶基础模型，该导管架吸力式三桶基础模型为缩尺模型；
S3：按照预设位置安装加载架及传感器，确保地震模拟振动台以及伺服加载系统处于正常工作状态；
S4：开展白噪声扫频试验，即采用小于等于0.05g振幅的白噪声扫频，以获取S1与S2安装完成的模型体系的自振频率与阻尼比等动力特性；
S5：开展地震-风-浪共同作用下的振动试验，选取具有频谱特性的地震波作为振动台输入地震动，按照地震动加速度峰值逐级增加的模式控制地震模拟振动台为层状剪切模型箱施加地震荷载，同时通过作动器为塔筒施加水平集中荷载模拟风、波浪荷载作用；
S6：试验过程中通过传感器实时测量S4中模型体系的加速度、位移、孔隙水压力的动力响应，并将测得的物理力学信号转换成电信号传输到数据采集分析装置，并进一步传输到计算机的控制系统，获得相应的动力响应试验数据，并反馈控制伺服控制器及加载装置进一步控制作动器根据试验需要施加循环载荷或波动载荷。
CN202210612406.XA 2022-05-31 2022-05-31 一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法 Pending CN115200815A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210612406.XA CN115200815A (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210612406.XA CN115200815A (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115200815A true CN115200815A (zh) 2022-10-18

Family

ID=83575546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210612406.XA Pending CN115200815A (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115200815A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115982795A (zh) * 2022-12-30 2023-04-18 中国海洋大学 吸力桶多桶基础承载特性的预测方法
CN116357525A (zh) * 2023-03-22 2023-06-30 同济大学 一种固定式海上风机模型试验装置
CN116558792A (zh) * 2023-03-30 2023-08-08 同济大学 用于海上风机地震-波浪耦合作用的测试装置及测试方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202433213U (zh) * 2011-12-28 2012-09-12 中国海洋石油总公司 动载荷下导管架平台桩-土作用试验装置
CN202767121U (zh) * 2012-08-09 2013-03-06 中国海洋石油总公司 导管架平台桩土作用模型试验装置
CN103398910A (zh) * 2013-07-06 2013-11-20 浙江大学 新型海上风机上部结构-基础-土动力相互作用模型试验平台
CN107525727A (zh) * 2017-10-12 2017-12-29 中国海洋大学 一种吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置及方法
CN110553939A (zh) * 2019-08-07 2019-12-10 同济大学 模拟海洋多相荷载耦合作用的室内试验平台
CN111735608A (zh) * 2020-07-30 2020-10-02 青岛理工大学 一种用于模拟海上风电嵌岩桩多场耦合作用的试验系统
CN113109013A (zh) * 2021-05-08 2021-07-13 北京工业大学 风-波浪-地震耦合作用下的工程结构混合模拟平台

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202433213U (zh) * 2011-12-28 2012-09-12 中国海洋石油总公司 动载荷下导管架平台桩-土作用试验装置
CN202767121U (zh) * 2012-08-09 2013-03-06 中国海洋石油总公司 导管架平台桩土作用模型试验装置
CN103398910A (zh) * 2013-07-06 2013-11-20 浙江大学 新型海上风机上部结构-基础-土动力相互作用模型试验平台
CN107525727A (zh) * 2017-10-12 2017-12-29 中国海洋大学 一种吸力式桶形基础循环往复作用加载试验装置及方法
CN110553939A (zh) * 2019-08-07 2019-12-10 同济大学 模拟海洋多相荷载耦合作用的室内试验平台
CN111735608A (zh) * 2020-07-30 2020-10-02 青岛理工大学 一种用于模拟海上风电嵌岩桩多场耦合作用的试验系统
CN113109013A (zh) * 2021-05-08 2021-07-13 北京工业大学 风-波浪-地震耦合作用下的工程结构混合模拟平台

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王文华 等: "地震荷载作用下海上风力机结构动力模型试验", 《太阳能学报》, vol. 39, no. 7, 31 July 2018 (2018-07-31), pages 2021 - 2025 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115982795A (zh) * 2022-12-30 2023-04-18 中国海洋大学 吸力桶多桶基础承载特性的预测方法
CN115982795B (zh) * 2022-12-30 2024-06-04 中国海洋大学 吸力桶多桶基础承载特性的预测方法
CN116357525A (zh) * 2023-03-22 2023-06-30 同济大学 一种固定式海上风机模型试验装置
CN116558792A (zh) * 2023-03-30 2023-08-08 同济大学 用于海上风机地震-波浪耦合作用的测试装置及测试方法
CN116558792B (zh) * 2023-03-30 2024-02-13 同济大学 用于海上风机地震-波浪耦合作用的测试装置及测试方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Feasibility study of offshore wind turbines with hybrid monopile foundation based on centrifuge modeling
Kelly et al. A comparison of field and laboratory tests of caisson foundations in sand and clay
Wang et al. Centrifuge modeling of lateral bearing behavior of offshore wind turbine with suction bucket foundation in sand
Wang et al. Vertical performance of suction bucket foundation for offshore wind turbines in sand
CN115200815A (zh) 一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置及其测试方法
Cox et al. Centrifuge study on the cyclic performance of caissons in sand
Wang et al. Seismic response of offshore wind turbine with hybrid monopile foundation based on centrifuge modelling
Jia et al. Bearing capacity of composite bucket foundations for offshore wind turbines in silty sand
CN107727342B (zh) 基于模型槽的波浪荷载加载装置及试验方法
CN102928213B (zh) 码头结构抗疲劳试验系统及试验方法
Liu et al. Joint earthquake, wave and current action on the pile group cable-stayed bridge tower foundation: an experimental study
Chen et al. Large-scale experimental investigation of the installation of suction caissons in silt sand
Kelly et al. Transient vertical loading of model suction caissons in a pressure chamber
Jalbi et al. Concept design of jacket foundations for offshore wind turbines in 10 steps
Yu et al. Seismic behavior of offshore wind turbine with suction caisson foundation
Peng et al. A device to cyclic lateral loaded model piles
Li et al. The loading behavior of innovative monopile foundations for offshore wind turbine based on centrifuge experiments
KR102092694B1 (ko) 케이슨 방파제 마찰전단 실험장치 및 그 실험방법
CN209907452U (zh) 一种振动条件下钢管桩的简化试验模型
Seong et al. On seismic protection of wind turbine foundations founded on liquefiable soils
Sparrevik Offshore wind turbine foundations state of the art
Garcia Assessment of Helical Anchors Bearing Capacity for Offshore Aquaculture Applications
CN110889245A (zh) 水力式升船机塔柱结构耦联体系流固耦合地震动响应分析方法
Kohan et al. Experimental investigation of the effect of cyclic loading on spudcan extraction
Zhang et al. Penetrating-levelling tests on bucket foundation with inner compartments for offshore wind turbines in sand

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination