CN208545778U - 一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，包括试验箱、试验桩基、柔性激振器加载及信号量测系统和可升降加载架；所述柔性激振器加载及信号量测系统分别与所述试验桩基和可升降加载架相连，所述试验桩基伸入到所述试验箱内；所述柔性激振器加载及信号量测系统包括激振器、顶杆、柔性绳、位移传感器和力传感器，所述柔性绳竖直方向上的一端与所述可升降加载架连接，所述柔性绳竖直方向上的另一端与所述激振器相连，所述顶杆水平方向上的一端与所述激振器相连，所述顶杆水平方向上的另一端与所述力传感器相连。本实用新型能实现桩基振动测试试验中激振器加载高度的任意调整，方便快捷，省时省力，经济性更高。
Description
技术领域
本实用新型属于室内桩基振动测试试验技术领域，具体是一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置。
背景技术
大直径单桩基础是目前海上风机最成熟的一种基础形式，一般适用于水深在20～30m的浅水海域，埋入深度20～35m。近海风机是一种典型的建立在海底基础上的柔性结构，自安装以来海上风机就面临着及其恶劣的海洋环境荷载，风机受到永不停息的风力、波浪力、水流力及运行荷载等等。为避免共振，风机的自振频率需要避开环境荷载频率、风机转子转动频率(1P)和风机叶片穿越频率(3P)，为保证安全性和经济性，风机的自振频率需要控制在1P频率和3P频率之间，这就需要精确研究海上风机基础的振动特性，室内桩基动力响应测试试验是一个非常有效的研究手段。结构动力响应测试试验中通常采用激振器对结构某一点进行激振，测量不同频率下的动力响应。激振器的安装形式包括柔性安装和固定安装：当振动测试频率较低时，应该采用固定安装方式；当振动测试频率较高时，应该采用柔性安装方式。
中国专利文献CN201610292551.9公开了一种模型桩基动力响应的测试方法，然而该方法适用于岩土工程和地震工程领域，不需具备易调节加载高度的特点；中国专利文献CN201620493615.7公开了一种海上风电嵌岩单桩基础，提高了桩基水平承载能力与抗倾覆能力，然而，该桩基的埋入长度不易调节。
海上风机基础的振动特性通常与桩基的埋入长度有关，而桩基的埋入长度和激振器加载高度直接相关，因此在试验中需要经常调整激振器加载高度。而这种加载试验机一般价格昂贵，目前简单地自制试验装置一般通过螺杆调整激振器加载高度，其加载高度调整范围有限，安装频率影响也很难预测。因此，亟需一种能够方便调节激振器加载高度的桩基动力响应测试装置，以便研究海上风机基础的振动特性。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，包括试验箱、试验桩基、柔性激振器加载及信号量测系统和可升降加载架；所述柔性激振器加载及信号量测系统分别与所述试验桩基和可升降加载架相连，所述试验桩基伸入到所述试验箱内；所述柔性激振器加载及信号量测系统包括激振器、顶杆、柔性绳、位移传感器和力传感器，所述柔性绳竖直方向上的一端与所述可升降加载架连接，所述柔性绳竖直方向上的另一端与所述激振器相连，所述顶杆水平方向上的一端与所述激振器相连，所述顶杆水平方向上的另一端与所述力传感器的一端水平连接，所述力传感器的另一端与所述试验桩基水平连接，所述位移传感器为非接触式位移传感器。
本实用新型能方便地实现桩基振动测试试验中激振器加载高度的任意调整，当要按照试验要求改变试验桩基高度时，按照以下步骤调整加载高度：首先转动加长螺母，解开顶杆与力传感器之间的连接；再调整可升降加载架高度直到顶杆到达预期高度，同时通过水平尺判断是否水平，最后再重新连接顶杆与力传感器，进行下一步试验。所述位移传感器为非接触式位移传感器，通过支架放置于所述试验桩基旁边而不与所述试验桩基接触。通过位移传感器和力传感器采集在不同频率的循环荷载作用下桩基顶部产生的水平位移和桩基顶部受到的水平力，从而得到位移-频率关系曲线并根据这些曲线得到桩基在不同荷载下的共振频率、共振幅值等振动特性；调整桩基埋入深度，则可以考虑埋入深度等参数对桩基振动特性的影响。
进一步的，所述顶杆的两端有螺纹，所述激振器水平方向上设有螺孔，所述顶杆一端的螺纹拧在所述激振器的螺孔上，所述顶杆另一端螺纹与所述力传感器通过加长螺母连接。由于力传感器两端为螺纹结构，因此需要通过加长螺母完成力传感器与顶杆的连接。
更进一步的，所述试验桩基的桩头处焊接有不锈钢质量块，所述质量块的水平方向上钻有螺纹孔，所述力传感器的一端与所述顶杆通过加长螺母相连，所述力传感器的另一端与所述质量块的螺纹孔相连。
进一步的，所述可升降加载架包括工字钢加载架、液压升降平台和支撑架，所述液压升降平台焊接于所述支撑架上，所述工字钢加载架放置于所述液压升降平台上，所述柔性绳通过螺杆连接在所述工字钢加载架的中间位置。所述液压升降平台和工字钢加载架不需要固定连接，而是通过水平尺等仪器保证水平。
进一步的，所述试验箱内壁涂有阻尼涂料，所述试验箱内由下到上依次填有用于模拟海床岩基的混凝土、用于模拟海床的试验砂土和用于模拟海水的试验水；所述混凝土上方装有排水管，所述排水管上设有排水孔，所述排水孔上设有土工布。所述阻尼涂料用于减小振动后箱壁产生的反射波，三层填料用于模拟海床环境，排水管用于试验箱内的灌水和排水，土工布能够防止砂土堵塞排水管。
进一步的，所述柔性绳为柔性钢丝绳或橡皮绳。柔性绳可选择柔性钢丝绳或橡皮绳使激振器安装频率可以调整，从而保证避开试验测试频率；而柔性绳为刚度更低的橡皮绳时，通过在激振器上固定重物增加激振器质量，能够降低激振器安装频率。
进一步的，所述柔性绳为四根以上。四根或四根以上的柔性绳既可以保证柔性绳的强度，也利于调整水平位置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型能方便地实现桩基振动测试试验中激振器加载高度的任意调整，相对于用螺杆调整高度可以大大减小试验工作量，方便快捷，省时省力；相对于复杂的加载试验机，经济性更高。
2、激振器采用柔性安装方式，可以有效减少激振器向加载架传递的振动，因而实现了加载架可以不需要固定于升降平台，从而实现了加载架可以方便地调整加载位置。
3、柔性绳可选择柔性钢丝绳或橡皮绳使激振器安装频率可以调整，从而保证避开试验测试频率；而柔性绳为刚度更低的橡皮绳时，通过在激振器上固定重物增加激振器质量，能够降低激振器安装频率。
附图说明
图1为本实用新型可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置的结构示意图；
图2为本实用新型的柔性激振器加载及信号量测系统的A-A向结构示意图；
图3为本实用新型的可升降加载架主视图；
图4为本实用新型的可升降加载架左视图；
图中：1、试验箱；2、试验桩基；3、柔性激振器加载及信号量测系统；4、可升降加载架；11、阻尼涂料；12、混凝土；13、排水管；14、试验砂土；15、试验水；31、激振器；32、顶杆；33、柔性绳；34、位移传感器；35、力传感器；41、工字钢加载架；42、液压升降平台；43、支撑架。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，包括试验箱1、试验桩基2、柔性激振器加载及信号量测系统3和可升降加载架4；所述柔性激振器加载及信号量测系统3分别与所述试验桩基2和可升降加载架4相连，所述试验桩基2伸入到所述试验箱1内；所述柔性激振器加载及信号量测系统3包括激振器31、顶杆32、柔性绳33、位移传感器34和力传感器35，所述柔性绳33竖直方向上的一端与所述可升降加载架4连接，所述柔性绳33竖直方向上的另一端与所述激振器31相连，所述顶杆32水平方向上的一端与所述激振器31相连，所述顶杆32水平方向上的另一端与所述力传感器35的一端水平连接，所述力传感器35的另一端与所述试验桩基水平连接，所述位移传感器34为非接触式位移传感器。所述位移传感器34采用江苏东华测试技术股份有限公司的电涡流位移传感器5E101，所述力传感器35采用无锡世敖科技有限公司的CL-YD-303压电式力传感器。
所述顶杆32的两端有螺纹，所述激振器31水平方向上设有螺孔，所述顶杆32一端的螺纹拧在所述激振器31的螺孔上，所述顶杆32另一端螺纹与所述力传感器35通过加长螺母连接。由于力传感器35两端为螺纹结构，因此需要通过加长螺母完成力传感器35与顶杆32的连接。
所述试验桩基2的桩头处焊接有不锈钢质量块，所述质量块的水平方向上钻有螺纹孔，所述力传感器35的一端与所述顶杆32通过加长螺母相连，所述力传感器35的另一端与所述质量块的螺纹孔相连。
所述可升降加载架4包括工字钢加载架41、液压升降平台42和支撑架43，所述液压升降平台42焊接于所述支撑架43上，所述工字钢加载架41放置于所述液压升降平台42上，所述柔性绳33通过螺杆连接在所述工字钢加载架41的中间位置。所述液压升降平台42和工字钢加载架41不需要固定连接，而是通过水平尺等仪器保证水平。
所述试验箱1内壁涂有阻尼涂料11，所述试验箱1内由下到上依次填有用于模拟海床岩基的混凝土12、用于模拟海床的试验砂土14和用于模拟海水的试验水15；所述混凝土12上方装有排水管13，所述排水管13上设有排水孔，所述排水孔上设有土工布。所述阻尼涂料11用于减小振动后箱壁产生的反射波，三层填料用于模拟海床环境，排水管13用于试验箱内的灌水和排水，土工布能够防止砂土堵塞排水管13。
进一步的，所述柔性绳33为柔性钢丝绳。所述柔性绳33为四根以上。四根或四根以上的柔性绳既可以保证柔性绳的强度，也利于调整水平位置。
本实用新型能方便地实现桩基振动测试试验中激振器加载高度的任意调整，当要按照试验要求改变试验桩基2高度时，按照以下步骤调整加载高度：首先转动加长螺母，解开顶杆32与力传感器35之间的连接；再同步调整两边液压升降平台42高度直到顶杆32到达预期高度，同时通过水平尺判断是否水平；最后再重新连接顶杆32与力传感器35，进行下一步试验。所述位移传感器34为非接触式位移传感器，通过支架放置于所述试验桩基2旁边而不与所述试验桩基2接触。
实施例2
一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，与实施例1的区别在于，所述柔性绳33为橡皮绳。柔性绳33为刚度更低的橡皮绳时，通过在激振器31上固定重物增加激振器31质量，能够降低激振器31安装频率。
本实用新型能方便地实现桩基振动测试试验中激振器加载高度的任意调整，相对于用螺杆调整高度可以大大减小试验工作量，方便快捷，省时省力；相对于复杂的加载试验机，经济性更高。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，其特征在于，包括试验箱(1)、试验桩基(2)、柔性激振器加载及信号量测系统(3)和可升降加载架(4)；所述柔性激振器加载及信号量测系统(3)分别与所述试验桩基(2)和可升降加载架(4)相连，所述试验桩基(2)伸入到所述试验箱(1)内；所述柔性激振器加载及信号量测系统(3)包括激振器(31)、顶杆(32)、柔性绳(33)、位移传感器(34)和力传感器(35)，所述柔性绳(33)竖直方向上的一端与所述可升降加载架(4)连接，所述柔性绳(33)竖直方向上的另一端与所述激振器(31)相连，所述顶杆(32)水平方向上的一端与所述激振器(31)相连，所述顶杆(32)水平方向上的另一端与所述力传感器(35)的一端水平连接，所述力传感器(35)的另一端与所述试验桩基(2)水平连接，所述位移传感器(34)为非接触式位移传感器。
2.根据权利要求1所述的一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，其特征在于，所述顶杆(32)的两端有螺纹，所述激振器(31)水平方向上设有螺孔，所述顶杆(32)一端的螺纹拧在所述激振器(31)的螺孔上，所述顶杆(32)另一端螺纹与所述力传感器(35)通过加长螺母连接。
3.根据权利要求2所述的一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，其特征在于，所述试验桩基(2)的桩头处焊接有不锈钢质量块，所述质量块的水平方向上钻有螺纹孔，所述力传感器(35)的一端与所述顶杆(32)通过加长螺母相连，所述力传感器(35)的另一端与所述质量块的螺纹孔相连。
4.根据权利要求1所述的一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，其特征在于，所述可升降加载架(4)包括工字钢加载架(41)、液压升降平台(42)和支撑架(43)，所述液压升降平台(42)焊接于所述支撑架(43)上，所述工字钢加载架(41)放置于所述液压升降平台(42)上，所述柔性绳(33)通过螺杆连接在所述工字钢加载架(41)的中间位置。
5.根据权利要求1所述的一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，其特征在于，所述试验箱(1)内壁涂有阻尼涂料(11)，所述试验箱(1)内由下到上依次填有用于模拟海床岩基的混凝土(12)、用于模拟海床的试验砂土(14)和用于模拟海水的试验水(15)；所述混凝土(12)上方装有排水管(13)，所述排水管(13)上设有排水孔，所述排水孔上设有土工布。
6.根据权利要求1所述的一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，其特征在于，所述柔性绳(33)为柔性钢丝绳或橡皮绳。
7.根据权利要求1所述的一种可任意调节加载高度的桩基动力响应测试装置，其特征在于，所述柔性绳(33)为四根以上。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110195445A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-09-03 | 河海大学 | 一种研究风浪对风电机组影响的试验装置以及试验方法 |
| CN110984248A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-10 | 云南大学 | 振动沉桩试验系统 |
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