JP7276789B1 - 海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法 - Google Patents

海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法を提供する。【解決手段】一実施例による試験装置は、支持フレーム１と、巻上げ機２と、引き上げプレート３と、巻上げ機２と引き上げプレート３とを接続する上吊りロープ４と、上吊りロープ４に取り付けられる力測定機構５と、二つのアンカープレート機構と、二本の下吊りロープ７ａ、７ｂとを含む。下吊りロープ７ａ、７ｂとアンカープレート機構はいずれも上吊りロープ４の両側に位置し、アンカープレート機構は、模型箱６１と、模型箱６１内に充填される原土６２と、原土６２内に埋設されるアンカープレート６３と、アンカープレート６３の引抜角度を調整するためのプーリアセンブリ６４とを含み、各下吊りロープ７ａ、７ｂの一端は、引き上げプレート３に接続され、他端は、対応するアンカープレート機構のアンカープレート６３に接続される。【選択図】図1

Description

本発明は、アンカープレート試験領域、特に海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法に関する。
巨大な海洋エネルギーにおいて、海洋原油と海洋天然ガスは、主要な地位を占めている。海洋石油ガス資源は、主に海洋配管を通って陸地又は中継局に運ばれる。海洋洋流、波及び海水の浮力の多重作用下で、石油ガス配管の安定性は、石油ガス資源の円滑な輸送を保障するキーポイントである。海洋石油ガス配管は、長く（縦長）、大きく（直径）、深い（深く埋められている）という特徴を有し、それは、主に固定フレーム（プラットフォーム）によって複数対のアンカープレートを介して海洋の底部にアンカー固定される。上記アンカー固定方式によれば、海洋石油ガス配管の自重と複雑な外部荷重がまず固定フレーム（プラットフォーム）に伝達され、さらに固定フレーム（プラットフォーム）を介して、配管の縦方向に沿って対をなして配列されたアンカープレートに作用し、最後にアンカープレート基礎から海底基床に拡張される。複雑な海洋環境での石油ガス配管の安定性を有効に評価するために、異なる運転条件下での石油ガス配管のアンカー固定方案が提案されており、アンカーグループ作用下での固定フレーム（プラットホーム）の受力メカニズムの展開により、海底地盤におけるアンカーグループ基礎の変形破壊メカニズムを明らかにする必要がある。
コストが低く、操作可能性が強く、シミュレーション性が高いため、室内縮尺模型試験は、上記研究を展開するための有効な手段の一つとなっている。公開又は認可された特許を参照すれば分かるように、アンカープレート室内模型試験のために与えられた試験装置は、主に以下のいくつかのものを含む。
出願番号がＣＮ２０２１１０７８９３４７．９である特許１において、強降雨－干ばつ極端気候模擬システムを含む可視化アンカープレート引抜試験装置を与えることで、強降雨－干ばつ極端気候条件下での水平アンカープレート基礎の弱化効果を模擬する。
出願番号がＣＮ２０２０１０７５０２７８．６である特許２において、透明な土に基づくアンカープレート引抜試験装置が設計されおり、これは、単一の垂直アンカープレートの引抜過程での周辺土体の三次元変形の観測の問題を主に解決する。
出願番号がＣＮ２０２１１１４３１２３６．７である特許３において、平面内での単一アンカーの引抜故障試験装置を設計することで、異なる引抜方向で単一のアンカープレート面内で力が受けることにより破壊される過程の模擬を実現した。
上記試験装置が特定の目的のアンカープレート引抜試験を実現できるが、アンカープレート基礎に基づく海洋パイプライン類構造にとって、依然として多くの欠点が存在する。
（１）奥行きの大きいパイプライン構造は、配管の縦方向の両側に位置する複数対の二重アンカープレートによってアンカー固定され、且つアンカープレートの上部が固定フレーム（プラットフォーム）に接続され、従来の試験装置はいずれも二重アンカープレートの引抜過程の模擬を実現できず、且つ引抜力をアンカープレートのタイバーに直接に加え、固定フレーム（プラットフォーム）とアンカープレートとの間の相互反応メカニズムが考慮されていない。
（２）海洋底部が平坦なサイトではなく、対をなすアンカープレート基礎の埋設深さ、角度及び海床の具体的な形態は、地質条件に密に関わり、従来の試験装置は、二重アンカープレートの任意の埋設深さと傾斜角での引抜破壊過程、及びこの複雑な埋設条件下でのアンカープレートと固定フレーム（プラットフォーム）の応答規則を模擬できない。
これによれば、従来のアンカープレート引抜力測定試験装置が二重アンカープレートの任意の埋設深さと傾斜角での引抜破壊過程を模擬できないという問題に対して、本発明は、二重アンカープレート引抜試験を行い、二重アンカープレートの共同作用での破壊モードと引抜抵抗力の規則分析を明らかにすることができ、異なる埋設深さ、埋設角度及び相対的位置の組み合わせ作用下で、二重アンカープレートがアンカープレートの限界引抜力に及ぼす影響の規則及び発揮過程を得て、アンカープレートの工事設計を指導する目的を達成することができる、海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法を提供する。
上記目的を実現するために、本発明が採用する技術案は以下のとおりである。
海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置は、支持フレームと、前記支持フレームに取り付けられる巻上げ機と、前記巻上げ機の下方に位置する引き上げプレートと、前記巻上げ機と前記引き上げプレートとを接続する上吊りロープと、前記上吊りロープに取り付けられる力測定機構と、前記引き上げプレートの下方に設けられる二つのアンカープレート機構と、二本の下吊りロープとを含み、前記下吊りロープと前記アンカープレート機構はいずれも前記上吊りロープの両側に位置し、且つ一対一に対応して設置され、前記アンカープレート機構は、模型箱と、前記模型箱内に充填される原土と、前記原土内に埋設されるアンカープレートと、プーリアセンブリとを含み、前記模型箱内に、前記引き上げプレートに近い近側壁を有し、前記近側壁に縦方向スリットが設けられ、前記プーリアセンブリは、前記縦方向スリットに対応して前記近側壁に摺動可能に取り付けられ、前記プーリアセンブリは、固定プーリを含み、各前記下吊りロープの一端は、引き上げプレートに接続され、他端は、対応する前記アンカープレート機構のアンカープレートに接続され、
前記下吊りロープは、第一の状態と第二の状態を有し、前記下吊りロープが第一の状態にある時、前記下吊りロープの前記引き上げプレートから離れる端は、模型箱の頂部開口を貫通して前記アンカープレートに接続され、前記下吊りロープが第二の状態にある時、前記下吊りロープの前記引き上げプレートから離れる端は、前記プーリアセンブリを迂回して前記縦方向スリットを貫通した後に、前記アンカープレートに接続される。
本発明に記載の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置は、二つの模型箱を設置することで、二つのアンカープレートを模型箱の原土内にそれぞれ埋設し、さらに巻上げ機、引き上げプレート及び巻上げ機と引き上げプレートとを接続する上吊りロープを設置し、二つの下吊りロープを引き上げプレートに接続し、そして各模型箱の引き上げプレートに近い近側壁に縦方向スリットを設置し、近側壁に対して摺動できるプーリアセンブリを取り付け、試験時、巻上げ機は、上吊りロープ、引き上げプレート及び二つの下吊りロープによって、二つの模型箱内に置かれたアンカープレートにそれぞれ引抜力を加え、二重アンカープレートの引抜試験を実現することができ、そして模型箱の縦方向スリットと摺動可能なプーリアセンブリを組み合わせることで、アンカープレートに近い下吊りロープと水平線とのなす角を調整し、０°－９０°範囲内のいずれか一つの角度でアンカープレートを引抜することを実現することもできる。そのため、本発明の試験装置は、二重アンカープレートの引抜力測定試験を行い、二重アンカープレートの共同作用での破壊モードと引抜力の規則分析を明らかにすることができ、異なる埋設深さ、埋設角度及び相対的位置の組み合わせ作用下で、二重アンカープレートがアンカープレートの限界引抜力に及ぼす影響の規則及び発揮過程を得て、アンカープレートの工事設計を指導する目的を達成することができ、そして本発明の試験装置は、構造が簡単であり、コストが低いという利点をさらに有する。
ここで、一実施例では、前記支持フレームは、支持トッププレートと、支持脚プレートと、支持レバーとを含み、前記支持トッププレートにロープ通し孔が設けられ、前記上吊りロープは、前記ロープ通し孔を貫通し、前記支持脚プレートは、前記支持トッププレートの下方に位置し、前記支持レバーの数は、前記支持脚プレートの数に等しく、且つ一対一に対応して設置され、各前記支持レバーの一端はいずれも前記支持トッププレートに接続され、他端はそれぞれ対応する前記支持脚プレートに接続される。
ここで、一実施例では、前記上吊りロープの中心線と二つの前記下吊りロープの中心線は同一の平面に位置して設置される。
ここで、一実施例では、前記模型箱にサイドカメラとレーザー変位センサが設置され、ここで、前記サイドカメラは、巻上げ機を巻き取る過程での原土の上面の変形を捕捉するために用いられ、前記レーザー変位センサは、巻上げ機を巻き取る過程での原土の上面の変位を捕捉するために用いられる。
ここで、一実施例では、前記模型箱は前壁をさらに有し、前記前壁は透明材料で製造され、前記前壁の前方に、前記原土の側部の変形を捕捉するためのフロントカメラが架設される。
ここで、一実施例では、前記引き上げプレートに二つの下ロープ接続点を有し、二つの前記下ロープ接続点は、前記引き上げプレートの中心線に関して対称的に設置され、二つの前記下吊りロープはそれぞれ二つの前記下ロープ接続点に接続される。
海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法であって、上述した海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置によれば、具体的な測定ステップは、
支持フレームを試験サイトに取り付けるステップＳ１と、
巻上げ機を前記支持フレームに取り付けるステップＳ２と、
上吊りロープに力測定機構を取り付け、前記上吊りロープを介して前記引き上げプレートの中心と前記巻上げ機を接続するステップＳ３であって、前記引き上げプレートは二つの下ロープ接続点を有し、二つの下ロープ接続点は、前記引き上げプレートの中心線に関して対称的であるステップＳ３と、
二つの前記プーリアセンブリの前記固定プーリから対応する前記引き上げプレートの前記下ロープ接続点までの水平距離ｔｃｐを予め設定し、この予め設定された水平距離ｔｃｐに基づいて、前記縦方向スリットが開設され及び前記プーリアセンブリが取り付けられた二つの前記模型箱を試験サイトに置いて位置を決めるステップＳ４と、
Figure 0007276789000002
Figure 0007276789000003
Figure 0007276789000004
ステップＳ５で得られたデータに基づいて、前記下吊りロープの長さを計算し、前記下吊りロープが固定プーリを迂回する必要があれば、前記固定プーリの中心から前記模型箱の上縁までの縦方向距離をさらに計算し、前記固定プーリを対応する位置に摺動させて固定するステップＳ６と、
ステップＳ６の計算結果に基づいて、必要な長さの二本の下吊りロープを提供し、二本の前記下吊りロープと前記模型箱を一対一に対応して設置し、二本の前記下吊りロープの一端をそれぞれ前記引き上げプレートの二つの下ロープ接続点に接続し、他端について、事前引抜角度θと対応する臨界角度θ’との比較結果に基づいて、対応する前記模型箱の鉛直スリットを貫通せずに、対応するアンカープレートに直接接続し、又は、前記固定プーリを迂回して前記鉛直スリットを貫通した後に、対応するアンカープレートに接続するステップＳ７と、
原土を模型箱内に充填し、充填高さが前記アンカープレートの事前埋設深さｈ４に等しい場合、事前埋設深さｈ４と事前埋設水平距離ｔｓｂに基づいて、前記アンカープレートを原土の表面の指定位置に入れて固定し、そして原土が指定の高さに充填されるまで、原土を模型箱内に充填し続けるステップＳ８と、
前記模型箱が透明な前壁を有し、各前記模型箱にサイドカメラとレーザー変位センサを取り付け、各前記模型箱の前壁の直前にフロントカメラを架設するステップＳ９と、
巻上げ機を起動してローディングを行い、前記サイドカメラと前記フロントカメラをオンにし、前記原土の変形を捕捉するステップＳ１０とを含む。
ここで、一実施例では、ステップＳ６では、下記式によって下吊りロープの長さを計算し、具体的には、
θ’＜θ＜９０°の場合、前記下吊りロープの長さは、
Figure 0007276789000005
アンカープレートの中心から固定プーリの下縁の接点までの下吊りロープの長さは、
Figure 0007276789000006
Figure 0007276789000007
上記式において、
ｈ１は、前記模型箱の上縁から前記引き上げプレートが前記下吊りロープに接続された下ロープ接続点までの縦方向距離であり、
ｈ２は、前記模型箱の正味の高さであり、模型箱の底板の厚さを含まず、
ｈ３は、前記原土の充填高さであり、
ｈ４は、前記アンカープレートの埋められた深さであり、
ｈｃは、前記固定プーリの幾何中心から前記模型箱の上縁までの縦方向距離であり、
Ｈは、前記アンカープレートの中心点から引き上げプレートの下ロープ接続点の位置する水平面までの縦方向距離であり、
Ｔは、前記引き上げプレートの下ロープ接続点から前記アンカープレートの幾何中心までの水平距離であり、
ｔａは、前記アンカープレートの厚さであり、
θは、前記下吊りロープと水平線とのなす角であり、
θａは、前記固定プーリを使用する場合、この時、前記固定プーリの下方に位置する前記下吊りロープと水平線とのなす角であり、
θｂは、前記固定プーリを使用する場合、この時、前記固定プーリの上方に位置する前記下吊りロープと水平線とのなす角であり、
θ’は、前記引き上げプレートの下ロープ接続点、前記アンカープレートの幾何中心及び前記固定プーリと前記下吊りロープの接触点が同一の直線にある時、前記下吊りロープと水平線とのなす角であり、
ｔｓｂは、前記アンカープレートの幾何中心から前記模型箱の近側壁の内側までの水平距離であり、
ｔｂは、前記模型箱の前記近側壁の厚さであり、
ｔｃｐは、前記固定プーリの中心点から前記引き上げプレートの下ロープ接続点までの水平距離であり、
ｔｂｃは、前記固定プーリの中心から前記模型箱の近側壁の外側面までの水平距離であり、
Ｒは、前記固定プーリの半径であり、
ここで、ｈ１、ｈ２、ｔａ、θｂ、ｔｂ、ｔｂｃ、ｔｃｐ、Ｒはいずれも測定によって得られたものであるが、θ、θａ、ｈ３、ｈ４、ｔｓｂは、試験の必要に応じて予め設定されたデータである。
ここで、一実施例では、前記ステップＳ１０の後に、
前記力測定機構によって、試験過程で前記巻上げ機により加えられたけん引力を読み出し、前記二つの下吊りロープが受けた引抜力をそれぞれ計算するステップＳ１１をさらに含む。
ここで、一実施例では、二つの前記下吊りロープをそれぞれ第一の下吊りロープと第二の下吊りロープとして設定すれば、前記第一の下吊りロープの引抜力Ｆ１と前記第二の下吊りロープの引抜力Ｆ２は、下記式によって算出され、
前記引き上げプレートが水平に保持されば、
前記第一の下吊りロープが受けた引抜力Ｆ１が
Figure 0007276789000008
Figure 0007276789000009
上記式において、
αは、前記引き上げプレートが傾斜した角度であり、
Ｆは、力測定機構の測定数値であり、
Ｌｔは、前記引き上げプレートの下ロープ接続点から前記引き上げプレートの中心線までの垂直距離であり、
ｈｔは、前記引き上げプレートが傾斜した後にその半分の鉛直線での投影距離であり、
前記第一の下吊りロープが前記固定プーリを迂回しない場合、θ１は、前記第一の下吊りロープと水平線とのなす角であり、前記第一の下吊りロープが前記固定プーリを迂回する場合、θ１は、前記固定プーリの上方に位置する第一の下吊りロープと水平線とのなす角であり、
前記第二の下吊りロープが前記固定プーリを迂回しない場合、θ２は、前記第二の下吊りロープと水平線とのなす角であり、前記第二の下吊りロープが前記固定プーリを迂回する場合、θ２は、前記固定プーリと前記引き上げプレートとの間に位置する前記第二の下吊りロープと水平線とのなす角であり、
Ｆは、前記力測定機構によって測定され、Ｌｔ、ｈｔは、測定によって得られ、前記第一の下吊りロープが前記固定プーリを迂回しない場合、θ１は、実験の必要に応じて予め設定された角度であり、前記第一の下吊りロープが前記固定プーリを迂回する場合、θ１は、測定によって得られ、第二の下吊りロープが前記固定プーリを迂回しない場合、θ２は、実験の必要に応じて予め設定された角度であり、第二の下吊りロープが前記固定プーリを迂回する場合、θ２は、測定によって得られる。
本発明の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法は、試験を行う場合、二つの下吊りロープを密に組み合わせ、そしてプーリアセンブリと縦方向スリットを組み合わせることで、同一の相対的位置での異なる埋設角度が二つのアンカープレートの荷重力に及ぼす影響を模擬することができ、そして同一の埋設角度での異なる相対的位置が二つのアンカープレートの荷重力に及ぼす影響を模擬することもでき、それによってアンカープレートの工事設計を指導する目的を達成することができる。
なお、二つの模型箱の前壁を透明材料で製造するようにして位置決めマーク点を予め設け、近側壁にサイドカメラとレーザー変位センサを取り付け、そして前壁の直前にフロントカメラを架設することで、アンカープレートの運動軌跡及び原土の変形と破壊形態をリアルタイムで正確に捕捉することができる。
本発明の一実施例に記載の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の構造正面図である。 図１における模型箱の近側壁の側面図である。 図１に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、アンカープレートに接続された下吊りロープと水平線とのなす角がにある時の部分概略図である。 図１に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、アンカープレートに接続された下吊りロープと水平線とのなす角がにある時の部分概略図である。 図１に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、アンカープレートに接続された下吊りロープと水平線とのなす角がにある時の部分概略図である。 ここで、一実施例に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープと第二の下吊りロープがいずれも固定プーリを迂回せず、引き上げプレートが水平に保持される時の部分概略図である。 図６に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープと第二の下吊りロープがいずれも固定プーリを迂回せず、引き上げプレートの左側が跳ね上がって右側が傾斜する時の部分概略図である。 図６に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープと第二の下吊りロープがいずれも固定プーリを迂回せず、引き上げプレートが左側が傾斜して右側が跳ね上がるように保持される時の部分概略図である。 本発明の一実施例に記載の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープと第二の下吊りロープがいずれも固定プーリを迂回し、引き上げプレートが水平に保持される時の部分概略図である。 図９に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープと第二の下吊りロープがいずれも固定プーリを迂回し、引き上げプレートの左側が跳ね上がって右側が傾斜する時の部分概略図である。 図９に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープと第二の下吊りロープがいずれも固定プーリを迂回し、引き上げプレートの左側が傾斜して右側が跳ね上がる時の部分概略図である。 本発明の一実施例に記載の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープが固定プーリを迂回し、第二の下吊りロープが固定プーリを迂回せず、引き上げプレートが水平に保持される時の部分概略図である。 図１２に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープが固定プーリを迂回し、第二の下吊りロープが固定プーリを迂回せず、引き上げプレートの左側が跳ね上がって右側が傾斜する時の部分概略図である。 図１２に示す海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の、第一の下吊りロープが固定プーリを迂回し、第二の下吊りロープが固定プーリを迂回せず、引き上げプレートの左側が傾斜して右側が跳ね上がる時の部分概略図である。 本発明におけるアンカープレートと引き上げプレートとの間に位置する下吊りロープの長さが調整可能である海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の部分概略図である。
以下、図面を結び付けながら本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
図１から図１５を参照すると、本発明の実施例に記載の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置であり、この装置は、二つのアンカープレートの引抜力測定試験を実現することができ、それは、支持フレーム１と、支持フレーム１に取り付けられる巻上げ機２と、巻上げ機２の下方に位置する引き上げプレート３と、巻上げ機２と引き上げプレート３の中心を接続する上吊りロープ４と、上吊りロープ４に取り付けられる力測定機構５と、引き上げプレート３の下方に設けられる二つのアンカープレート機構と、二本の下吊りロープ７とを含み、下吊りロープ７とアンカープレート機構はいずれも上吊りロープ４の両側に位置し、且つ一対一に対応して設置され、アンカープレート機構は、模型箱６１と、模型箱６１内に充填される原土６２と、原土６２内に埋設されるアンカープレート６３と、模型箱６１に対して摺動可能に設置されるプーリアセンブリ６４とを含み、模型箱６１内に、引き上げプレート３に近く且つ上吊りロープ４に平行である近側壁６１１を有し、近側壁６１１に縦方向スリット６１２が設けられ、プーリアセンブリは、縦方向スリット６１２に対応して近側壁６１１に取り付けられ、プーリアセンブリ６４は、固定プーリ６４１を含み、下吊りロープ７の一端は、引き上げプレート３に接続され、他端は、対応するアンカープレート機構のアンカープレート６３に接続され、
二本の下吊りロープ７をそれぞれ第一の下吊りロープ７ａと第二の下吊りロープ７ｂとして設定し、各下吊りロープ７は、第一の状態と第二の状態を有し、下吊りロープ７が第一の状態にある時、図３と図５に示すように、下吊りロープ７の引き上げプレート３から離れる端は、模型箱６１の頂部開口を貫通してアンカープレート６３に接続され、下吊りロープ７が第二の状態にある時、図４に示すように、下吊りロープ７の引き上げプレート３から離れる端は、プーリアセンブリ６４を迂回して縦方向スリット６１２を貫通した後に、アンカープレート６３に接続される。
試験時、巻上げ機２は、上吊りロープ４、引き上げプレート３、二つの下吊りロープ７によって、二つの模型箱６１内に埋設されたアンカープレート６３を引き上げ、試験の目的を達成する。説明すべきこととして、引き上げプレート３は、実際のプラットフォーム構造又はフレーム構造の簡略化構造と見なされる。
アンカープレート６３に近い下吊りロープ７の部分と水平線とのなす角をθに設定し、そしてこの角度をアンカープレート６３の埋められた角度と呼び、試験時、本発明は、二つのアンカープレート６３に対して異なる深さと角度の試験を行い、アンカープレート６３の深さと角度が変化した場合、アンカープレート６３に接続される下吊りロープ７と水平線とのなす角θにも、対応する角度変化が生じる。θ角度が、下吊りロープ７と引き上げプレート３の下ロープ接続点、アンカープレート６３の幾何中心及び固定プーリ６４１と下吊りロープ７が同一の直線にあるまで調整された場合、この時、下吊りロープ７と水平線とのなす角度θ＝θ’であり、この角度値θ’は、下吊りロープ７がプーリアセンブリ６４を迂回する必要があるかどうかを決定する臨界角度値である。
Figure 0007276789000010
図１に示すように、支持フレーム１は、支持トッププレート１１と、支持脚プレート１２と、支持レバー１４とを含み、支持トッププレート１１に、上吊りロープ４が貫通するのに供するためのロープ通し孔１１１が設けられ、支持脚プレート１２は、支持トッププレート１１の下方に位置し、支持レバー１４の数は、支持脚プレート１２の数に等しく、且つ一対一に対応して設置され、各支持レバー１４の一端はいずれも支持トッププレート１１に接続され、他端はそれぞれ対応する支持脚プレート１２に接続される。
支持トッププレート１１は、円盤状、方形盤状又は他の形状の盤状である。本実施例において、支持トッププレート１１は、好ましくは、円盤状である。
本実施例において、支持フレーム１として、好ましくは、支持四脚フレームを採用し、即ち、支持レバー１４の数は四つである。さらに、各支持レバー１４として、好ましくは、鉄筋を採用する。
各支持脚プレート１２に縦方向孔が設けられ、縦方向孔に、支持脚プレート１２を地面に固定するための膨張ナット１３が嵌合される。
本実施例において、支持レバー１４と支持トッププレート１１、及び支持レバー１４と支持脚プレート１２は、いずれも溶接の方式で接続される。無論、支持レバー１４と支持トッププレート１１、及び支持レバー１４と支持脚プレート１２の接続はこれに限定されず、支持レバー１４と支持トッププレート１１の接続、及び支持レバー１４と支持脚プレート１２の接続を実現できる他の方式も本発明に利用可能であり、例えば、他の実施例において、ネジ又はボルトの方式で接続される。
巻上げ機２は、支持トッププレート１１の上方に位置し、支持トッププレート１１の上方に固定されるベース１５に取り付けられる。さらに好ましくは、巻上げ機２は、ボルトを介してベース１５に取り外し可能に接続される。
本実施例において、ベース１５は、溶接の方式で支持トッププレート１１に接続される。他の実行可能な実施例において、ベース１５と支持トッププレート１１が取り外し可能に接続されるように設置されてもよい。例えば、ボルトの方式でベース１５と支持トッププレート１１を接続する。さらに好ましくは、他の実施例において、支持トッププレート１１に、ベース１５をロープ通し孔１１１の方向に移動可能とするためのウエスト型孔を設置してもよく、このウエスト型孔は、巻上げ機２からロープ通し孔１１１までの距離を調節して、巻上げ機２に接続された上吊りロープ４が支持トッププレート１１のロープ通し孔１１１をスムーズに貫通するようにするために用いられる。
引き上げプレート３は規則的に設置され、方形、円形又は他の形状であってもよい。本実施例において、支持トッププレート３は、好ましくは、方形の長尺板状である。
引き上げプレート３は、二つの下ロープ接続点を有し、二つの下ロープ接続点はそれぞれ二つの下吊りロープ７に接続され、そして引き上げプレート３の中心線に関して対称的に設置され、この設置によって、試験時に測定すべきデータを減少させることができる。本実施例において、引き上げプレートが方形の長尺板状であるため、引き上げプレート３の下ロープ接続点は、好ましくは、引き上げプレート３の端点である。上吊りロープ４は、支持トッププレート１１に設置されるロープ通し孔１１１を貫通する。支持トッププレート１１に、上吊りロープ４が貫通するのに供するためのロープ通し孔１１１を設置することで、上吊りロープ４を位置決めし、上吊りロープ４が激しく揺れることによって試験結果に影響を及ぼすことを防止するという有益な効果を果たすことができる。
上吊りロープ４と下吊りロープ７として、いずれも好ましくは鋼撚りロープを採用する。さらに好ましくは、上吊りロープ４は、下吊りロープ７よりも太く、即ち、上吊りロープ４は、直径が比較的に大きい太い吊りロープであり、下吊りロープ７は、直径が比較的に小さい細い吊りロープである。試験時、上吊りロープ４が受ける力が比較的に大きいため、上吊りロープ４を太い吊りロープとすることで、上吊りロープ４が引き上げ時に折れやすいことを防止することができる。下吊りロープ７を細い吊りロープとすることで、一方では、上吊りロープ４が受ける力を減少させ、上吊りロープ４を保護する効果を達成し、そして下吊りロープ７の重量が試験の精度に及ぼす影響を減少させるという有益な効果を果たすことができ、他方では、模型箱６１における、下吊りロープ７が貫通するのに供する縦方向スリット６１２の寸法を減少させることができ、さらに、模型箱６１の寸法をさらに減少させ、試験コストを低減させるという目的を達成することができる。
本実施例において、力測定機構５として、力変位センサが選択される。本実施例において、力測定機構５全体は上吊りロープ４に直接に取り付けられる。他の実施例において、力測定機構５を引き上げプレート３と上吊りロープ４との間に接続してもよい。
図２に示すように、縦方向スリット６１２の少なくとも一側に縦方向スライド移動レール６１３が設置され、縦方向スライド移動レール６１３がプーリアセンブリ６５と滑合して設置されることで、プーリアセンブリ６５が近側壁６１１を摺動可能であり、プーリアセンブリ６５が摺動した後、プーリアセンブリ６５をさらに固定することができる。本実施例において、縦方向スリット６１２の両側にいずれも縦方向スライド移動レール６１３が設けられる。
好ましくは、模型箱６１は、近側壁６１１に接続される前壁をさらに有し、前壁の材質が透明材質で製造されることで、原土６２の変形を観察しやすくする。さらに好ましくは、前壁の材質として、裂けにくい透明な強化ガラスを採用する。
さらに、各模型箱６１にサイドカメラとレーザー変位センサが設けられ、測定をより正確にするために、サイドカメラの両側にいずれもレーザー変位センサが設置され、サイドカメラは、対応する模型箱６１内の原土６２の表層破壊形態を捕捉するために用いられる。レーザー変位センサは、模型箱６１内の原土６２の表層の変位を捕捉するために用いられる。本実施例において、サイドカメラとレーザー変位センサはいずれも模型箱６１の近側プレート６１１に取り付けられる。
各模型箱６１の前壁の直前にいずれもフロントカメラを架設し、模型箱６１の外側に位置決めマークを設置し、好ましくは、前壁に設置する。フロントカメラは、巻上げ機を巻き取る過程での原土６２の側面の変形を捕捉し、そして平滑粒子流体力学的方法に基づいて、対応する模型箱６１内の原土６２の変位ベクトル図を得るために用いられる。
二本の下吊りロープ７の長さの計算及び試験時の二本の下吊りロープ７の引抜力の計算を容易にするために、上吊りロープ４の中心線と二本の下吊りロープ７の中心線は同一の平面に位置して設置される。
本実施例において、引き上げプレート３とアンカープレート６３との間に接続された下吊りロープ７の長さは調整不可能である。他の実施例において、下吊りロープ７の頻繁な交換を避けるように、引き上げプレート３とアンカープレート６３との間に接続された下吊りロープ７の長さが調整可能であるように設置してもよい。例えば、図１５に示すように、引き上げプレート３の下ロープ接続点の位置する部位に縦方向方形貫通孔３１及び縦方向方形貫通孔３１に垂直に連通する締め付け孔３２が設けられ、締め付け孔３２に締め付けボルト８が螺合され、引き上げプレート３の上側に回転可能な巻き取り柱９が設けられ、下吊りロープ７の引き上げ用の有効部分は、引き上げプレート３とアンカープレート６３との間に位置し、下吊りロープ７の引き上げ不要な無効部分は、縦方向方形貫通孔３１を貫通した後に巻き取り柱９に巻き取られ、縦方向方形貫通孔３１内に位置する下吊りロープ７の無効部分は、締め付けボルト８と縦方向方形貫通孔３１の近側壁６１１との間に挟まれる。下吊りロープ７の有効部分の長さを調整する場合、締め付けボルト８を縦方向方形貫通孔３１内の下吊りロープ７部分から離れるように回転し、そして下吊りロープ７の有効部分又は下吊りロープ７の無効部分を引き、下吊りロープ７の引き上げ用の有効部分の長さを増加又は減少させ、調整した後に、締め付けボルト８を回転し、縦方向方形貫通孔３１内に位置する下吊りロープ７の無効部分を引き上げプレート３に押圧し、下吊りロープ７を引き上げプレート３に締め付ける。
本実施例の有益な効果は以下のとおりである。本発明の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置は、二つの模型箱６１を設置することで、二つのアンカープレート６３を模型箱６１の原土６２内にそれぞれ埋設し、さらに巻上げ機２、引き上げプレート３及び巻上げ機２と引き上げプレート３とを接続する上吊りロープ４を設置し、二つの下吊りロープ７を引き上げプレート３に接続し、そして各模型箱６１の引き上げプレート３に近い近側壁６１１に縦方向スリット６１２を設置し、近側壁６１１に対して摺動するプーリアセンブリ６４を取り付け、試験時、巻上げ機２は、上吊りロープ４、引き上げプレート３及び二つの下吊りロープ７によって、二つの模型箱６１内に置かれたアンカープレート６３にそれぞれ引抜力を加えることで、二重アンカープレート６３の引抜力測定試験を実現することができ、そして模型箱６１の縦方向スリット６１２と摺動可能なプーリアセンブリ６４を組み合わせることで、アンカープレート６３に近い下吊りロープ７と水平線とのなす角を調整し、０°－９０°範囲内のいずれか一つの角度でアンカープレート６３を引抜することを実現することもできる。そのため、本発明の試験装置は、二重アンカープレート６３の引抜力測定試験を行うことができ、それによって二重アンカープレート６３の共同作用での破壊モードと引抜力の規則分析を明らかにすることができ、異なる埋設深さ、埋設角度及び相対的位置の組み合わせ作用下で、二重アンカープレート６３がアンカープレート６３の限界引抜力に及ぼす影響の規則及び発揮過程を得て、アンカープレート６３の工事設計を指導する目的を達成することができる。そして、本発明の試験装置が簡単であるが、種々の試験条件下でのパラメータ変換を完了することができ、試験コストを節約するだけでなく、そしてアンカープレート６３の限界引抜力、引抜失効メカニズム及びその変化規則をより正確に得ることができる。
＜実施例２＞
本実施例は、海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法を開示し、実施例１に記載の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置によれば、具体的な測定ステップは以下のとおりである。
Ｓ０において、支持フレーム１を組み立てる。
ここで、ステップＳ０は具体的には以下のステップを含む。
ａ１において、支持脚プレート１２を試験サイトに平置き、膨張ナット１３が支持脚プレート１２における縦方向孔を貫通することによってそれを地面に固定し、
本実施例において、支持脚プレート１２の数が四つであるため、四つの支持脚プレート１２をそれぞれ試験サイトの四つの方位に置き、
ａ２において、支持トッププレート１１の中心位置でロープ通し孔１１１を切開し、支持トッププレート１１の上表面にベース１５を溶接する。
Ｓ２において、巻上げ機２を支持フレーム１に取り付ける。
具体的には、巻上げ機２をベース１５に置き、ボルトでベース１５に固定する。
Ｓ３において、上吊りロープ４に力測定機構５を取り付け、上吊りロープ４を介して引き上げプレート３の中心と巻上げ機２を接続し、引き上げプレート３は二つの下ロープ接続点を有し、二つの下ロープ接続点は、引き上げプレート３の中心線に関して対称的である。
上吊りロープ４を引き上げプレート３に接続する前に、上吊りロープ４に、前記支持トッププレート１１に設置されたロープ通し孔１１１を貫通する。
Ｓ４において、二つのプーリアセンブリ６４の固定プーリ６４１から対応する引き上げプレート３の下吊りロープ７に接続されるための下ロープ接続点までの水平距離ｔｃｐを予め設定し、この予め設定された水平距離ｔｃｐに基づいて、縦方向スリット６１２が開設され及びプーリアセンブリ６４が取り付けられた二つの模型箱６１を試験サイトに置いて位置を決め、各模型箱６１は、引き上げプレート３に近い近側壁６１１及び近側壁６１１に接続される透明な前壁を有する。
具体的には、模型箱６１を試験サイトに置く前に、まず、模型箱６１の近側壁６１１に縦方向スリット６１２を開設し、縦方向スリット６１２に対応して近側壁にプーリアセンブリ６４を取り付け、さらに予め設定された各固定プーリの幾何中心から対応する下吊りロープ７に接続されるための下ロープ接続点までの水平距離ｔｃｐに基づいて、各模型箱６１を試験サイトにおける対応する位置に置いてもよい。
まず、模型箱６１をサイトに置き、そして模型箱６１の近側プレート６１１に縦方向スリット６１２を開設し、縦方向スリット６１２に対応してプーリアセンブリ６４を取り付け、最後に予め設定された各固定プーリ６４１の幾何中心から対応する引き上げプレート３の下吊りロープ７に接続されるための下ロープ接続点までの水平距離ｔｃｐに基づいて、試験サイトにおいて模型箱６１１の位置を調整してもよい。
Ｓ５において、図３、図４及び図５に示すように、対応する模型箱内の各アンカープレート６３の事前埋設深さｈ４、事前引抜角度θ及び近側壁６１１の内側までの水平距離ｔｓｂを予め決定し、原土６２の充填高さｈ３を予め決定し、さらに各アンカープレート６３に対応する近側壁６１１の厚さｔｂ、固定プーリ６４１の中心から近側壁６１１までの水平距離ｔｂｃ、固定プーリ６４１の半径Ｒ、模型箱６１の上縁から引き上げプレートの下吊りロープ７に接続されるための下ロープ接続点までの縦方向距離ｈ１、模型箱６１の正味の高さｈ２を測定し、ここで、事前引抜角度θは、アンカープレート６３に近い下吊りロープ７部分と水平線とのなす角であり、
Figure 0007276789000011
に基づいて、各下吊りロープ７がプーリアセンブリ６４を使用するかどうか臨界角度θ’を計算し、θ’は、引き上げプレート３の下ロープ接続点、アンカープレート６３及び固定プーリ６４１が同一の直線にある時の下吊りロープ７と水平線とのなす角であり、ここで、Ｈは、アンカープレート６３の幾何中心から引き上げプレート３の下ロープ接続点までの縦方向距離であり、Ｔは、引き上げプレート３の下ロープ接続点からアンカープレート６３の中心点までの水平距離であり、ＨとＴは、下記式
Figure 0007276789000012
ここで、引き上げプレート３の下ロープ接続点、アンカープレート６３及び固定プーリ６４１が同一の直線にあることは、具体的には、引き上げプレート３と下吊りロープ７の下ロープ接続点、アンカープレート６３と下吊りロープ７の下ロープ接続点及び固定プーリ６４１と下吊りロープ７の接触点が同一の直線にあることである。アンカープレート６３の引抜角度は具体的には、アンカープレート６３に近い下吊りロープ７の部分と水平面とのなす角である。
Ｓ６において、ステップＳ５で得られたデータに基づいて、下吊りロープ７の長さを計算し、下吊りロープ７が固定プーリ６４１を迂回する必要があれば、固定プーリ６４１の幾何中心から模型箱６１の上縁までの縦方向距離をさらに計算し、固定プーリ６４１を対応する位置に摺動させて固定する。
さらに、ステップＳ６では、下記式によって下吊りロープ７の長さを計算し、具体的には、
Figure 0007276789000013
固定プーリ６４１の中心から模型箱６１の上縁までの縦方向距離の計算結果によって、固定プーリ６４１を必要な位置に正確にスライド移動することができる。
Figure 0007276789000014
Ｌ＝Ｈであり、
Figure 0007276789000015
上記式において、
ｈ１は、模型箱６１の上縁から引き上げプレート３の下面までの縦方向距離であり、
ｈ２は、模型箱６１の正味の高さであり、模型箱６１の底板の厚さを含まず、
ｈ３は、原土６２の高さであり、
ｈ４は、アンカープレート６３の埋められた深さであり、
ｈｃは、固定プーリ６４１の幾何中心から模型箱６１の上縁までの縦方向距離であり、
Ｈは、アンカープレート６３の幾何中心から引き上げプレート３の下ロープ接続点の位置する水平面までの縦方向距離であり、
Ｔは、引き上げプレート３の下ロープ接続点からアンカープレート６３の幾何中心までの水平距離であり、
ｔａは、アンカープレート６３の厚さであり、
θは、下吊りロープ７と水平線とのなす角であり、
θａは、固定プーリ６４１を使用する場合、この時、固定プーリ６４１の下方に位置する下吊りロープ７と水平線とのなす角であり、
θｂは、固定プーリ６４１を使用する場合、この時、固定プーリ６４１の上方に位置する下吊りロープ７と水平線とのなす角であり、
θ’は、引き上げプレート３の下ロープ接続点、アンカープレート６３の幾何中心及び固定プーリ６４１と下吊りロープ７の接触点が同一の直線にある時、下吊りロープ７と水平線とのなす角であり、
ｔｓｂは、アンカープレート６３の幾何中心から模型箱６１の近側壁６１１の内側までの水平距離であり、
ｔｂは、模型箱６１の近側壁６１１の厚さであり、
ｔｃｐは、固定プーリ６４１の幾何中心から引き上げプレート３の下吊りロープ７に接続される下ロープ接続点までの水平距離であり、
ｔｂｃは、固定プーリ６４１の幾何中心から模型箱６１の近側壁６１１の外側面までの水平距離であり、
Ｒは、固定プーリ６４１の半径であり、
ここで、ｈ１、ｈ２、θｂ、ｔｂ、ｔｂｃ、ｔｃｐ、Ｒはいずれも測定によって得られたものであるが、θ、θａ、ｈ３、ｈ４、ｔａ、ｔｓｂは、試験の必要に応じて予め設定されたデータである。
二つのアンカープレートのそれぞれに対応するｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、ｈｃ、ｔａ、θａ、θｂ、ｔｓｂ、ｔｂ、ｔｃｐ、ｔｂｃ、Ｒを必要な式に代入することで、対応する引き上げを実現するための下吊りロープ７の長さを算出することができる。
Ｓ７において、下吊りロープ７の計算式に基づいて、必要な長さの二本の下吊りロープ７を提供し、二本の下吊りロープ７と模型箱６１を一対一に対応して設置し、二本の下吊りロープ７の一端をそれぞれ引き上げプレート３の二つの下ロープ接続点に接続し、他端について、対応するアンカープレート６３の事前引抜角度θと臨界角度θ’との比較結果に基づいて、対応する模型箱６１の縦方向スリット６１２を貫通せずに、アンカープレート６３に直接接続し、又は、固定プーリ６４１を迂回して縦方向スリット６１２を貫通した後に、アンカープレート６３に接続する。
さらに、上吊りロープ４と二本の下吊りロープ７を取り付ける時、上吊りロープ４の中心線と二本の下吊りロープ７の中心線が同一の平面に位置することを確保することで、下吊りロープ７の引抜力分析を行う時、構築された受力分析幾何図を比較的に簡単にし、さらに構築された受力方程式を比較的に簡単にし、後続で下吊りロープ７の引抜力の結果を迅速に算出することを容易にする。
Ｓ８において、原土６２を模型箱６１内に充填し、充填高さがアンカープレート６３の事前埋設深さｈ４に等しい場合、事前埋設深さｈ４と事前埋設水平距離ｔｓｂに基づいて、アンカープレート６３を原土６２の表面の指定位置に入れて固定し、そして原土６２が指定の高さに充填されるまで、原土６２を模型箱６１内に充填し続ける。
原土６２を模型箱６１内に充填する過程では、原土６２の側面の変形を観測しやすくするために、一定の高さを充填する毎に、模型箱６１２の透明な前壁の内側に一層のカラーサンドを塗布し、原土６２が指定の高さまで充填された後に、原土の充填を停止する。
Ｓ９において、各模型箱６１にサイドカメラとレーザー変位センサを取り付け、各模型箱６１の前壁の直前にフロントカメラを架設する。
本実施例において、サイドカメラとレーザー変位センサはいずれも模型箱６１の近側壁６１１に位置するように設置される。
Ｓ１０において、試験装置とローディング、テスト装備を検出し、潜在的なリスクを排除した後、巻上げ機２を起動してローディングを行い、サイドカメラとフロントカメラをオンにし、原土６２の変形を捕捉し、そして平滑粒子流体力学的技術に基づいて二つの模型箱内の原土４の変位ベクトル図を得る。
具体的には、サイドカメラは、対応する模型箱６１内の原土６２の表層の破壊形態を捕捉するために用いられ、レーザー変位センサは、模型箱６１内の原土６２の表層の変位を捕捉するために用いられ、フロントカメラは、巻上げ機を巻き取る過程での原土６２の側面の変形を捕捉するために用いられる。
Ｓ１１において、力測定機構によって、試験過程で巻上げ機２により加えられたけん引力を読み出し、各下吊りロープ７が受けた引抜力を計算する。
各下吊りロープ７が受けた引抜力を計算することで、二つのアンカープレート６３が異なる引抜力で原土６２を押す変形を捕捉し、アンカープレート６３が受けた限界引抜力を正確に算出することができる。
まず、二つの下吊りロープ７がいずれも固定プーリ６４１を迂回しないというケースを例として、各下吊りロープ７の受力状況を分析して説明する。
図６に示すように、引き上げプレート３が水平に保持されば、以下を得る。
第一の下吊りロープ７ａが受けた引抜力は以下のとおりである。
Figure 0007276789000016
第二の下吊りロープ７ａが受けた引抜力は以下のとおりである。
Figure 0007276789000017
図７に示すように、前記第一の下吊りロープ７ａが左側にあり、前記第二の下吊りロープ７ｂが右側にあり、引き上げプレート３が傾斜し、且つ左側が跳ね上がって右側が傾斜すると、以下を得る。
前記第一の下吊りロープ７ａが受けた引抜力は以下のとおりである。
Figure 0007276789000018
第二の下吊りロープ７ａが受けた引抜力は以下のとおりである。
Figure 0007276789000019
図８に示すように、二つのアンカープレートが傾斜し、且つ左側が傾斜して右側が跳ね上がると、以下を得る。
前記第一の下吊りロープ７ａが受けた引抜力は以下のとおりである。
Figure 0007276789000020
前記第二の下吊りロープ７ｂが受けた引抜力は以下のとおりである。
Figure 0007276789000021
上記式において、
θ１は、固定プーリ６４１を迂回しない第一の下吊りロープ７ａと水平線とのなす角であり、
θ２は、固定プーリ６４１を迂回しない第二の下吊りロープ７ｂと水平線とのなす角であり、
αは、引き上げプレート３が傾斜した角度であり、
Ｆは、力測定機構５の測定数値であり、
Ｌｔは、引き上げプレート３の下ロープ接続点から引き上げプレート３の中心線までの垂直距離であり、
ｈｔは、引き上げプレート３が傾斜した後にその半分の鉛直線での投影距離であり、
θ１とθ２は、実験の必要に応じて予め設定された角度であり、Ｆは、力測定機構５によって測定され、Ｌｔ、ｈｔは、測定によって得られ、引き上げプレート３の傾斜状況に基づいて、既知のデータを適切な下吊りロープ７の受けた荷重力の計算式に入れることで、第一の下吊りロープ７ａの受けた引抜力と第二の下吊りロープ７ｂの引抜力を得ることができる。
次に、第一の吊りロープと第二の吊りロープの他のケースについて分析する。第一の下吊りロープ７ａと第二の下吊りロープ７ｂがいずれも固定プーリ６４１を迂回する場合、図９から図１１に示すように、θ１を固定プーリ６４１と引き上げプレート３との間に位置する第一の下吊りロープ７ａと水平線とのなす角に置き換え、θ２を固定プーリ６４１と引き上げプレート３との間に位置する第二の下吊りロープ７ｂと水平線とのなす角に置き換える。ここで、θ１とθ２はいずれも測定によって得られたものである。
そのため、第一の下吊りロープ７ａと第二の下吊りロープ７ｂがいずれも固定プーリ６４１を迂回するという条件下では、図９に示すように、引き上げプレート３が水平に保持される時、分析から分かるように、第一の下吊りロープ７ａの引抜力Ｆ１の計算と第二の下吊りロープ７ｂの引抜力Ｆ２の計算は、依然として上記式１．１と式１．２を使用し、図１０に示すように、引き上げプレート３に、左側が傾斜して右側が跳ね上がるという傾斜が生じた時、第一の下吊りロープ７ａの引抜力Ｆ１の計算と第二の下吊りロープ７ｂの引抜力Ｆ２の計算は、依然として上記式１．３と式１．４を使用し、図１１に示すように、引き上げプレート３に、左側が跳ね上がって右側が傾斜するという傾斜が生じた時、第一の下吊りロープ７ａの引抜力Ｆ１の計算と第二の下吊りロープ７ｂの引抜力Ｆ２の計算は、依然として上記式１．５と１．６を使用し、αは依然として式１．７で計算される。
二つの下吊りロープ７のうち、一本の下吊りロープ７が固定プーリ６４１を迂回し、別の下吊りロープ７が固定プーリ６４１を迂回しない場合について、本明細書において、第一の下吊りロープ７ａが固定プーリ６４１を迂回し、第二の下吊りロープ７ｂが固定プーリ６４１を迂回しないことを例として説明する。図１２から図１４に示すように、θ１を前記固定プーリ６４１と引き上げプレート３との間に位置する第一の下吊りロープ７ａと水平線とのなす角にのみ置き換え、θ２は依然として固定プーリ６４１を迂回しない第二の下吊りロープ７ｂと水平線とのなす角である。ここで、θ１は、測定によって得られたものであり、θ２は、実験の必要に応じて予め設定された角度である。
そのため、第一の下吊りロープ７ａが固定プーリ６４１を迂回し、第二の下吊りロープ７ｂが固定プーリ６４１を迂回しない場合、図１２に示すように、引き上げプレート３が水平に保持される時、第一の下吊りロープ７ａの引抜力Ｆ１の計算と第二の下吊りロープ７ｂの引抜力Ｆ２の計算は、依然として上記式１．１と式１．２を使用し、図１３に示すように、引き上げプレート３に、左側が傾斜して右側が跳ね上がるという傾斜が生じた時、第一の下吊りロープ７ａの引抜力Ｆ１の計算と第二の下吊りロープ７ｂの引抜力Ｆ２の計算は、依然として上記式１．３と式１．４を使用し、図１４に示すように、引き上げプレート３に、左側が跳ね上がって右側が傾斜するという傾斜が生じた時、第一の下吊りロープ７ａの引抜力Ｆ１の計算と第二の下吊りロープ７ｂの引抜力Ｆ２の計算は、依然として上記式１．５と１．６を使用する。αは依然として式１．７で計算される。
これから分かるように、第一の下吊りロープ７ａと第二の下吊りロープ７ｂが固定プーリ６４１を迂回するかどうかに基づいて、θ１、θ２に対して対応する意味変換を行い、引き上げプレート３の傾斜状況に基づいて、式式１．１、式１．２、式１．３、式１．４、式１．５、式１．６から対応する式を選択すれば、第一の下吊りロープ７ａの引抜力Ｆ１と第二の下吊りロープ７ｂの引抜力Ｆ２の計算を実現することができる。
本発明の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法は、試験を行う場合、二つの下吊りロープ７を密に組み合わせ、そしてプーリアセンブリ６４と縦方向スリット６１２を組み合わせることで、同一の相対的位置での異なる埋設角度が二つのアンカープレート６３の荷重力に及ぼす影響を模擬することができ、そして同一の埋設角度での異なる相対的位置が二つのアンカープレート６３の荷重力に及ぼす影響を模擬することもでき、それによってアンカープレートの工事設計を指導する目的を達成することができる。
なお、二つの模型箱６１の前壁を透明材料で製造するようにして位置決めマーク点を予め設け、近側壁６１１にサイドカメラとレーザー変位センサを取り付け、そして前壁の直前にフロントカメラを架設することで、アンカープレート６３の運動軌跡及び原土６２の変形と破壊形態をリアルタイムで正確に捕捉することができる。
１ 支持フレーム、１１ 支持トッププレート、１１１ ロープ通し孔、１２ 支持脚プレート、１３ 膨張ナット、１４ 支持レバー、１５ ベース、２ 巻上げ機、３ 引き上げプレート、３１ 縦方向方形貫通孔、３２ 締め付け孔、４ 上吊りロープ、５ 力測定機構、６１ 模型箱、６１１ 近側壁、６１２ 縦方向スリット、６１３ 縦方向スライド移動レール、６２ 原土、６３ アンカープレート、６４ プーリアセンブリ、６４１ 固定プーリ、７ 下吊りロープ、７ａ 第一の下吊りロープ、７ｂ 第二の下吊りロープ、８ 締め付けボルト、９ 巻き取り柱

Claims (2)

  1. 海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法であって、この試験装置は、支持フレームと、前記支持フレームに取り付けられる巻上げ機と、前記巻上げ機の下方に位置する引き上げプレートと、前記巻上げ機と前記引き上げプレートとを接続する上吊りロープと、前記上吊りロープに取り付けられる力測定機構と、前記引き上げプレートの下方に設けられる二つのアンカープレート機構と、二本の下吊りロープとを含み、前記下吊りロープと前記アンカープレート機構はいずれも前記上吊りロープの両側に位置し、且つ一対一に対応して設置され、前記アンカープレート機構は、模型箱と、前記模型箱内に充填される原土と、前記原土内に埋設されるアンカープレートと、プーリアセンブリとを含み、前記模型箱内に、前記引き上げプレートに近い近側壁を有し、前記近側壁に縦方向スリットが設けられ、前記プーリアセンブリは、前記縦方向スリットに対応して前記近側壁に摺動可能に取り付けられ、前記プーリアセンブリは、固定プーリを含み、各前記下吊りロープの一端は、引き上げプレートに接続され、他端は、対応する前記アンカープレート機構のアンカープレートに接続され、
    前記下吊りロープは、第一の状態と第二の状態を有し、前記下吊りロープが第一の状態にある時、前記下吊りロープの前記引き上げプレートから離れる端は、模型箱の頂部開口を貫通して前記アンカープレートに接続され、前記下吊りロープが第二の状態にある時、前記下吊りロープの前記引き上げプレートから離れる端は、前記プーリアセンブリを迂回して前記縦方向スリットを貫通した後に、前記アンカープレートに接続され、
    前記支持フレームは、支持トッププレートと、支持脚プレートと、支持レバーとを含み、前記支持トッププレートにロープ通し孔が設けられ、前記上吊りロープは、前記ロープ通し孔を貫通し、前記支持脚プレートは、前記支持トッププレートの下方に位置し、前記支持レバーの数は、前記支持脚プレートの数に等しく、且つ一対一に対応して設置され、各前記支持レバーの一端はいずれも前記支持トッププレートに接続され、他端はそれぞれ対応する前記支持脚プレートに接続され、
    前記上吊りロープの中心線と二つの前記下吊りロープの中心線は同一の平面に位置して設置され、
    前記近側壁にサイドカメラとレーザー変位センサが設置され、ここで、前記サイドカメラは、前記巻上げ機を巻き取る過程での前記原土の上面部分の変形を捕捉するために用いられ、前記レーザー変位センサは、前記巻上げ機を巻き取る過程での前記原土の上面部分の変位を捕捉するために用いられ、
    前記模型箱は前壁をさらに有し、前記前壁は透明材料で製造され、前記前壁の前方に、前記原土の側部の変形を捕捉するためのフロントカメラが架設され、
    前記引き上げプレートに二つの下ロープ接続点を有し、二つの前記下ロープ接続点は、前記引き上げプレートの中心線に関して対称的に設置され、二つの前記下吊りロープはそれぞれ二つの前記下ロープ接続点に接続され、
    この試験装置に基づくテスト方法は、
    支持フレームを試験サイトに取り付けるステップＳ１と、
    巻上げ機を前記支持フレームに取り付けるステップＳ２と、
    上吊りロープに力測定機構を取り付け、前記上吊りロープを介して前記引き上げプレートの中心と前記巻上げ機を接続するステップＳ３であって、前記引き上げプレートは二つの下ロープ接続点を有し、二つの下ロープ接続点は、前記引き上げプレートの中心線に関して対称的であるステップＳ３と、
    二つの前記プーリアセンブリの前記固定プーリから対応する前記引き上げプレートの前記下ロープ接続点までの水平距離ｔｃｐを予め設定し、この予め設定された水平距離ｔｃｐに基づいて、前記縦方向スリットが開設され及び前記プーリアセンブリが取り付けられた二つの前記模型箱を試験サイトに置いて位置を決めるステップＳ４と、
    対応する前記模型箱内の各前記アンカープレートの事前埋設深さｈ４、事前引抜角度θ及び前記近側壁の内側壁までの事前埋設水平距離ｔｓｂを予め決定し、前記原土の充填高さｈ３を予め決定し、さらに各前記アンカープレートに対応する前記近側壁の厚さｔｂ、前記固定プーリの中心から前記近側壁までの水平距離ｔｂｃ、前記固定プーリの半径Ｒ、前記模型箱の上縁から前記引き上げプレートの前記下ロープ接続点までの縦方向距離ｈ１、前記模型箱の正味の高さｈ２、及び前記固定プーリの中心から前記模型箱の上縁までの縦方向距離ｈｃ
    Figure 0007276789000022
    ここで、
    θ’＜θ＜９０°の場合、前記下吊りロープは、前記固定プーリを迂回する必要がなく、０°≦θ≦θ’の場合、前記下吊りロープは、前記固定プーリを迂回する必要があるステップＳ５と、
    ステップＳ５で得られたデータに基づいて、前記下吊りロープの長さを計算し、前記下吊りロープが固定プーリを迂回する必要があれば、前記固定プーリの中心から前記模型箱の上縁までの縦方向距離をさらに計算し、前記固定プーリを対応する位置に摺動させて固定するステップＳ６であって、
    下記式によって下吊りロープの長さを計算し、具体的には、
    θ’＜θ＜９０°の場合、前記下吊りロープの長さは、
    Figure 0007276789000023
    前記下吊りロープと固定プーリの下縁の接点から引き上げプレートの下ロープ接続点までの前記下吊りロープの長さは、
    Figure 0007276789000024
    θ＝９０°の場合、前記下吊りロープの長さは、
    Ｌ＝Ｈであり、
    上記式において、
    ｈ１は、前記模型箱の上縁から前記引き上げプレートが前記下吊りロープに接続された下ロープ接続点までの縦方向距離であり、
    ｈ２は、前記模型箱の正味の高さであり、模型箱の底板の厚さを含まず、
    ｈ３は、前記原土の充填高さであり、
    ｈ４は、前記アンカープレートの埋められた深さであり、
    ｈｃは、前記固定プーリの幾何中心から前記模型箱の上縁までの縦方向距離であり、
    Ｈは、前記アンカープレートの中心点から引き上げプレートの下ロープ接続点の位置する水平面までの縦方向距離であり、
    Ｔは、前記引き上げプレートの下ロープ接続点から前記アンカープレートの幾何中心までの水平距離であり、
    ｔａは、前記アンカープレートの厚さであり、
    θは、前記下吊りロープと水平線とのなす角であり、
    θａは、前記固定プーリを使用する場合、この時、前記固定プーリの下方に位置する前記下吊りロープと水平線とのなす角であり、
    θｂは、前記固定プーリを使用する場合、この時、前記固定プーリの上方に位置する前記下吊りロープと水平線とのなす角であり、
    θ’は、前記引き上げプレートの下ロープ接続点、前記アンカープレートの幾何中心及び前記固定プーリと前記下吊りロープの接触点が同一の直線にある時、前記下吊りロープと水平線とのなす角であり、
    ｔｓｂは、前記アンカープレートの幾何中心から前記模型箱の近側壁の内側までの水平距離であり、
    ｔｂは、前記模型箱の前記近側壁の厚さであり、
    ｔｃｐは、前記固定プーリの中心点から前記引き上げプレートの下ロープ接続点までの水平距離であり、
    ｔｂｃは、前記固定プーリの中心から前記模型箱の近側壁の外側面までの水平距離であり、
    Ｒは、前記固定プーリの半径であり、
    ここで、ｈ１、ｈ２、ｔａ、θｂ、ｔｂ、ｔｂｃ、ｔｃｐ、Ｒはいずれも測定によって得られたものであるが、θ、θａ、ｈ３、ｈ４、ｔｓｂは、試験の必要に応じて予め設定されたデータであるステップＳ６と、
    ステップＳ６の計算結果に基づいて、必要な長さの二本の下吊りロープを提供し、二本の下吊りロープと前記模型箱を一対一に対応して設置し、二本の下吊りロープの一端をそれぞれ前記引き上げプレートの二つの前記下ロープ接続点に接続し、他端について、事前引抜角度θと対応する臨界角度θ’との比較結果に基づいて、対応する前記模型箱の鉛直スリットを貫通せずに、対応する前記アンカープレートに直接接続し、又は、前記固定プーリを迂回して前記鉛直スリットを貫通した後に、対応する前記アンカープレートに接続するステップＳ７と、
    原土を模型箱内に充填し、充填高さが前記アンカープレートの事前埋設深さｈ４に等しい場合、事前埋設深さｈ４と事前埋設水平距離ｔｓｂに基づいて、前記アンカープレートを前記原土の表面の指定位置に入れて固定し、そして原土が指定の高さに充填されるまで、原土を模型箱内に充填し続けるステップＳ８と、
    前記模型箱が透明な前壁を有し、各前記模型箱にサイドカメラとレーザー変位センサを取り付け、各前記模型箱の前壁の直前にフロントカメラを架設するステップＳ９と、
    巻上げ機を起動してローディングを行い、前記サイドカメラと前記フロントカメラをオンにし、前記原土の変形を捕捉するステップＳ１０と、
    前記力測定機構によって、試験過程で前記巻上げ機により加えられたけん引力を読み出し、前記下吊りロープが受けた引抜力を計算するステップＳ１１とを含む、ことを特徴とする海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法。
  2. 二つの前記下吊りロープをそれぞれ第一の下吊りロープと第二の下吊りロープとして設定すれば、前記第一の下吊りロープの引抜力Ｆ１と前記第二の下吊りロープの引抜力Ｆ２は、下記式によって算出され、
    前記引き上げプレートが水平に保持されば、
    前記第一の下吊りロープが受けた引抜力Ｆ１が
    Figure 0007276789000025
    前記第一の下吊りロープが左側にあり、前記第二の下吊りロープが右側にあり
    前記引き上げプレートが傾斜し、且つ左側が跳ね上がって右側が傾斜すると、
    前記第一の下吊りロープが受けた引抜力が
    Figure 0007276789000026
    上記式において、
    αは、前記引き上げプレートが傾斜した角度であり、
    Ｆは、前記力測定機構の測定数値であり、
    Ｌｔは、前記引き上げプレートの下ロープ接続点から前記引き上げプレートの中心線までの垂直距離であり、
    ｈｔは、前記引き上げプレートが傾斜した後にその半分の鉛直線での投影距離であり、
    前記第一の下吊りロープが前記固定プーリを迂回しない場合、θ１は、前記第一の下吊りロープと水平線とのなす角であり、前記第一の下吊りロープが前記固定プーリを迂回する場合、θ１は、前記固定プーリの上方に位置する第一の下吊りロープと水平線とのなす角であり、
    前記第二の下吊りロープが前記固定プーリを迂回しない場合、θ２は、前記第二の下吊りロープと水平線とのなす角であり、前記第二の下吊りロープが前記固定プーリを迂回する場合、θ２は、前記固定プーリと前記引き上げプレートとの間に位置する前記第二の下吊りロープと水平線とのなす角であり、
    Ｆは、前記力測定機構によって測定され、Ｌｔ、ｈｔは、測定によって得られ、前記第一の下吊りロープが前記固定プーリを迂回しない場合、θ１は、実験の必要に応じて予め設定された角度であり、前記第一の下吊りロープが前記固定プーリを迂回する場合、θ１は、測定によって得られ、第二の下吊りロープが前記固定プーリを迂回しない場合、θ２は、実験の必要に応じて予め設定された角度であり、第二の下吊りロープが前記固定プーリを迂回する場合、θ２は、測定によって得られる、ことを特徴とする請求項１に記載の海洋パイプラインアンカーグループ作用に基づく引抜力測定試験装置の測定方法。
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