模擬循環(huán)載荷下板錨極限動(dòng)承載力的測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)、海洋土力學(xué)及海洋基礎(chǔ)工程技術(shù)，尤其是一種模擬循環(huán)載荷下板錨極限動(dòng)承載力的測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]板錨作為一種新型深海工程結(jié)構(gòu)的系泊基礎(chǔ)(包括拖曳式板錨、新型法向承力錨、吸力貫入式板錨)，需嵌入海床土中一定深度以提供抗拔承載性能。其承載力可以達(dá)到錨自身重量的100倍以上，同時(shí)具有材料省、易操作、易存儲(chǔ)、可回收和重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，在大型浮式海洋平臺(tái)、浮式海上風(fēng)電場(chǎng)等的系泊定位上受到廣泛關(guān)注。
[0003]由于處于海洋環(huán)境條件極其復(fù)雜和惡劣的海域，板錨及其周圍的海洋土不可避免地會(huì)直接或間接地受到由風(fēng)、浪、流等導(dǎo)致的循環(huán)拉拔作用。海洋土在循環(huán)載荷作用下，其動(dòng)力特性將會(huì)產(chǎn)生一系列的演變，勢(shì)必會(huì)引起板錨的承載性能的巨大變化。因此，板錨在循環(huán)載荷下的極限承載性能將決定著板錨的設(shè)計(jì)及其整個(gè)壽命過程。
[0004]對(duì)循環(huán)載荷下極限承載性能的合理評(píng)估，需要對(duì)板錨的循環(huán)拉拔過程進(jìn)行合理模擬，以期獲得板錨及其周圍海洋土的動(dòng)力響應(yīng)。目前針對(duì)板錨循環(huán)承載特性的試驗(yàn)研宄，僅有少量常規(guī)模型試驗(yàn)和離心機(jī)試驗(yàn)，且存在以下關(guān)鍵性問題:(I)循環(huán)載荷的幅值難以維持恒定；(2)難以獲得循環(huán)拉拔過程中板錨周圍土體的孔隙水壓；(3)板錨及其周圍土體的破壞過程無法直接觀測(cè)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種模擬循環(huán)載荷下板錨極限動(dòng)承載力的測(cè)試系統(tǒng)，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，有效控制循環(huán)載荷的幅值、獲得循環(huán)拉拔過程中板錨周圍土體的孔隙水壓，直接觀測(cè)板錨及其周圍土體的破壞過程，對(duì)循環(huán)載荷下板錨的極限承載性能進(jìn)行合理評(píng)估。
[0006]本發(fā)明提供一種模擬循環(huán)載荷下板錨極限動(dòng)承載力的測(cè)試系統(tǒng)，包括:
[0007]板錨模型，包括上面板、下面板、錨脛，其中所述上面板與下面板之間可拆卸連接；所述上面板和下面板埋設(shè)于床面下；
[0008]用于將所述板錨模型的錨脛限定為垂直于所述床面移動(dòng)的十字支撐架，固定在土槽上，所述錨脛連接上面板與所述十字支撐架；
[0009]循環(huán)載荷加載裝置，用于向露出所述床面上方的水面的所述錨脛施加循環(huán)載荷，包括:
[0010]傳動(dòng)裝置，將電機(jī)輸入的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為模擬正弦的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)；輸入端與電機(jī)主軸連接，輸出端與位移載荷轉(zhuǎn)化裝置連接；
[0011]所述位移載荷轉(zhuǎn)化裝置，將上述往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為指定常荷載與模擬正弦荷載疊加的循環(huán)荷載；包括線筒、加載彈簧以及配重塊；所述線筒中心軸與所述傳動(dòng)裝置輸出端連接；所述配重塊通過繩索繞設(shè)在線筒上；所述加載彈簧一端通過繩索繞設(shè)在所述線筒上，另一端連接在所述錨脛上；
[0012]位移修正裝置，用于根據(jù)所述板錨模型的位移調(diào)整繩索的長(zhǎng)度，使得循環(huán)載荷不因多周期的累積板錨模型位移而發(fā)生衰減；包括單向軸承，所述線筒包括所述線筒中心軸和套設(shè)于所述線筒中心軸上的外筒，所述單向軸承設(shè)置在所述線筒中心軸與外筒之間；
[0013]測(cè)量裝置，包括用于測(cè)量施加在所述板錨模型上循環(huán)載荷拉力的拉力傳感器、用于測(cè)量所述板錨模型在垂直床面方向位移的激光位移傳感器、用于測(cè)量所述板錨模型在循環(huán)載荷下上面板與下面板之間孔隙壓力變化的孔壓傳感器和用于對(duì)上述傳感器的工作進(jìn)行同步觸發(fā)和采集傳輸?shù)亩嗤ǖ罃?shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)。
[0014]其中，所述傳動(dòng)裝置包括第一傳動(dòng)裝置和第二傳動(dòng)裝置，其中，所述第一傳動(dòng)裝置將輸入的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)平動(dòng)；第二傳動(dòng)裝置將輸入的往復(fù)平動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0015]進(jìn)一步地:
[0016]所述第一傳動(dòng)裝置包括曲柄盤、連桿和滑塊；
[0017]所述曲柄盤中心與所述電機(jī)主軸固定連接；
[0018]所述曲柄盤上設(shè)置有至少一個(gè)軸孔；
[0019]所述連桿一端與所述第二傳動(dòng)裝置輸入端鉸接，另一端與所述軸孔鉸接；
[0020]所述滑塊固定在所述第二傳動(dòng)裝置輸入端；
[0021]在固定于土槽的機(jī)架上設(shè)有水平直線導(dǎo)軌，所述滑塊能在所述水平直線導(dǎo)軌上滑動(dòng)。
[0022]更進(jìn)一步地:
[0023]所述第二傳動(dòng)裝置包括齒條和齒輪；
[0024]所述齒條一端與所述連桿一端連接，所述齒條與所述齒輪嚙合；
[0025]所述齒輪的中心軸與所述線筒中心軸傳動(dòng)連接或固定連接；
[0026]所述滑塊底部具有與所述水平直線導(dǎo)軌配合的滑槽，所述滑塊頂部與所述齒條底部連接。
[0027]特別是:
[0028]連接在所述線筒與加載彈簧之間的繩索纏繞在至少一個(gè)定滑輪上。
[0029]其中:
[0030]所述拉力傳感器設(shè)置在連接所述加載彈簧與板錨之間的繩索上；
[0031 ] 所述激光位移傳感器設(shè)置在所述土槽上；
[0032]所述孔壓傳感器設(shè)置在所述上面板與下面板之間。
[0033]特別是:
[0034]還包括供所述傳感器穿線的引線柱；引線柱設(shè)置在所述上面板上；
[0035]所述十字支撐架包括立管和呈十字交叉設(shè)置在所述立管周圍的十字架，所述引線柱設(shè)于所述立管內(nèi)，且與所述立管之間具有間隙；
[0036]所述錨脛穿過所述上面板的四個(gè)角分別與所述十字架的四個(gè)端點(diǎn)連接后均連接在所述循環(huán)載荷加載裝置上。
[0037]本發(fā)明提供的模擬循環(huán)載荷下板錨極限動(dòng)承載力的測(cè)試系統(tǒng)，通過循環(huán)載荷加載裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)給定埋深的板錨模型，施加給定大小預(yù)張力以及可控載荷幅值和頻率的循環(huán)加載，模擬循環(huán)拉拔過程中的板錨與土體動(dòng)力相互作用并確定板錨的動(dòng)極限承載力，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，能有效控制循環(huán)載荷的幅值、獲得循環(huán)拉拔過程中板錨周圍土體的孔隙水壓，便于直接觀測(cè)板錨及其周圍土體的破壞過程，對(duì)循環(huán)載荷下板錨的極限承載性能進(jìn)行合理評(píng)估。
【附圖說明】
[0038]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的模擬循環(huán)載荷下板錨極限動(dòng)承載力的測(cè)試系統(tǒng)的主視圖；
[0039]圖2為圖1的俯視圖；
[0040]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中循環(huán)載荷加載裝置的主視圖；
[0041]圖4為圖3的俯視圖；
[0042]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中板錨模型的剖視圖；
[0043]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中上面板的俯視圖；
[0044]圖7為圖6中沿A-A向剖視圖；
[0045]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中下面板的俯視圖；
[0046]圖9為圖6中沿B-B向剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]如圖1-9所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種模擬循環(huán)載荷下板錨極限動(dòng)承載力的測(cè)試系統(tǒng)，包括:板錨模型1、用于將板錨模型的錨脛限定為垂直于床面移動(dòng)的十字支撐架2、循環(huán)載荷加載裝置3和測(cè)量裝置；
[0048]參見圖5-9，板錨模型I，包括上面板11、下面板12、錨脛13，其中上面板11與下面板12之間可拆卸連接；上面板11和下面板12埋設(shè)于床面20下；
[0049]參見圖1、圖2，用于將板錨模型限定為垂直于床面20移動(dòng)的十字支撐架2，固定在土槽10上，錨脛13連接上面板11與十字支撐架2 ;
[0050]參見圖3、圖4，循環(huán)載荷加載裝置3，用于向露出床面20上方的水面30的錨脛13施加循環(huán)載荷，包括傳動(dòng)裝置31、位移載荷轉(zhuǎn)化裝置32和位移修正裝置33 ;
[0051]傳動(dòng)裝置31，將電機(jī)31c輸入的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為模擬正弦的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)；輸入端與電機(jī)31c主軸