多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置及其试验方法

摘要

本发明公开了一种用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置及其试验方法，该试验装置包括：一顶部开口并装填试验土体的试验箱；一横跨试验箱上方的反力架；两根垂直于反力架顶部横梁固定安装的辅助梁；一安装于试验箱内土体中的多桶基础；一固定安装于反力架一侧立柱上的伺服电动缸；两个分别安装于辅助梁上的垂直方向拉线式位移传感器以及两个上下布置的水平向拉线式位移传感器。通过本发明可获得多桶基础在水平荷载作用下的承载能力，以及多桶基础转动中心的运动轨迹。

说明书

技术领域

本发明涉及工程技术领域，具体涉及一种用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置及其试验方法。

背景技术

桶式基础对水深和地质条件适应性广泛、施工快速、对施工装备要求较低。鉴于桶式基础在运输、施工、承载及成本方面的优越性，目前国外已有多个风电场应用，我国海上风电领域也逐渐开始采用多桶基础。作为海上风电基础结构，多桶基础需要承受风浪流等水平向荷载，极端条件下的水平向荷载可达垂直荷载的60％，因此承受水平向荷载是海上风电领域基础结构的重要特点。水平荷载作用下多桶基础与土体存在复杂的相互作用问题，目前没有统一的计算方法。另一方面，多桶基础在水平荷载下发生转动，其抗倾覆能力与转动中心的位置有关，目前对于转动中心的确定仍在探索中。对于以上问题，开展模型试验是最直观最有效的途径。对此需要设计了一套用于获得多桶基础水平承载力和转动中心位置的试验装置，并提出了转动中心计算方法。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置及其试验方法，可用于试验多桶基础在水平荷载作用下的承载能力，以及多桶基础转动中心的运动轨迹。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的一种用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置包括：

一顶部开口的试验箱，该试验箱内装填试验用土；

一横跨试验箱上方的反力架，两根垂直于反力架顶部横梁固定安装的辅助梁；

一置于试验箱内土体中的多桶基础，该多桶基础包括四个呈阵列排布的负压桶、一下端与四个负压桶的顶部中心焊接的导管架、一焊接于导管架顶部的加载平台，导管架包括若干竖杆和连接若干竖杆的横杆；

一固定横向安装于反力架的一侧立柱上的伺服电动缸，该伺服电动缸的推杆可水平方向左右伸缩；

一沿加载平台的中心线纵向设置并竖直固定于加载平台上的加载板；

两个分别安装于辅助梁上的垂直拉线式位移传感器，该垂直拉线式位移传感器的拉绳垂直向下伸缩，拉绳的拉绳头分别与水平加载方向相平行的两个负压桶的顶部中心连接；以及

两个上下布置的水平拉线式位移传感器，其中上部的水平拉线式位移传感器与加载板的中心高度一致且其拉绳的拉绳头与加载板中心连接，下部的水平拉线式位移传感器与导管架的横杆中心高度一致且其拉绳头与该横杆中心连接。

上述的用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置中反力架为三根工字钢构成门型框架结构。

上述的用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置中两个水平拉线式位移传感器固定安装于反力架的另一侧立柱上。

本发明提供一种用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置的试验方法包括以下步骤：

(1)估算多桶基础的水平承载力，采用单循环连续加载法，每级荷载不大于水平极限承载力估值的1/10，维持30min；

(2)使用伺服电动缸对多桶基础进行水平加载，每级荷载施加后分别按1min、3min、5min、10min、15min、20min、25min、30min测读水平拉线式位移传感器和垂直拉线式位移传感器的值；

(3)当负压桶的顶部最大水平位移值达到负压桶直径的3％～6％或多桶基础水平位移增大而电动缸负载值不变或减小时，试验结束。

上述用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置的试验方法中第i级水平荷载下多桶基础转动中心与水平加载方向上位于前侧负压桶中心的水平距离为x

其中:S

上述用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置的试验方法中第i级水平荷载下多桶基础转动中心与多桶基础导管架的横杆的竖直距离为y

其中:S

本发明可获得多桶基础在水平荷载作用下的承载能力，以及多桶基础转动中心的运动轨迹。

附图说明

图1是本发明用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置的结构示意图；

图2是本发明的多桶基础的结构示意图；

图3是本发明的多桶基础试验状态图(虚线为加载后)；

图4是水平荷载下本发明的多桶基础位移计算示意图；

图5是水平荷载下本发明的多桶基础转动中心计算示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步说明。

请参阅图1～2，图中示出了本发明的一种用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置包括：

一顶部开口的试验箱1，该试验箱1内部装填实验用土11；

一横跨试验箱1上方的反力架2，本实施例中，反力架2为由三根工字钢构成的门型框架结构；

两根纵向设置垂直于反力架2的顶部横梁固定安装的辅助梁3；

一置于试验箱1内的多桶基础4，该多桶基础4包括一水平设置的加载平台41、一用以支撑加载平台41底部的导管架42和四个呈阵列排布的负压桶43，导管架42的下端与负压桶43顶部中心焊接，两个同向设置的负压桶43位于同一根辅助梁3的垂直下方；本实施例中，导管架42由四根竖杆和四根横杆构成；

一沿加载平台41的中心线纵向设置并与之垂直固定安装的加载板44；

一固定安装于反力架2的一侧立柱上的伺服电动缸5，该伺服电动缸3的推杆水平方向向左伸缩对加载板44加载，该电动缸5水平加载方向与加载板44垂直；

两个分别安装于两根辅助梁3上并分别位于两个负压桶43垂直上方的垂直拉线式位移传感器6，该垂直拉线式位移传感器6的拉绳垂直向下伸缩并分别与伺服电动缸5水平加载方向相平行的两个负压桶43的顶部中心连接；以及

两个上下布置的水平拉线式位移传感器7，其中位于上方的水平拉线式位移传感器7与加载板44的中心高度一致且其拉绳的拉绳头与加载板44的中心连接；位于下方水平拉线式位移传感器7的拉绳与导管架42的横杆中心高度一致且其拉绳头与其连接。

参见图3-5，本发明用于多桶基础水平承载力和转动中心的试验装置的试验方法，包括以下步骤：

(1)估算多桶基础4的水平承载力，采用单循环连续加载法，每级荷载不大于水平极限承载力估值的1/10，维持30min；

(2)伺服电动缸5对多桶基础4水平加载，每级荷载施加后分别按1min、3min、5min、10min、15min、20min、25min、30min测读水平拉线式位移传感器和垂直拉线式位移传感器的值；

(3)当负压桶43顶部最大水平位移值x达到负压桶43的直径的3％～6％，或多桶基础4水平位移增大而电动缸5的负载值不变或减小时，试验结束；

参见图4，第i级水平荷载下多桶基础4转动中心与水平加载方向前侧负压桶43(即图3中左侧负压桶43)中心的水平距离为x

其中，S

参见图5，第i级水平荷载下多桶基础4转动中心与多桶基础4的导管架42横杆的竖直距离为y

其中，S

试验过程中，持续记录伺服电动缸5水平荷载值、水平拉线式位移传感器7和垂直拉线式位移传感器6的位移值，即可获得水平荷载-水平位移曲线(即F-S曲线)，并计算获得转动中心运动轨迹。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。