[发明专利]模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程技术、海洋土力学及海洋基础工程技术，尤其是一种模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统。

背景技术

板锚作为一种新型深海工程结构的系泊基础(包括拖曳式板锚、新型法向承力锚、吸力贯入式板锚)，需嵌入海床土中一定深度以提供抗拔承载性能。其承载力可以达到锚自身重量的100倍以上，同时具有材料省、易操作、易存储、可回收和重复使用等优点，在大型浮式海洋平台、浮式海上风电场等的系泊定位上受到广泛关注。

由于处于海洋环境条件极其复杂和恶劣的海域，板锚及其周围的海洋土不可避免地会直接或间接地受到由风、浪、流等导致的循环拉拔作用。海洋土在循环载荷作用下，其动力特性将会产生一系列的演变，势必会引起板锚的承载性能的巨大变化。因此，板锚在循环载荷下的极限承载性能将决定着板锚的设计及其整个寿命过程。

对循环载荷下极限承载性能的合理评估，需要对板锚的循环拉拔过程进行合理模拟，以期获得板锚及其周围海洋土的动力响应。目前针对板锚循环承载特性的试验研究，仅有少量常规模型试验和离心机试验，且存在以下关键性问题：(1)循环载荷的幅值难以维持恒定；(2)难以获得循环拉拔过程中板锚周围土体的孔隙水压；(3)板锚及其周围土体的破坏过程无法直接观测等。

发明内容

本发明提供一种模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，用于克服现有技术中的缺陷，有效控制循环载荷的幅值、获得循环拉拔过程中板锚周围土体的孔隙水压，直接观测板锚及其周围土体的破坏过程，对循环载荷下板锚的极限承载性能进行合理评估。

本发明提供一种模拟循环载荷下板锚极限动承载力的测试系统，包括：

板锚模型，包括上面板、下面板、锚胫，其中所述上面板与下面板之间可拆卸连接；所述上面板和下面板埋设于床面下；

用于将所述板锚模型的锚胫限定为垂直于所述床面移动的十字支撑架，固定在土槽上，所述锚胫连接上面板与所述十字支撑架；

循环载荷加载装置，用于向露出所述床面上方的水面的所述锚胫施加循环载荷，包括：

传动装置，将电机输入的匀速转动转换为模拟正弦的往复转动；输入端与电机主轴连接，输出端与位移载荷转化装置连接；

所述位移载荷转化装置，将上述往复转动转化为指定常荷载与模拟正弦荷载叠加的循环荷载；包括线筒、加载弹簧以及配重块；所述线筒中心轴与所述传动装置输出端连接；所述配重块通过绳索绕设在线筒上；所述加载弹簧一端通过绳索绕设在所述线筒上，另一端连接在所述锚胫上；

位移修正装置，用于根据所述板锚模型的位移调整绳索的长度，使得循环载荷不因多周期的累积板锚模型位移而发生衰减；包括单向轴承，所述线筒包括所述线筒中心轴和套设于所述线筒中心轴上的外筒，所述单向轴承设置在所述线筒中心轴与外筒之间；

测量装置，包括用于测量施加在所述板锚模型上循环载荷拉力的拉力传感器、用于测量所述板锚模型在垂直床面方向位移的激光位移传感器、用于测量所述板锚模型在循环载荷下上面板与下面板之间孔隙压力变化的孔压传感器和用于对上述传感器的工作进行同步触发和采集传输的多通道数据同步采集系统。

其中，所述传动装置包括第一传动装置和第二传动装置，其中，所述第一传动装置将输入的匀速转动转换为往复平动；第二传动装置将输入的往复平动转换为往复转动。

进一步地：

所述第一传动装置包括曲柄盘、连杆和滑块；

所述曲柄盘中心与所述电机主轴固定连接；

所述曲柄盘上设置有至少一个轴孔；

所述连杆一端与所述第二传动装置输入端铰接，另一端与所述轴孔铰接；

所述滑块固定在所述第二传动装置输入端；

在固定于土槽的机架上设有水平直线导轨，所述滑块能在所述水平直线导轨上滑动。

更进一步地：

所述第二传动装置包括齿条和齿轮；

所述齿条一端与所述连杆一端连接，所述齿条与所述齿轮啮合；

所述齿轮的中心轴与所述线筒中心轴传动连接或固定连接；

所述滑块底部具有与所述水平直线导轨配合的滑槽，所述滑块顶部与所述齿条底部连接。

特别是：

连接在所述线筒与加载弹簧之间的绳索缠绕在至少一个定滑轮上。

其中：

所述拉力传感器设置在连接所述加载弹簧与板锚之间的绳索上；

所述激光位移传感器设置在所述土槽上；

所述孔压传感器设置在所述上面板与下面板之间。

特别是：