[发明专利]一种模拟锚桩系统多向耦合循环加载的试验装置

说明书

本发明涉及一种模拟锚桩系统多向耦合循环加载的试验装置，包括埋在模型箱内的模型桩、反力架、静力平衡单元、动力循环单元、直径导轨、平衡配重拉线、水平加载拉线和斜向加载拉线；平衡配重拉线与动力循环单元相连，用于平衡动力循环单元的重力；平衡配重拉线与模型桩相连，用于为模型桩提供竖向静力荷载或斜向静力荷载；静力平衡单元还通过水平加载拉线与模型桩相连，用于为模型桩提供水平荷载；动力循环单元通过斜向加载拉线与模型桩相连，用于为模型桩提供循环荷载。与现有技术相比，本发明具有适用范围广、模拟精度高、体积小等优点。

技术领域

本发明涉及模型试验中静力和动力循环加载装置，尤其是涉及一种模拟锚桩系统多向耦合循环加载的试验装置。

背景技术

近年来，面对日益严峻的环境问题和资源问题，世界各国都在寻求更加安全、清洁、可再生的能源。我国能源消耗中传统化石能源占比较大，能源利用效率低，浪费和污染大，因此发展新型清洁型能源尤为迫切。近二十年来，风电机组在全世界发展迅速，中国已经成为全世界风电装机容量最大的国家，其中建设海洋风电工程能充分利用丰富的风能资源。风电工程已经从陆地向浅海、由浅海向深海发展，目前漂浮式风电机组的相关研究正在如火如荼地开展。

漂浮式风电机组按照结构形式主要分为：桅杆式、半潜式和张力腿式，三种基础形式都需要锚泊基础以维持结构的稳定性。在复杂的海洋环境中，体型庞大的风电机组需要承受风和海浪耦合形成的长期循环荷载，因此对于漂浮式风电机组的基础工程提出了很高的要求。

因此，找到合理的方法研究多向耦合循环荷载作用下，风电基础的承载力和累积变形，对工程建设具有重大意义。参考固定式海洋风机和海洋石油开采平台的基础形式，LeBlanc等(2010)和Muhanmad等(2016)研制了两种不同的单桩长期水平循环加载设备，Yeong-Hoon等(2017)研制了吸力桶式锚泊基础的竖向长期竖向循环加载设备，但以上设备均只能在水平或竖向单一方向进行循环加载，锚桩基础承受竖向浮力和水平波浪力耦合循环荷载作用，单一方向加载无法真实模拟海洋环境中基础的受力情况。而且两类装置均只能进行特定试验，通用性较差，适用范围窄。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用范围广、模拟精度高、体积小的模拟锚桩系统多向耦合循环加载的试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种模拟锚桩系统多向耦合循环加载的试验装置，包括埋在模型箱内的模型桩、反力架、静力平衡单元、动力循环单元、直径导轨、平衡配重拉线、水平加载拉线和斜向加载拉线；所述的反力架安装在模型箱的顶部；所述的直径导轨通过水平横梁安装在反力架的顶部；所述的反力架和直径导轨上均设有用于固定拉线的滑轮；所述的平衡配重拉线一端与静力平衡单元相连，另一端与动力循环单元或模型桩相连；

所述的平衡配重拉线与动力循环单元相连，用于平衡动力循环单元的重力；所述的平衡配重拉线与模型桩相连，用于为模型桩提供竖向静力荷载或斜向静力荷载；

所述的静力平衡单元还通过水平加载拉线与模型桩相连，用于为模型桩提供水平荷载；

所述的动力循环单元通过斜向加载拉线与模型桩相连，用于为模型桩提供循环荷载。

优选地，所述的反力架包括安装在模型箱顶部的竖向框架、用于加固竖向框架的底部横梁和顶部横梁以及两根固定角钢；所述的模型桩安装在两根固定角钢之间，可以沿竖向运动；所述的直径导轨通过水平横梁与顶部横梁固定连接。

更加优选地，所述的固定角钢上设有位移监测传感器，该传感器包括竖向位移监测传感器和水平向位移监测传感器。