[发明专利]一种V-H复合承载力模型试验加载设备及方法

说明书

本发明公开了一种V‑H复合承载力模型试验加载设备及方法，该试验加载设备包括水平向加载系统、竖向加载系统、转换体系、传感器和底板，本发明解决了现有海工基础模型试验中竖向和水平向联合加载的难题，具有如下优点：(1)便利性：结构简单，操作方便，节省人力；(2)适用范围广：适用于大部分海洋重力式、吸力式基础型式，大大降低了模型试验研究基础V‑H复合承载力的难度。(3)重复性高：可多次重复用于基础的复合加载试验。(4)灵活性大：不仅可以较好的实现竖向和水平向荷载的联合施加，还可以单独进行竖向或水平向荷载的施加，应用较为灵活。

技术领域

本发明属于海洋基础工程技术领域，具体来说涉及一种V-H复合承载力模型试验加载设备及方法。

背景技术

海上油气资源较为丰富，随着经济的迅速发展，大规模开发海上油气资源已成必然趋势，各种钻井、采油和存储等平台也应运而生。此外，经济社会的发展对清洁能源的需求也日趋高涨，推动海上风能等清洁能源的开发迎来新的热潮。无论是各种海洋平台，还是海上风机，为了应对服役期间复杂的海洋环境，基础的设计尤为重要，而承载力是基础设计最基本的问题。

模型试验是研究基础承载力非常重要的一种手段。对于基础单向承载力研究，现有的技术已经非常成熟。但是针对基础在V-H(竖向-水平向)复合荷载作用下的承载力研究还主要依靠数值和理论分析的方法，试验中少有研究。究其原因，主要在于试验中实现V-H联合加载不仅复杂，而且困难。目前获得V-H复合承载力的思路主要有两种，一种是常位移比法，另一种是Swipe方法。常位移比可以搜寻任意荷载空间里地基的加载路径，通过多条加载路径来确定相应荷载空间里地基承载力包络线；Swipe方法可以在荷载空间中直接搜寻地基承载力包络线的大致形状，加荷模式简单。但无论何种方法均涉及到竖向和水平向荷载的联合施加。

现有的加载设备虽然也能够实现竖向和水平向联合加载功能，但往往因为尺寸较大无法匹配试验槽和试验模型、造价过高等问题无法应用于海工基础复合承载力模型试验。因此，海工基础模型试验领域亟需一种造价低、设计合理的联合加载设备，便于开展基础V-H复合承载力模型试验研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种V-H复合承载力模型试验加载设备解决现有海工基础模型试验中竖向和水平向联合加载的难题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种V-H复合承载力模型试验加载设备，包括水平向加载系统、竖向加载系统、转换体系、传感器和底板；

所述水平向加载系统包括滑轨、滑轨板、滑块、水平连接头和限位块；所述滑轨设置有两条，平行固定在滑轨板上；所述滑块顶部焊接有加载板，滑块设置有销钉，拧紧销钉，滑块固定在滑轨上，松动销钉，滑块可以顺畅的在滑轨上滑动；所述水平连接头焊接在滑轨一端，水平连接头底端与滑轨板底面齐平；所述限位块为长方体钢块，焊接在两滑轨之间的另一端；

所述竖向加载系统由加载杆、加载板和支撑板组成；所述加载杆焊接在加载板的中心位置；所述支撑板将水平向加载系统中的滑轨板与转换体系中的加载板焊接连接；

所述转换体系包括转轴、加载板和固定丝杆；所述转轴由轴承和耳板连接而成，耳板两两一组焊接在上、下两块加载板上；所述固定丝杆穿过转换体系上、下加载板的螺栓孔分布在加载板的四角，并通过螺帽将上、下加载板架立固定；

所述传感器为多向力传感器，能同时测得水平和竖向荷载，可根据需求在市场上采购；

所述底板为方形薄钢板，其上呈四方形开设两圈螺栓孔，内侧螺栓孔用于与传感器相连，外侧螺栓孔用于与基础顶板相连。

在上述技术方案中，利用螺栓将竖向加载系统和水平向加载系统的加载板相连；将支撑板的两端分别焊接在水平加载系统的滑轨板和转换体系的上加载板上，从而将水平加载系统与转换体系相连；传感器上侧通过螺栓固定在转换体系的下加载板上，下侧固定在底板上；底板则通过螺栓与基础相连。