[发明专利]一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置及使用方法

权利要求书

1.一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置，其特征在于，该装置包括波流水槽，所述波流水槽里面具有一个沉砂池，所述沉砂池中安装有海上风机缩尺简化模型，所述海上风机缩尺简化模型上的指定加载点处设置有抱箍；所述波流水槽的护栏上通过支撑支架安装有水平循环荷载施加装置，所述水平循环荷载施加装置的加载杆通过弹簧连接所述抱箍；所述指定加载点的位置设置在海上风机缩尺简化模型上距离波流水槽的沉砂池泥面的高度为y处，且y通过以下公式计算得到：

P＝P₁+P₂+P₃

其中，P₁为风机叶片旋转产生荷载，P₂为塔身受到的风荷载，P₃为波流水槽的波流对海上风机缩尺简化模型产生的冲击力，P为水平循环荷载施加装置产生的正弦波形式的循环力，y₁、y₂、y₃分别为P₁、P₂、P₃各自从施加位置到沉砂池泥面的垂直距离。

2.根据权利要求1所述的一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置，其特征在于，所述抱箍、弹簧、加载杆处于同一水平线上。

3.根据权利要求1或2所述的一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置，其特征在于，所述水平循环荷载施加装置具体包括水平支撑框，所述水平支撑框的四角栓孔处安装螺栓并使用万用夹与波流水槽的护栏固定，竖向支撑框与水平支撑框焊接固定，在竖向支撑框两侧均有等间距螺栓限位孔，平台钢板通过其四角的螺栓与竖向支撑框两侧的螺栓限位孔连接，加载电机通过固定螺栓安装在平台钢板上并与旋转曲柄连接；旋转曲柄上设置有滑槽，匀胶连杆的一端通过转轴安装在所述滑槽中，另一端与所述加载杆可转动连接，加载杆通过安装在平台钢板上的导向管保证加载杆为水平伸缩运动。

4.根据权利要求1或2所述的一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置，其特征在于，所述加载杆末端安装力传感器，力传感器通过钢丝连接所述弹簧。

5.根据权利要求1或2所述的一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置，其特征在于，所述海上风机缩尺简化模型包括单桩基础模型，所述单桩基础模型上部通过法兰连接风机模型塔身，所述风机模型塔身顶部设置有上部结构质量块，所述风机模型塔身的指定加载点的位置设置抱箍。

6.权利要求1-5之一所述的一种耦合冲刷过程的长期循环荷载加载装置的使用方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1.首先针对所要模拟的具体工程环境，根据风机相似比确定模型尺寸、质量、土性参数、水力条件相关的物理指标后将风机模型安置在实验土中，整平土面；

S2.安装后实测模型自振频率，根据模型与原型无量纲频率相似的要求确定对模型力的加载频率；实测极限倾覆弯矩以确定施加循环荷载幅值，并保证模型与原型加载力幅值相似；

S3.将力传感器与弹簧连接并接在加载杆上，在波流水槽外预先测试拉力幅值是否满足要求，测试完后断开弹簧与力传感器的连接，将支撑支架放置在水槽护栏上并固定，调节加载杆初始位置，确保加载时完全施加拉力，将加载电机固定在平台钢板上，确保旋转曲柄正常运作；

S4.调整抱箍及平台钢板位置，使加载杆对准指定的加载点；用钢丝将抱箍与弹簧相连，随后将力传感器重新与弹簧相连，连接时钢丝绳需保持张拉状态且弹簧为初始状态，安装完成后微调加载电机位置确保导向管、弹簧、加载杆及钢丝处在一条水平线上且力传感器示数为0.1N，以确保加载力能直接传递到结构上；

S5.在风机模型的上游水槽护栏放置安装架并配置激光位移计，在模型上部质量块上安装加速度传感器，分别用于监测单桩模型累积桩身位移、转角及采集上部结构加速度；

S6.所有设备安装连接完毕，测试激光位移计、加速度传感器是否工作正常，开启波流水槽造波造流功能模拟冲刷条件，待水槽实现稳定造波造流后，开启加载电机电源，水平循环荷载施加装置向单桩模型施加模拟循环荷载，用于进行长期循环荷载与冲刷演化过程耦合的缩尺模型试验。