[发明专利]一种扩底桩基础的耦合加载模型试验装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种扩底桩基础的耦合加载模型试验装置及使用方法。一种扩底桩基础的耦合加载模型试验装置将竖向推进力传递到竖向加载底板，竖向加载底板向扩底基桩提供竖向的推进力，从而模拟竖向自重；通过液压缸向扩底基桩提供水平推进力，通过拉压力传感器传回的压力数据与控制系统指令联合控制输出荷载大小，从而模拟随机风载作用。本发明适用范围广，自动化程度高，可精确控制，能够实现风电扩底桩基础在随机风载和竖向自重耦合加载下的模拟试验，能精准实现随机风载与竖向自重的控制，可以在不同特性的基土中进行在不同风速的随机荷载作用下扩底桩基础的模拟。

技术领域

本发明属于试验装置领域，具体涉及一种扩底桩基础的耦合加载模型试验装置及使用方法。

背景技术

我国的陆地风电场广泛分布于“三北”地区，该些地区的土层以湿陷性黄土为主，扩底桩基础具有承载力高、能消除湿陷性等优点，是黄土地区风电工程的基础型式之一。

在正常服役期内，风电扩底桩基础不仅承受上部结构竖向自重作用，还将承受水平风载作用，传统的荷载工况分别考虑，再按照小变形叠加原理分析风电扩底桩基础承载变形性状，将导致不安全或者设计浪费。因此，有必要考虑竖向自重与水平风载耦合加载工况进行风电扩底桩基础静动力特性的研究。

试验是研究复杂荷载作用下桩基础静动力特性的最直接手段，而研制竖向自重与水平风载耦合加载装置是有效开展该工况下风电扩底桩基础动力特性研究的前提。目前的试验装置尽管可以实现竖向与水平静力组合加载，但存在竖向加载机构与水平加载机构之间相互约束的问题，也就是两个方向的加载常相互影响，导致试验分析结果存在误差。更为重要的是，水平风载具有典型的周期性、脉动性，现有装置仅简单地施加竖向自重与水平静力或者循环荷载组合加载不能反映实际工程中风电扩底桩基础长期承受的竖向自重与水平风载的耦合加载工况，具有明显的局限性。

针对风电扩底桩基础所承受的耦合加载工况，需要结合室内模型试验进行分析，其中的关键技术是如何模拟竖向自重与水平风载耦合加载作用。

发明内容

为解决风电扩底桩基础所承受的竖向自重与水平静力或者循环荷载耦合加载工况的分析问题，提供一种扩底桩基础的耦合加载模型试验装置及使用方法。

一种扩底桩基础的耦合加载模型试验装置，包括两个支架，两个支架分别固定在模型箱顶端两侧，支架之间横置支架横梁，支架横梁的两端分别固定在两个支架上；

支架横梁下方悬吊竖向加载顶板，竖向加载顶板相对支架横梁能上下移动，竖向加载顶板下方固定悬吊竖向加载底板，竖向加载底板的底面和牛眼万滑轮接触，牛眼万滑轮在风电模型塔筒的顶部；

支架横梁侧面固定扁钢带的一端，扁钢带里侧安装第一定滑轮，在支架外侧固定第二定滑轮，在竖向加载顶板的底面固定竖向加载装置的一端，竖向加载装置绕过第一定滑轮和第二定滑轮，竖向加载装置的另一端置于支架外侧；

在支架里侧固定液压缸，在液压缸内设置作动杆一端，作动杆的另一端连接拉压力传感器的一端，拉压力传感器的另一端安装连接杆的一端，连接杆的另一端固定在风电模型塔筒的轴面上，拉压力传感器与控制系统连接；

风电模型塔筒的底部置于模型箱内，风电模型塔筒底部与基础承台固定连接，基础承台底部固定扩底基桩。

支架横梁和竖向加载顶板用若干滑杆连接，滑杆的一端固定在支架横梁上，竖向加载顶板能在滑杆上滑动。

竖向加载底板和竖向加载顶板用若干立杆固定连接。

在竖向加载顶板的底面固定钢丝绳的一端，钢丝绳绕过第一定滑轮和第二定滑轮，钢丝绳的另一端连接托盘，托盘用来盛放砝码。

两个支架之间横置可调节反力架，可调节反力架的两端分别固定在两个支架上。

第一定滑轮的底端与第二定滑轮的顶端处于同一水平线。