一种模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置的制作方法

本技术涉及钢圆筒试验，尤其涉及一种模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置。

背景技术：

1、大直径钢圆筒结构具有施工简便、稳定性强等优势，现成为岛礁与海上结构物建设的一种主要结构，但其沉放设备和工艺直接制约着该结构的应用前景和发展方向，所以研究钢圆筒基础在分层土壤中、不同工况荷载下的贯入、承载和破坏规律，将对海洋工程学科及岩土工程学科具有十分重要的理论意义和实际工程应用价值。

2、由于钢圆筒基础的直径通常很大，开展全尺寸实验在成本和场地上存在极大困难，故通常采用缩尺模型试验方法来研究钢圆筒基础在分层土壤中、不同工况荷载下的贯入、承载和破坏规律。现阶段所述的缩尺模型试验通常采用一套电伺服机构进行加载，相关技术人员通过不同埋深比对钢圆筒防波堤结构抗震稳定性影响研究，研制出了两种不同基于电伺服加载设备的钢圆筒竖向循环加载试验装置，但其电伺服机构有如下缺点：

3、1、加载设备费用昂贵，单台设备费用达数十万元至数千万元不等，试验费用高昂；

4、2、加载频率受限，实际工况中的振动荷载往往可达数十hz，但电伺服机构往往难以施加超过5hz的振动荷载；

5、3、难以满足个性化试验的要求，大多数电伺服或液压伺服加载系统所施加的荷载较大，一般以kn为度量单位，加载精度难以满足小模型试验的要求；

6、4、受限于加载系统的特性，一部电伺服设备往往只能进行单点加载，但钢圆筒基础振沉往往需要数个加载点，从而使试验的研究内容受限。

7、为了解决上述问题，中国发明申请公开号为cn110954417b的专利，公开了一种模拟锚桩系统多向耦合循环加载的试验装置，该装置采用三组砝码和一部调速电机对基础模型进行加载，但其加载局限于基础模型顶端的固定加载点，无法模拟实际工程中多部振动锤联合作用的工况，也无法施加偏心竖向荷载，因此使得该装置的适用范围受限。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，以解决现有技术中钢圆筒竖向循环加载试验装置无法施加偏心竖向荷载的问题。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其包括，龙门架；静力平衡单元，所述静力平衡单元滑动设置于所述龙门架；循环加载单元，所述循环加载单元包括滑动设置于所述龙门架并与所述静力平衡单元连接的动力设备支架、安装于所述动力设备支架的偏心旋转加载装置、与所述偏心旋转加载装置连接的传动装置以及与所述传动装置连接的调速电机；荷载分配单元，所述荷载分配单元与所述动力设备支架连接；荷载测量单元，所述荷载测量单元与所述荷载分配单元连接；模型箱，所述模型箱位于所述龙门架下方且其内部设有土体；基础模型，所述基础模型设置于所述模型箱内并与所述荷载测量单元连接。

3、所述静力平衡单元用于为所述循环加载单元进行配重；所述循环加载单元用于为所述基础模型施加偏心竖向荷载；所述荷载分配单元用于将所述循环加载单元施加的荷载均匀分配至所述基础模型；所述荷载测量单元用于测量所述基础模型的各点荷载。

4、更进一步地，所述偏心旋转加载装置包括安装于所述动力支架且质量分布不均匀的两个金属质量块以及分别安装于两个所述金属质量块同侧且相互啮合的两个齿轮；所述传动装置与其中一个齿轮同轴连接。

5、更进一步地，所述荷载分配单元包括连接于所述动力设备支架的上部加载环、直径为上部加载环的1.2倍的下部加载环以及等间距连接于上部加载环和下部加载环的多个气动支撑杆；所述荷载测量单元设置于所述下部加载环。

6、更进一步地，所述上部加载环的材料钢度大于述下部加载环的材料钢度。

7、更进一步地，所述荷载测量单元包括多个等间距设置且两端均伸出加载螺杆的荷载传感器；所述荷载传感器靠近所述荷载分配单元一端的加载螺杆与所述下部加载环连接，所述荷载传感器远离所述荷载分配单元一端的加载螺杆与所述基础模型连接。

8、更进一步地，所述荷载测量单元还包括数量与所述荷载传感器相等且等间距设置的多个三维定位球。

9、更进一步地，所述上部加载环和所述下部加载环均开设有等间距的多个螺纹安装孔，所述上部加载环和所述下部加载环上的所述螺纹安装孔的数量相同；所述动力设备支架通过多个固定螺杆分别与所述上部加载环上的多个所述螺纹安装孔连接，多个所述荷载传感器靠近所述荷载分配单元一侧的加载螺杆分别与所述下部加载环上的多个所述螺纹安装孔连接。

10、更进一步地，所述龙门架包括相互间隔并垂直设置的两个竖向框架、连接两个竖向框架同端的顶部横梁以及滑动设置于所述顶部横梁的两个吊车。

11、更进一步地，所述静力平衡单元包括分别安装于两个所述吊车上的两个滑轮、用于放置砝码的砝码托盘以及一端连接所述砝码托盘另一端穿过两个所述滑轮连接至所述动力设备支架的配重拉线。

12、更进一步地，所述配重拉线的中部区域设置有位移传感器。

13、本实用新型的技术效果在于：通过设计龙门架、静力平衡单元、循环加载单元、荷载分配单元、荷载测量单元、模型箱以及基础模型，并将循环加载设计成包括动力设备支架、偏心旋转加载装置、传动装置以及调速电机，还使循环加载单元用于为基础模型施加偏心竖向荷载，从而可以通过循环加载单元中的偏心旋转加载装置为基础模型提供偏心竖向荷载，以提升模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置的适用范围。

技术特征：

1.一种模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述偏心旋转加载装置包括安装于所述动力设备支架且质量分布不均匀的两个金属质量块以及分别安装于两个所述金属质量块同侧且相互啮合的两个齿轮；所述传动装置与其中一个齿轮同轴连接。

3.根据权利要求1所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述荷载分配单元包括连接于所述动力设备支架的上部加载环、直径为上部加载环的1.2倍的下部加载环以及等间距连接于上部加载环和下部加载环的多个气动支撑杆；所述荷载测量单元设置于所述下部加载环。

4.根据权利要求3所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述上部加载环的材料钢度大于述下部加载环的材料钢度。

5.根据权利要求3所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述荷载测量单元包括多个等间距设置且两端均伸出加载螺杆的荷载传感器；所述荷载传感器靠近所述荷载分配单元一端的加载螺杆与所述下部加载环连接，所述荷载传感器远离所述荷载分配单元一端的加载螺杆与所述基础模型连接。

6.根据权利要求5所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述荷载测量单元还包括数量与所述荷载传感器相等且等间距设置的多个三维定位球。

7.根据权利要求5所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述上部加载环和所述下部加载环均开设有等间距的多个螺纹安装孔，所述上部加载环和所述下部加载环上的所述螺纹安装孔的数量相同；所述动力设备支架通过多个固定螺杆分别与所述上部加载环上的多个所述螺纹安装孔连接，多个所述荷载传感器靠近所述荷载分配单元一侧的加载螺杆分别与所述下部加载环上的多个所述螺纹安装孔连接。

8.根据权利要求1所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述龙门架包括相互间隔并垂直设置的两个竖向框架、连接两个竖向框架同端的顶部横梁以及滑动设置于所述顶部横梁的两个吊车。

9.根据权利要求8所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述静力平衡单元包括分别安装于两个所述吊车上的两个滑轮、用于放置砝码的砝码托盘以及一端连接所述砝码托盘另一端穿过两个所述滑轮连接至所述动力设备支架的配重拉线。

10.根据权利要求9所述的模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其特征在于：所述配重拉线的中部区域设置有位移传感器。

技术总结本技术公开了一种模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置，其包括，龙门架；静力平衡单元，所述静力平衡单元滑动设置于所述龙门架；循环加载单元，所述循环加载单元包括动力设备支架、偏心旋转加载装置、与传动装置以及与调速电机；荷载分配单元，所述荷载分配单元与所述动力设备支架连接；荷载测量单元，所述荷载测量单元与所述荷载分配单元连接；模型箱，所述模型箱位于所述龙门架下方且其内部设有土体；基础模型，所述基础模型设置于所述模型箱内并与所述荷载测量单元连接。本技术中模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置可以为基础模型提供偏心竖向荷载，以提升模拟钢圆筒基础在土中循环加载的试验装置的适用范围。技术研发人员：姜瑛,王胤,王凤云,邢广阔,曹永,杨双宇,韦桐忠,侯莉,何宁强,李斌受保护的技术使用者：海洋石油工程股份有限公司技术研发日：20230531技术公布日：2024/5/27