[發明專利]離心模型試驗側向靜力加荷裝置及測試方法

無效

• 申請號: 201410292470.X
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104535738A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 徐光明;顧行文;蔡正銀;任國峰;關云飛;黃英豪;徐惠;李嫦玲;侯偉
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;E02B1/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明涉及一種應用于土工離心機上的輔助裝置，具體涉及一種可用于側向靜力加荷作用工況離心模型試驗的裝置，特別適用于模擬各種作用于土體和結構物上的橫向荷載，如簡化抗震分析側向荷載、結構物上的風荷載、船舶系纜力、波浪荷載、冰荷載等，以開展這些橫向荷載對土體和結構物影響的試驗研究。

背景技術

側向荷載在巖土工程中的影響越來越大。例如：隨著海上石油的開發和大型船舶的出現，海洋樁基平臺及外海孤立（樁基承臺、墩）式碼頭得到廣泛采用，這類結構的特點是埋入地基中的樁基頂部受到波浪力、冰壓力等較大的水平荷載作用[王浩芬，李久旺?側向荷載樁的非線性分析.?海洋工程，1989，7(2)：62-68]；多高層建筑結構抗震能力分析的簡化結構彈塑性地震響應計算方法——Pushover方法，該方法使用漸增的一定分布的側向荷載模擬在地震作用下結構層慣性力的分布[朱慈勉，應丹君.?豎向不規則結構Pushover分析的側向荷載分布模式研究.?結構工程師，2009，25(2)：29-34]；抗側力試驗可以有效檢驗新型砌體結構抗震能力[龔進，周魯敏.?帶芯柱的新型砌體結構抗震墻抗側力試驗研究.?建筑技術，2010，41(5)：446-450、龔進，周魯敏.?設置構造柱的新型砌體結構抗震墻的抗側力試驗研究.?工業建筑，2011，41(4)：30-33]；超高建筑物的設計中還必須進行風荷載分析等。

在土工離心模型中，側向荷載的施加需要專用的輔助裝置來完成，一個關鍵的技術難題是：側向荷載的方向與重力垂直，在離心機高重力場作用下，機構將產生撓曲變形從而影響出力的效率，往往只能提供較小的荷載。

在過去的若干年里，許多學者對離心模型試驗中的動力加載裝置有了一定的研究。林小靜等[林小靜，張建紅，孫國亮，魯曉兵.?吸力式基礎離心模型試驗的動力加載裝置.?中國造船，2003，44(S)：400-404]?研制了離心模型試驗中施加側向動荷載的裝置。Allersma?[Allersma?H?G?B,?Kirstein?A?A?and?Brinkgreve?R?B?J.?(1999):?Centrifuge?and?numerical?modeling?of?horizontally?loaded?suction?piles.?9th.?Int.?Offshore?and?Polar?Engineering?Conference.?ISOPE99.?1999.?Vol.?1.?Pp.?711~717]進行了吸力式基礎的水平靜承載力的離心模型試驗。Randolph?[Randolph?M.?F.,?O’Neill?M.?P.,?Stewart?D.?P.,?and?Erbirch?C.?Performance?of?suction?anchors?in?fine-grained?calcareous?soil.?Paper?OTC8831,?Proc.?Offshore?Technology?Conference,?Houston,?USA.?1998]進行了重塑土中吸力式基礎水平動承載力試驗，土樣是取自澳大利亞和印尼之間Timor?Sea海底的石灰質淤泥。Craig?[C?raig?W.?H.?(1981):?Cyclic?loading?equipment?for?offshore?foundation?model.?Offshore?Structures:?The?Use?of?Physical?Models?in?Their?Design,?eds.?Armer,?G.S.T.?and?Garas,?F.K.?Construction?Press.?NY.?1981.?327~334]、Hjortnaes-Pedersen和Nelissen?[Hjortnaes-Pedersen?A.G.I.?and?Nelissen?H.A.M.?(1991):?Application?of?hydraulic?actuators?in?the?Delft?Geotechnics?centrifuge.?Centrifuge?91,?H?Y?Ko?&?F?G.?Mclean?(eds),?Balkema,?Rotterdam,,?1991,?385~390]介紹了用于淺基礎的加載裝置，荷載頻率在10?Hz到30?Hz之間。Tan?[Tan?F?S?C.?(l990):?Centrifuge?and?theoretical?modeling?of?conical?footings?on?sand.?Ph.D.?Thesis,?Cambridge?University,?Jan,?1990]采用伺服閥和定時機構控制的氣壓千斤頂施加水平荷載，最高頻率為1?Hz。Dean?[Dean?E.T.R.,?Hsu?Y.S.,?and?Schofield?A.N.?(1993):?Development?of?an?new?apparatus?for?centrifuge?testing?of?offshore?jackup?platform?models?and?data?report?for?centrifuge?test?YSH1:?3-leg?jackup?model?with?flat?spuds?on?dense?watwe-saturated?sand.?Technical?Report?CUED/D-Soils/TR267.?University?of?Cambridge,?London.?1993]利用電動伺服馬達驅動一個螺紋架前后移動施加水平動荷載，荷載頻率為3?Hz。Ng?[Ng?T.G.,?Lee?F.H.,?Liaw?C.Y.,?and?Chan?E.S.?(1994):?Development?of?a?dynamic?loading?device?for?model?foundation.?Proc.?Of?Int.?Conference?Centrifuge?94,?Singapore/3l?Aug.-2?Sept.,?1994,?183~188]研制了一個電液伺服控制加載系統，可以對淺基礎施加0.1?Hz~10?Hz的水平荷載。但以上研制的動力加載裝置均側重于對頻率的控制，出力峰值均不大，如林小靜等研制的裝置出力峰值為98?N。