[發明專利]一種適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統及加載方法

有效

• 申請號: 201811131055.0
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109162303B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 管大為;李嘉隆;張繼生;趙家林;秦杰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

本發明涉及一種適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統及加載方法，包括用于設定振動位置的平臺運動結構、用于控制樁基振動頻率和振幅的水平循環加載結構以及適用于多種樁徑的樁基固定結構；其中，平臺運動結構架設在試驗水槽頂部，水平循環加載結構安裝在由平臺運動結構提供的平臺上，其可繞樁基進行360°轉動，樁基固定結構通過傳動桿與水平循環加載結構連接；本發明原理簡單、操作方便，可以使水平循環荷載的幅值在試驗中保持恒定，同時使得水平循環荷載的幅值在試驗中保持恒定，并可以實時控制樁基振動頻率以及波流與樁自振方向夾角，此外還能夠適應多種尺寸的樁基。

技術領域

本發明涉及一種適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統及加載方法，屬于海上風機樁基結構動力特性室內模型試驗設備技術領域。

背景技術

風能以其蘊量巨大、可再生、分布廣泛、污染較小等優勢，受到了世界各國政府、企業、學者的廣泛關注和研究。我國的風能總儲量約 32.26億kW，可開發風能約10億kW。從風能來源的角度，可將風能分為陸上風能和海上風能。其中，海上風能資源儲量大、高風速、低風切變、低湍流、噪音污染小和不占用耕地。在我國外海工程施工能力大幅提升背景下，海上風電項目也隨之大力推進。

盡管上海東海大橋海上風電、江蘇如東潮間帶試驗風電等多個項目業已投入生產，但是海上風機所特有的自身振動和復雜海況下的樁土共同作用機理研究卻仍在起步階段。此外，研究表明，當海上風機下部泥面由于樁土作用而被掏空、下降時，振動頻率改變可能產生的共振會影響結構的承載力和耐久性，甚至帶來毀滅性后果，因此相關研究對于工程設計也有一定的指導意義。

在以往室內試驗中，用以產生近似于結構自身頻率的循環荷載一般通過外加激振器或者以齒輪結構為主的循環加載裝置施加。利用前者施加循環荷載的方法，易對土體產生擾動；以齒輪結構為主的循環加載裝置已有發明專利發表，例如浙江大學國振等人發明的“用于海上風機支撐結構振動試驗的多向循環加載裝置及方法（CN201510624557.7）”，但是該裝置控制的是施加外力不變，振動幅值卻隨振動時間推移逐漸變化，無法施加恒定幅值的水平循環荷載，因而在研究現階段不便于量化樁土作用。

此外，實際復雜風象、海象下，樁基振動方向與外部荷載（波、流）方向并非是同一方向，反映到樁土作用中，會增大抑或是減小沖刷也未曾有人研究；另外，目前研究多是處在定頻率持續振動樁基的樁土作用，實際外海工程中，海風瞬息萬變，對應風機的頻率也在時刻變化，頻率變化是否會對樁土作用產生影響也是值得研究的問題；最后，目前其他學者設計的類似試驗裝置，樁基與施力裝置之間的連接為固接，如若研究樁徑變化的影響，試驗后拆裝更樁基換比較困難，此外適應的樁基也有限。

綜上所述，有必要開發和研制一種水平循環加載系統，在保證操作簡易的同時，使得水平循環荷載的幅值在試驗中保持恒定，也可以實時控制樁基振動頻率以及波流與樁自振方向夾角，最后該裝置應能夠適應多種尺寸的樁基。

發明內容

本發明提供一種適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統及加載方法，其原理簡單、操作方便，可以使水平循環荷載的幅值在試驗中保持恒定，同時使得水平循環荷載的幅值在試驗中保持恒定，并可以實時控制樁基振動頻率以及波流與樁自振方向夾角，此外還能夠適應多種尺寸的樁基。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統，包括用于設定振動位置的平臺運動結構、用于控制樁基振動頻率和振幅的水平循環加載結構以及適用于多種樁徑的樁基固定結構；其中，平臺運動結構架設在試驗水槽頂部，水平循環加載結構安裝在由平臺運動結構提供的平臺上，其可繞樁基進行360°轉動，樁基固定結構通過傳動桿與水平循環加載結構連接；

作為本發明的進一步優選，前述的平臺運動結構包括平動構件和樁基定軸轉動構件，使平臺在水槽頂部實現縱向、橫向和水平方向的轉動；