可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置。本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、高加載次數(shù)的可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：該裝置具有模型箱和豎向固定于模型箱內(nèi)的模型樁，模型樁上端連接力矩加載機(jī)構(gòu)，力矩加載機(jī)構(gòu)具有重心變化機(jī)構(gòu)和配重塊Ⅰ，重心變化機(jī)構(gòu)經(jīng)鋼支架固定于地面，且重心變化機(jī)構(gòu)一端經(jīng)水平布置的轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)接于鋼支架上，重心變化機(jī)構(gòu)經(jīng)鋼絲繩Ⅰ和連接套環(huán)連接所述模型樁上端，鋼絲繩Ⅰ掛于重心變化機(jī)構(gòu)上方的滑輪Ⅰ上，重心變化機(jī)構(gòu)還經(jīng)鋼絲繩Ⅱ連接配重塊Ⅰ，鋼絲繩Ⅱ掛于重心變化機(jī)構(gòu)上方的滑輪Ⅱ上，滑輪Ⅰ、Ⅱ均安裝于鋼支架上。
【專利說(shuō)明】
可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置。適用于單點(diǎn) 豎向往復(fù)式循環(huán)加載的單粧模型試驗(yàn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 粧基礎(chǔ)是陸域土建工程中使用范圍最廣泛的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式之一，其在海洋工程 (如海洋平臺(tái)，海洋風(fēng)電場(chǎng)）中也有較大的運(yùn)用潛力。以離岸近海風(fēng)電為例，國(guó)外廣泛采用單 粧式基礎(chǔ)。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，隨著葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)及其他海洋環(huán)境荷載的疊加影響，粧基礎(chǔ)會(huì) 受到豎向循環(huán)荷載的作用?？紤]20年的運(yùn)營(yíng)全壽命期，粧基礎(chǔ)受到的豎向循環(huán)荷載量級(jí)較 大，對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的豎向承載力有不可忽視的影響。此外，由于豎向循環(huán)受荷變形，可能對(duì)粧 土接觸及粧周軟弱土產(chǎn)生一定程度的擾動(dòng)，對(duì)粧基礎(chǔ)的橫向承載力也有潛在的影響。現(xiàn)有 的研究通常采用室內(nèi)縮尺模型試驗(yàn)的方法對(duì)上述問(wèn)題開展研究工作。進(jìn)行模型試驗(yàn)時(shí)，通 常采用費(fèi)用昂貴結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的激振設(shè)備或者常規(guī)的MTS液壓加載系統(tǒng)，上述設(shè)備存在以 下主要的缺陷：
[0003] 1.設(shè)備制作加工或租賃費(fèi)用較為昂貴，并且需要對(duì)設(shè)備維護(hù)花費(fèi)較多的人力物 力；
[0004] 2.難以滿足室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)加載幅值的波形要求。如自制的激振設(shè)備難以保證加 載波形的穩(wěn)定可控及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜荷載形式的加載。常規(guī)的MTS通常加載量級(jí)較大，而室內(nèi)模型 試驗(yàn)在相似折減后所需施加的荷載幅值較小，因而采用MTS難以滿足試驗(yàn)的需求；
[0005] 3.對(duì)試驗(yàn)的加載次數(shù)有一定的限制，難以實(shí)現(xiàn)較大量級(jí)的循環(huán)加載試驗(yàn)。自制激 振設(shè)備通常難以保證加載次數(shù)較大后荷載波形的穩(wěn)定，而常規(guī)MTS則難以實(shí)現(xiàn)較大量級(jí)的 循環(huán)加載；
[0006] 4.現(xiàn)有的加載設(shè)備通常針對(duì)粧基的水平循環(huán)加載，難以直接用于粧基的豎向循環(huán) 加載試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本 較低、高加載次數(shù)的可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置。
[0008] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載 裝置，具有模型箱和豎向固定于模型箱內(nèi)的模型粧，其特征在于:所述模型粧上端連接力矩 加載機(jī)構(gòu)，所述力矩加載機(jī)構(gòu)具有重心變化機(jī)構(gòu)和配重塊I，重心變化機(jī)構(gòu)經(jīng)鋼支架固定于 地面，且重心變化機(jī)構(gòu)一端經(jīng)水平布置的轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)接于鋼支架上，所述重心變化機(jī)構(gòu)經(jīng) 鋼絲繩I和連接套環(huán)連接所述模型粧上端，鋼絲繩I掛于重心變化機(jī)構(gòu)上方的滑輪I上，重心 變化機(jī)構(gòu)還經(jīng)鋼絲繩Π 連接配重塊I，鋼絲繩Π 掛于重心變化機(jī)構(gòu)上方的滑輪Π 上，滑輪I、 π均安裝于鋼支架上。
[0009] 所述重心變化機(jī)構(gòu)包括連接平臺(tái)、電機(jī)、轉(zhuǎn)盤和配重塊Π ，其中連接平臺(tái)一端經(jīng)所 述轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)接于所述鋼支架上，電機(jī)固定于連接平臺(tái)上，該電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上固定轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn) 盤上偏離轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置配重塊Π 。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是：1、本實(shí)用新型基于力矩平衡原理，利用重心變化機(jī)構(gòu) 的重心變化對(duì)模型粧施加循環(huán)荷載，可根據(jù)試驗(yàn)需求調(diào)整輸出的豎向循環(huán)力。2、本實(shí)用新 型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，輸出的荷載穩(wěn)定性較好且精度較高。 3、可根據(jù)試驗(yàn)需求(如模型箱大小、模型粧尺寸等)對(duì)部件進(jìn)行模塊化定制。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為實(shí)施例中力矩加載機(jī)構(gòu)的示意圖。
[0013] 圖3為實(shí)施例中連接套環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 如圖1所示，本實(shí)施例為一種可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置，具有 模型箱1和豎向固定于模型箱內(nèi)的模型粧2,模型粧2的上端連接對(duì)其施加豎向荷載的力矩 加載機(jī)構(gòu)。
[0015] 如圖2所示，本例中力矩加載機(jī)構(gòu)具有重心變化機(jī)構(gòu)和配重塊113,重心變化機(jī)構(gòu) 包括連接平臺(tái)3、電機(jī)4、轉(zhuǎn)盤5和配重塊Π 6,其中連接平臺(tái)3經(jīng)鋼支架14固定于地面，連接平 臺(tái)3與鋼支架14之間經(jīng)水平布置的轉(zhuǎn)軸7實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)相連，連接平臺(tái)3的另一端安裝電機(jī)4,該 電機(jī)的轉(zhuǎn)軸垂直連接平臺(tái)3,電機(jī)4的轉(zhuǎn)軸上固定有轉(zhuǎn)盤5,在轉(zhuǎn)盤5的偏離電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置設(shè) 置配重塊Π 6。連接平臺(tái)3的中部位置經(jīng)鋼絲繩18和連接套環(huán)12(圖3)連接模型粧2的上端， 鋼絲繩18依次掛于滑輪IlO和滑輪ΙΠ 15上，滑輪IlO位于連接平臺(tái)3上方，滑輪ΙΠ 15位于模型 粧2上方，滑輪IlO和滑輪ΙΠ 15安裝于鋼支架14上。連接平臺(tái)3的中部位置經(jīng)鋼絲繩Π 9連接 配重塊113,鋼絲繩Π 9掛于連接平臺(tái)3上方的滑輪Π 11，滑輪Π 11安裝于鋼支架14上。
[0016] 本實(shí)施例的工作原理如下:本實(shí)施例加載裝置主要利用力學(xué)中的力矩平衡原理來(lái) 實(shí)現(xiàn)將配重塊Π 6及電機(jī)4的重力轉(zhuǎn)化為豎向力，具體原理如下：
[0017] 隨著電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)下方的轉(zhuǎn)盤5轉(zhuǎn)動(dòng)，配重塊Π 6與轉(zhuǎn)軸7之間的位置關(guān)系不斷 變化，導(dǎo)致連接平臺(tái)3在轉(zhuǎn)軸7處的外力合力矩發(fā)生變化，連接平臺(tái)3繞轉(zhuǎn)軸7轉(zhuǎn)動(dòng)，在配重塊 113和鋼絲繩I、Π 的配合下實(shí)現(xiàn)對(duì)模型粧2的豎向加載。
[0018] 如圖2所示，假定配重塊Π 6處于Ll位置時(shí)，連接平臺(tái)3處于水平狀態(tài)其力矩平衡， 此時(shí)有：
[0019]
[0020]當(dāng)電機(jī)運(yùn)行，質(zhì)量塊轉(zhuǎn)動(dòng)到距0點(diǎn)L2距離處時(shí)，此時(shí)有：
[0021]
[0022]則粧身所受的荷載為：
[0023]
[0024]其中Fm2為配重塊Π 6的重力;F_r為電機(jī)4的重力;Fml為配重塊113的重力;FLciat^ 鋼絲繩18對(duì)模型粧2的作用力。
[0025]隨著電機(jī)運(yùn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，配重塊Π 6在LI和L2位置內(nèi)發(fā)生移動(dòng)，粧身受 到了幅值為〇到FLtiad的水平力作用。當(dāng)調(diào)節(jié)配重塊Ι、Π 的重量，保證連接平臺(tái)3的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度 較小時(shí)，力矩加載裝置可以輸出穩(wěn)定的正弦波形荷載;并且，通過(guò)調(diào)整配重塊Ι、Π 的重量和 在加載處連接套環(huán)12上掛設(shè)額外的質(zhì)量塊，可實(shí)現(xiàn)加載波形如部分偏心、完全偏心及完全 對(duì)稱。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置，具有模型箱（1)和豎向固定于 模型箱內(nèi)的模型粧(2)，其特征在于:所述模型粧(2)上端連接力矩加載機(jī)構(gòu)，所述力矩加載 機(jī)構(gòu)具有重心變化機(jī)構(gòu)和配重塊1(13)，重心變化機(jī)構(gòu)經(jīng)鋼支架（14)固定于地面，且重心變 化機(jī)構(gòu)一端經(jīng)水平布置的轉(zhuǎn)軸(7)可轉(zhuǎn)動(dòng)接于鋼支架（14)上，所述重心變化機(jī)構(gòu)經(jīng)鋼絲繩I (8)和連接套環(huán)（12)連接所述模型粧(2)上端，鋼絲繩1(8)掛于重心變化機(jī)構(gòu)上方的滑輪I (10)上，重心變化機(jī)構(gòu)還經(jīng)鋼絲繩Π (9)連接配重塊I(13)，鋼絲繩Π (9)掛于重心變化機(jī)構(gòu) 上方的滑輪Π (11)上，滑輪1(10)、Π (11)均安裝于鋼支架（14)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可施加復(fù)雜荷載形式的變頻豎向循環(huán)加載裝置，其特征在于： 所述重心變化機(jī)構(gòu)包括連接平臺(tái)（3)、電機(jī)(4)、轉(zhuǎn)盤(5)和配重塊Π (6)，其中連接平臺(tái)（3) 一端經(jīng)所述轉(zhuǎn)軸(7)可轉(zhuǎn)動(dòng)接于所述鋼支架（14)上，電機(jī)(4)固定于連接平臺(tái)（3)上，該電機(jī) 的轉(zhuǎn)軸上固定轉(zhuǎn)盤(5)，在轉(zhuǎn)盤(5)上偏離電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置設(shè)置配重塊Π (6)。
【文檔編號(hào)】G01N3/32GK205538510SQ201620202897
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日
【發(fā)明人】汪明元, 單治鋼, 狄圣杰, 張建經(jīng), 廖蔚茗, 吳金標(biāo)
【申請(qǐng)人】中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司