[发明专利]可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置

说明书

本发明公开了一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，该装置包括离心机模型锚桩、角度调节系统、加载系统、测量系统和离心机模型箱，该装置通过离心机模拟原位海洋土的应力状态，并通过多位置多倾角加载装置对不同加载位置和加载角度进行调整，能够实现锚桩的任意位置和任意角度的加载试验测试。本发明的一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置可以通过侧向导槽变动加载位置，通过竖向杆的运动变动加载角度，通过伺服电机可施加单向或者循环荷载，可以方便快速地实现锚桩任意位置和方向的加载测试。

技术领域

本发明属于离心试验技术领域，涉及一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置。该装置通过离心机模拟原位海洋土的应力状态，并通过多位置多倾角加载装置对不同加载位置和加载角度进行调整，能够实现锚桩的任意位置和任意角度的加载试验测试。

背景技术

锚桩作为一种重要的锚固基础类型，它是一种通过打入的方式安装在海床表面，在一定的位置处设置系泊点，通过锚链或者钢绞线与上部浮体相连，从而实现对上部浮体的系泊定位，由于桩基础的施工技术成熟，因此该基础类型在海洋结构的系泊系统占有重要的地位。

然而由于锚桩的基础承载力与锚体的尺寸、土质条件相关，但是系泊点处的位置和作用角度对给定条件下的锚体承载力起着决定性的作用，因此其对其承载力的影响备受关注，一般认为系泊点位于泥面以下2/3-3/4的锚体长度范围，加载角度小于45°时，其承载力较高，但是具体的最优加载点仍需要试验测试进行确定。

对于锚桩承载力的测试若采用常重力条件下进行测试，则与实际结果相差较大，因为土是一种自重相关的材料。在岩土工程中，土的自重应力通常占支配地位，而土的力学特性随应力水平而变化，常规小比尺模型由于其自重应力远低于原型，因而不能再现原型的特性。超重力离心模型试验通过让模型承受大于重力加速度的离心加速度的作用，补偿因模型缩尺带来的土工构筑物的自重损失，从而再现原型岩土体和结构特性。超重力模拟中的土体材料已能较好地反映原型土体的散粒性、应力相关性、摩擦特性、强非线性、剪胀性、多相性、应力历史相关性等特性。超重力离心模型试验对模拟以自重为主要荷载的岩土结构物性状的研究特别有效，因此获得了广泛的应用。

本发明提出一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，该装置可以通过导轨变动加载位置，通过加载板的运动变动加载角度，通过伺服电机可施加单向或者循环荷载，可以方便快速地实现锚桩任意位置和方向的加载测试。

发明内容

本发明提出一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，用于解决在离心试验中的锚桩任意位置和任意角度下的加载测试问题。该装置可以通过侧向导槽变动加载位置，通过竖向杆的运动变动加载角度，通过伺服电机可施加单向或者循环荷载，可以方便快速地实现锚桩任意位置和方向的加载测试。

本发明采取以下技术方案：

一种可用于离心机测试的锚桩多位置多倾角加载装置，包括离心机模型锚桩、角度调节系统、加载系统、测量系统和离心机模型箱；所述的离心机模型箱的顶部设有顶板，内部装有土；所述离心机模型锚桩设于离心机模型箱内，离心机模型锚桩部分埋置在土中；所述的离心机模型锚桩通过钢绞线与角度调节系统相连，所述钢绞线可沿离心机模型锚桩上下运动，从而对不同位置进行加载；

所述的角度调节系统包括竖向杆和调向伺服电机；所述的调向伺服电机固定于顶板上部，顶板上开有水平向导槽，所述竖向杆可以在水平向导槽内沿水平方向滑动；所述竖向杆在其与水平向导槽的接触位置处设置有导杆卡扣，所述导杆卡扣与竖向杆固定连接，用于限制竖向杆在竖直方向上的自由度；所述导杆卡扣与顶板接触部位设置有滚珠；所述竖向杆另一侧固定有竖向杆水平板，调向伺服电机通过其导杆与竖向杆水平板固定连接，可通过调向伺服电机对竖向杆在导槽内的运动进行实时控制；竖向杆内开有竖向杆导槽，竖向杆导槽内设置有两个控向滑轮，所述钢绞线另一端穿过两个控向滑轮，通过调节控向滑轮的位置进而调整钢绞线的位置，对加载方向进行调整；配合竖向杆在水平方向的运动，可以调节锚体的加载方向；