一种研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，所述装置包括实验水槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、设于实验水槽导轨上的连接结构、以及设于连接结构上的导管架平台模型；所述的导管架平台模型可沿导轨滑动，以实现在不移动斜坡模型的情况下，研究导管架模型与波浪破碎点相对位置对砰击荷载的影响。本发明专利技术装置只需改变底部斜坡模型的角度与长度，就能够研究不同破碎程度波浪对导管架平台的砰击作用；所述实验装置能够测量破碎波砰击压强沿导管架模型主腿、平台甲板及桁架支撑结构的分布规律，只需在预先留好的螺纹孔上安装压强传感器即可。压强传感器即可。压强传感器即可。

【技术实现步骤摘要】
一种研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置


[0001]本专利技术涉及一种研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，尤其是研究波浪在不同坡度上的传播特性、导管架平台在不同位置处的受力、导管架平台主腿、支撑结构以及平台甲板上压强分布规律的实验装置。

技术介绍

[0002]目前，最常用的海上风电基础型式为大直径单桩基础，而随着近海风能资源开发的逐渐饱和，海上风电逐步走向深水化，大直径单桩基础的造价随着水深的增大而增加，由此，适应能力更好的导管架基础备受关注。由于波浪破碎过程的复杂性，相应的理论研究较少，且较难应用到实际工程；而破碎波与结构物相互作用所需的计算量巨大，对于较为复杂的导管架平台结构，特别是对局部砰击压强的捕捉，数值模拟的准确性及精度仍需提高；相较于前两者，物理模型实验研究通常能够得到更为准确且真实性更高的结果，但目前对波浪砰击荷载的物理模型实验研究以单桩结构为主，获得作用与单桩的砰击荷载以及沿单桩表面的波浪砰击压强，对于研究破碎波浪对导管架平台的砰击作用及局部压强分布规律的物理模型实验装置仍较缺乏。
[0003]物理模型实验由于实验场地的限制，无法重现真实的环境条件，通常采用一定的模型缩尺在实验水槽中开展。在实验水槽中开展破碎波浪对导管架平台的砰击荷载时，由于波浪破碎过程的复杂性，波浪沿着不同的斜坡传播具有不同的破碎形态，为研究不同破碎类型的波浪的荷载带来了难度；同时由于导管架平台模型的复杂性，破碎波不仅对模型主腿，对斜撑、横撑以及平台甲板均可能产生剧烈的相互作用，与单桩实验相比难度更高；而破碎波浪可产生骤增的砰击荷载，对导管架平台模型的固定以及整体的刚度提出了考验；对于破碎波所产生的荷载，导管架平台模型位于不同位置时往往差异较大。基于以上的考虑，需要有一套实验装置可以考虑坡度和导管架平台模型的相对位置的影响，用于研究破碎波砰击荷载以及导管架平台模型局部砰击压强分布规律。

技术实现思路

[0004]针对传统研究波浪砰击荷载的研究存在的由于导管架平台所受砰击荷载骤增导致无法准确测量、导管架平台主腿、斜撑、横撑以及平台甲板局部压强无法捕捉、缺少关于模型坡度对波浪破碎状态影响等相关问题，本专利技术设计了一种新型的研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置。本装置不仅可以测量作用在导管架平台上的破碎波浪砰击荷载，还可以测量作用于主腿、斜撑、横撑以及平台甲板上的局部砰击压强，同时可以考虑波浪沿着不同坡度传播进而破碎的影响，有利于模拟海上导管架平台结构物在面临不同海况条件下所受的极端砰击荷载及局部压强分布规律。
[0005]为实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，包括实验水
槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、设于导轨上的连接结构、以及设于连接结构上的导管架平台模型；所述的连接结构可沿导轨滑动，以实现在不移动底部斜坡模型的情况下，改变导管架平台模型与波浪破碎点间的相对位置，从而研究导管架模型与波浪破碎点相对位置对砰击荷载的影响；
[0007]所述的导管架平台模型包括主腿、斜撑、横撑以及平台甲板，所述横撑和斜撑设于相邻两个主腿之间，用于连接相邻两个主腿；所述平台甲板垂直于主腿设置；导管架平台模型通过设于平台甲板上部以及背浪侧主腿后方的三分力传感器分别与连接结构和斜坡模型连接固定，用于测量导管架平台结构所受的波浪砰击荷载；所述的主腿、斜撑、横撑以及平台甲板预设有螺纹孔，可用于安装压强传感器，用于测量破碎波浪对导管架平台的局部砰击压强。
[0008]上述技术方案中，进一步地，所述的连接结构通过滑块与水槽上方导轨连接，可以沿着实验水槽滑动，可在研究所需位置处停靠，利用木工夹进行固定。
[0009]进一步地，所述的导管架平台模型的主腿、斜撑、横撑之间通过外螺纹构件与伸缩连接构件连接，主腿与平台甲板通过螺丝连接。
[0010]进一步地，所述的斜坡模型包括不锈钢板、铝合金型材以及固定底板，所述不锈钢板通过铝合金型材与固定底板固定连接，不锈钢板通过T形螺栓与螺母固定在铝合金型材上，所述铝合金型材通过型材角件与固定底板固定连接。
[0011]更进一步地，所述的斜坡模型利用波浪的浅水化效应，通过改变波浪传播方向的沿程水深，形成波浪破碎现象。可通过改变斜坡模型的迎浪侧铝合金型材及不锈钢板长度，研究波浪在不同斜坡上传播破碎波浪的砰击作用。
[0012]进一步地，所述的导管架平台模型通过上方及背浪侧主腿后方共四个三分力传感器连接，其中位于上方的两个三分力传感器通过连接结构连接固定，位于背浪侧主腿后方的两个三分力传感器通过型材与固定底板连接固定，四个传感器共同抵抗破碎波砰击荷载，减小结构振动对实验的影响。
[0013]进一步地，所述的连接结构由桁架支撑结构、H型钢以及I型钢组成，所述的桁架支撑结构是由若干铝合金型材通过型材角件、T型螺丝、螺母相互连接得到；所述I型钢与H型钢通过长螺杆、T型螺母与上部桁架支撑结构连接固定；所述的H型钢与I型钢为连接结构提供刚度，用于抵抗波浪砰击的骤增荷载，避免导管架平台产生过大的振动。
[0014]进一步地，所述的主腿、斜撑以及横撑由多部分拼接而成，便于在预设的螺纹孔安装带有连线的压强传感器，各构件在背浪侧留有开孔，用于疏导压强传感器的连线。
[0015]更进一步地，所述的螺纹孔可根据需要安装压强传感器，对于无需安装压强传感器的位置安装内六角螺丝，以保证导管架平台表面完整，从而避免孔洞对流场的影响。
[0016]进一步地，所述实验水槽是透明的，在所述的实验水槽一侧设有两台高速摄像机，用于捕捉破碎波对导管架平台砰击作用时的复杂三维流场。
[0017]本专利技术的有益之处在于：
[0018]本专利技术可以在实验水槽的模拟条件下，实现波浪沿着斜坡传播产生破碎并进一步砰击导管架结构的研究。本专利技术设计的上部连接结构采用H型钢与I型钢，为整体结构提供了足够的刚度，壁面结构振动对结果的影响；进一步通过上部连接结构位置的移动，实现测量不同位置处的导管架平台模型所受砰击荷载；同时导管架平台模型由多部分组合而成，
在主腿、斜撑、横撑以及平台甲板上预设有螺纹孔，便于测量局部砰击压强，能够研究破碎波砰击压强沿导管架模型主腿、平台甲板及桁架支撑结构的分布规律。本专利技术装置只需改变底部斜坡模型的角度与长度，就能够研究不同破碎程度波浪对导管架平台的砰击作用。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施方式对本专利技术进行进一步说明
[0020]图1是本专利技术的导管架迎浪侧主腿与平台甲板连接示意图；
[0021]图2是本专利技术的导管架平台板与连接结构组合示意图；
[0022]图3是本专利技术的导管架背浪侧主腿固定示意图；
[0023]图4是本专利技术的导管架主腿与桁架结构构造示意图；
[0024]图5是本专利技术的底部斜坡模型构造示意图；
[0025]图6是本专利技术的上部连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，其特征在于：包括实验水槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、设于导轨上的连接结构、以及设于连接结构上的导管架平台模型；所述的连接结构可沿导轨滑动，以实现在不移动底部斜坡模型的情况下，改变导管架平台模型与波浪破碎点间的相对位置；所述的导管架平台模型包括主腿、斜撑、横撑以及平台甲板，所述横撑和斜撑设于相邻两个主腿之间，用于连接相邻两个主腿；所述平台甲板垂直于主腿设置；导管架平台模型通过设于平台甲板上部以及背浪侧主腿后方的三分力传感器连接分别与连接结构和斜坡模型连接固定，用于测量导管架平台结构所受的波浪砰击荷载；所述的主腿、斜撑、横撑以及平台甲板预设有螺纹孔，所述螺纹孔内可用于安装压强传感器，用于测量破碎波浪对导管架平台的局部砰击压强。2.根据权利要求1所述的研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，其特征在于：所述的连接结构通过滑块与实验水槽上的导轨连接，可以沿着水槽滑动；所述连接结构与滑块连接，并通过木工夹固定。3.根据权利要求1所述的研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，其特征在于：所述的导管架平台模型的主腿、斜撑、横撑之间通过外螺纹构件与伸缩连接构件连接，主腿与平台甲板通过螺丝连接。4.根据权利要求1所述的研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，其特征在于：所述的斜坡模型包括不锈钢板、铝合金型材以及固定底板，所述不锈钢板通过铝合金型材与固定底板固定连接，不锈钢板通过T形螺栓与螺母固定在铝合金型材上，所述铝合金型材通过型材角件与固定底板固定连接。5.根据权利要求4所述的研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，其特征在于：所述的导管架平台模型通过上方及背浪侧主腿后方共四...

【专利技术属性】
技术研发人员：高洋洋，朱佳慧，李旭，陈彦宁，王立忠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：