(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210612406.X (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 天津城建大 学 地址 300380 天津市西青区津静 路26号 (72)发明人 程星磊　邢建宇　鹿群　刘中宪　 刘举　周亚东　孙晓涵　 (74)专利代理 机构 天津盛理知识产权代理有限 公司 12209 专利代理师 董一宁 (51)Int.Cl. G01M 7/02(2006.01) G01M 7/08(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G01L 5/00(2006.01) G01N 3/06(2006.01)G01N 3/32(2006.01) (54)发明名称 一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试 装置及其测试方法 (57)摘要 本发明公开了一种海底吸力式三桶基础的 动力响应测试装置及其测试方法， 包括层状剪切 模型箱、 导管架吸力式三桶基础模型、 加载架及 伺服加载系统， 其中层状剪切模 型箱的顶部开口 且底部支撑有地震模拟振动台， 该层状剪切模型 箱内部插接导管架吸力式三桶基础模 型； 由加载 架及伺服加载系统提供加载动力， 检测导管架吸 力式三桶基础模型的沉降、 加速度及孔隙压力； 可以模拟吸力式三桶基础遭受地震 ‑风‑浪荷载 共同作用时的承 载变形过程， 可以监测导管架吸 力式三桶基础的动力响应， 进而研究导管架吸力 式三桶基础的动力承载特性， 揭示其在地震 ‑风‑ 浪荷载共同作用下的灾变机制， 为海 上风机导管 架吸力式三桶基础的抗震设计提供参 考。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115200815 A 2022.10.18 CN 115200815 A 1.一种海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置， 其特征在于： 包括层状剪切模型箱、 导管架吸力式三桶基础模型、 加载架及伺服加载系统， 其中层状剪切模型箱的顶部开口且 底部支撑有地震模拟振动台， 该层状剪切模型箱内部的下层填装有土层， 层状剪切模型箱 的上层灌注有海水层； 所述土层中插接向上延伸出层状剪切模型箱顶部开口的导管架吸力 式三桶基础 模型； 所述加载架的上部水平连接有抵触在导管架吸力式三桶基础 模型侧壁上 的作动器， 加载架的中部固设有检测导管架吸力式三桶基础模型倾角及沉 降的位移检测 梁； 所述伺服加载系统的信号输入端采集土层中的水压力信号， 导管架吸力式三桶基础模 型顶部位移的加速度信号， 以及位移检测梁检测的导管架吸力式三桶基础 模型中部的位移 信号， 并由伺服加载系统伺服控制作动器的加载力， 以及地震模拟振动台。 2.根据权利要求1所述的一种 海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置， 其特征在于： 所述导管架吸力式三桶基础模型包括由下至上依 次固装的多桶基础、 导管架、 塔筒及等效 重物块； 所述多桶基础 插接在土层中； 所述导管架向上延伸出海水层， 且导管架的顶面与位 移检测梁的检测端接触 配合； 所述塔筒的侧壁上抵触连接作动器的施力端。 3.根据权利要求1所述的一种 海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置， 其特征在于： 所述伺服加载系统包括伺服控制器及加载装置、 数据采集分析装置、 计算机以及传感器， 其 中传感器分别与数据采集分析装置信号连接， 并由数据采集分析装置发送至计算机， 最后 由计算机向伺服控制器及加载装置发送指令伺服控制作动器。 4.根据权利要求3所述的一种 海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置， 其特征在于： 所述传感器包括加速度传感器、 孔隙水压力 传感器、 位移传感器和力 传感器； 所述加速度传 感器设有多个， 且沿重力方向间隔布设在土层及导管架吸力式三桶基础模型上； 所述孔隙 水压力传感器布设在导管架吸力式三桶基础模型周围的土层中； 所述位移传感器传感器布 设在位移检测梁上， 该位移传感器的检测端贴合在导管架吸力式三桶基础模型的导管架 上； 所述力传感器布设在作动器的力臂上， 该力臂的一端抵触在导管架吸力式三桶基础模 型的塔筒侧壁上， 力臂的另一端连接作动器的动力输出端。 5.根据权利要求1所述的一种 海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置， 其特征在于： 所述层状剪切模型箱的内壁上复合粘接有橡胶膜。 6.根据权利要求1所述的一种 海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置， 其特征在于： 所述加载架包括多根垂向固设的槽钢， 该槽钢的上部开设有多个垂向间隔布设的螺栓孔； 所述槽钢上螺 栓水平连接有托板及固定架， 由托板及固定架配合以水平姿态固定作动器。 7.一种如权利要求1所述的海底吸力式三桶基础的动力响应测试装置的测试方法， 其 特征在于， 包括以下步骤： S1： 在层状剪切模型箱内逐层填充试验用土， 并按照试验设计方案埋置加速度、 孔压等 传感器； S2： 在试验箱内设定位置安装海上风机的导管架吸力 式三桶基础模型， 该导管架吸力 式三桶基础模型为缩尺模型； S3： 按照预设位置安装加载架及传感器， 确保地震模拟振动台以及伺服加载系统处于 正常工作状态； S4： 开展白噪声扫频试验， 即采用小于等于0.05g振幅的白噪声扫频， 以获取S1与S2安 装完成的模型体系的自振频率与阻尼比等动力特性；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115200815 A 2S5： 开展地震 ‑风‑浪共同作用下的振动试验， 选取具有频谱特性的地震波作为振动 台 输入地震动， 按照地震动加速度峰值逐级增加的模式控制地震模拟振动台为层状剪切模型 箱施加地震荷载， 同时通过作动器为塔筒施加水平集中荷载模拟风、 波浪荷载作用； S6： 试验过程中通过传感器实时测量S4中模型体系的加速度、 位移、 孔隙水压力的动力 响应， 并将测得的物理力学信号转换成电信号传输到数据采集分析装置， 并进一步传输到 计算机的控制系统， 获得相 应的动力响应试验数据， 并反馈控制伺服控制器及加载装置进 一步控制作动器根据试验需要施加循环载荷或波动载荷。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115200815 A 3