离心模型试验侧向静力加荷装置及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于土工离心机上的辅助装置，具体涉及一种可用于侧向静力加荷作用工况离心模型试验的装置，特别适用于模拟各种作用于土体和结构物上的横向荷载，如简化抗震分析侧向荷载、结构物上的风荷载、船舶系缆力、波浪荷载、冰荷载等，以开展这些横向荷载对土体和结构物影响的试验研究。
【背景技术】
[0002]侧向荷载在岩土工程中的影响越来越大。例如:随着海上石油的开发和大型船舶的出现，海洋桩基平台及外海孤立(桩基承台、墩)式码头得到广泛采用，这类结构的特点是埋入地基中的桩基顶部受到波浪力、冰压力等较大的水平荷载作用[王浩芬，李久旺侧向荷载桩的非线性分析.海洋工程，1989，7 (2):62-68];多高层建筑结构抗震能力分析的简化结构弹塑性地震响应计算方法——Pushover方法，该方法使用渐增的一定分布的侧向荷载模拟在地震作用下结构层惯性力的分布[朱慈勉，应丹君.竖向不规则结构Pushover分析的侧向荷载分布模式研究.结构工程师，2009，25 (2):29-34];抗侧力试验可以有效检验新型砌体结构抗震能力[龚进，周鲁敏.带芯柱的新型砌体结构抗震墙抗侧力试验研究.建筑技术，2010，41(5):446-450、龚进，周鲁敏.设置构造柱的新型砌体结构抗震墙的抗侧力试验研究.工业建筑，2011，41 (4):30-33];超高建筑物的设计中还必须进行风荷载分析等。
[0003]在土工离心模型中，侧向荷载的施加需要专用的辅助装置来完成，一个关键的技术难题是:侧向荷载的方向与重力垂直，在离心机高重力场作用下，机构将产生挠曲变形从而影响出力的效率，往往只能提供较小的荷载。
[0004]在过去的若干年里，许多学者对离心模型试验中的动力加载装置有了一定的研究。林小静等[林小静，张建红，孙国亮，鲁晓兵.吸力式基础离心模型试验的动力加载装置.中国造船，2003，44 (S):400-404]研制了离心模型试验中施加侧向动荷载的装置。Allersma [Allersma HGB, Kirstein A A and Brinkgreve RBJ.(1999):Centrifuge and numerical modeling of horizontally loaded suct1n piles.9th.1nt.0ffshore and Polar Engineering Conference.1S0PE99.1999.Vol.1.Pp.711?717]进行了吸力式基础的水平静承载力的离心模型试验。Randolph [Randolph Μ.F.，O’Neill M.P., Stewart D.P., and Erbirch C.Performance of suct1n anchorsin fine-grained calcareous soil.Paper 0TC8831， Proc.0ffshore TechnologyConference, Houston, USA.1998]进行了重塑土中吸力式基础水平动承载力试验，土样是取自澳大利亚和印尼之间Timor Sea海底的石灰质?於泥。Craig [C raig W.H.(1981): Cyclic loading equipment for offshore foundat1n model.0ffshoreStructures: The Use of Physical Models in Their Design, eds.Armerj G.S.T.and Garasj F.K.Construct1n Press.NY.1981.327?334]、Hjortnaes-Pedersen 和Nelissen [Hjortnaes-Pedersen A.G.1.and Nelissen H.A.M.(1991): Applicat1nof hydraulic actuators in the Delft Geotechnics centrifuge.Centrifuge 91, HY Ko & F G.Mclean (eds), Balkema, Rotterdam,, 1991, 385—390]介绍了用于浅基础的加载装置，荷载频率在10 Hz到30 Hz之间。Tan [Tan FSC.(1990): Centrifugeand theoretical modeling of conical footings on sand.Ph.D.Thesis, CambridgeUniversity, Jan, 1990]采用伺服阀和定时机构控制的气压千斤顶施加水平荷载,最高频率为 I Hz。Dean [Dean E.T.R., Hsu Y.S., and Schofield A.N.(1993): Developmentof an new apparatus for centrifuge testing of offshore jackup platform modelsand data report for centrifuge test YSHl: 3-leg jackup model with flat spudson dense watwe-saturated sand.Technical Report CUED/D_Soils/TR267.Universityof Cambridge, London.1993]利用电动伺服马达驱动一个螺纹架前后移动施加水平动荷载，荷载频率为 3 Hz。Ng [Ng T.G.，Lee F.H.，Liaw C.Y.，and Chan E.S.(1994):Development of a dynamic loading device for model foundat1n.Proc.0f Int.Conference Centrifuge 94, Singapore/31 Aug.-2 Sept., 1994, 183~188]研制了一个电液伺服控制加载系统，可以对浅基础施加0.1 Hz-10 Hz的水平荷载。但以上研制的动力加载装置均侧重于对频率的控制，出力峰值均不大，如林小静等研制的装置出力峰值为98N0
[0005]应用于离心模型试验的，能提供较大侧向静力荷载的装置罕见报导。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种离心模型试验试验侧向静力加荷装置，旨在解决离心机高重力加速度场下的以下关键问题:1，现有技术只能模拟侧向动态力；2，现有技术只能模拟小幅值的侧向力；3，现有技术难以实现精确控制。本发明还将提供这种离心模型试验侧向静力加荷装置的测试方法。
[0007]完成上述发明任务的技术方案是:离心模型试验侧向静力加荷装置，由永磁低速同步电机、齿轮箱、蜗轮蜗杆和荷重传感器组成，所述永磁低速同步电机立式设置在齿轮箱上，永磁低速同步电机的输出，经齿轮箱内的齿轮减速后平行输出至蜗杆，涡轮轴水平设置，涡轮轴末端设有水平方向的荷重传感器。
[0008]上述技术方案中，永磁低速同