一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置的制作方法

本发明涉及施工实验装置领域，尤其涉及一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置。

背景技术：

与传统化石燃料相比，风能使用清洁，成本较低，具有开发范围广，安全、能源永不耗竭等优势。相比于陆上风电，海上风电具有风速大、湍流度低、不占耕地等优势。随着海上复合筒型风机基础及整机一步式安装技术的成功运用，大大减少海上风电基础的建造和施工成本。目前，设计安装的复合型筒型基础由混凝土过渡段、钢筒和分仓板组成。为了进一步降低筒型基础的成本，在保证设计强度要求的前提下，可以用混凝土制筒替代钢筒。

筒壁的增厚势必会增加下沉过程中的阻力，目前普遍采用刃脚超宽手段减少混凝土制筒的下沉阻力，为了探究超宽的宽度对于整个混凝土制筒下沉阻力的影响，需要设计不同宽度的刃脚超宽助沉装置进行对比实验。由于混凝土的浇筑养护周期较长，大大增加了模拟实验的实验周期。因此，现急需一种可减少实验成本，缩短实验周期，能够快速便捷的模拟刃脚不同超宽宽度，对混凝土制筒下沉阻力影响的实验装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种可减少实验成本，缩短实验周期，能够快速便捷的模拟刃脚不同超宽宽度，对混凝土制筒下沉阻力影响的实验装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，包括刃脚，所述刃脚顶侧中部固定设置有混凝土立柱，所述刃脚的顶面在混凝土立柱两侧等间距的设置有下部卡块，所述混凝土立柱顶侧固定设置有顶板；所述顶板的底面设置有与下部卡块配合的上部卡块，所述顶板的顶面对应混凝土立柱设置有位移计、拉压力计和倾角仪；所述混凝土立柱两侧的上部卡块与下部卡块之间，均插设有贴在混凝土立柱上的混凝土板，位于最外侧的混凝土板上设置有土压力计和孔隙水压力计。

进一步的，所述混凝土立柱、顶板和刃脚相互通过预埋件固定成整体。

进一步的，所述下部卡块之间的距离，以及所述上部卡块之间的距离均为2cm-4cm。

进一步的，所述混凝土板的厚度为2cm-4cm。

进一步的，所述土压力计和所述孔隙水压力计等间距的并排预埋在最外侧混凝土板的外端，土压力计和孔隙水压力计均为26个。

进一步的，所述刃脚的截面为三角形。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明在混凝土制筒下沉阻力实验中，由混凝土立柱模拟混凝土制筒，相比于浇筑不同刃脚超宽宽度的混凝土制筒模型，大大节省了实验材料。实验过程中混凝土立柱部分不变，通过在混凝土立柱两侧加设数量相同的混凝土板，对混凝土立柱的厚度进行改变，从而改变刃脚两侧超出混凝土立柱的宽度。通过改变不同数量的混凝土板，实现不同刃脚超宽宽度的实验变量控制，有利于对比实验的变量控制，不同工况的实验模型组装变换简单，大大缩短了整个探究性实验的实验周期。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中最外侧混凝土板的结构示意图；

图3为本发明的使用状态图。

附图标记说明：

1-顶板，2-上部卡块，3-混凝土立柱，4-下部卡块，5-刃脚，6-混凝土板，7-土压力计，8-孔隙水压力计，9-拉压力计，10-倾角仪，11-位移计。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图3所示，一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，包括刃脚5，所述刃脚5顶侧中部固定设置有混凝土立柱3，所述刃脚5的顶面在混凝土立柱3两侧等间距的设置有下部卡块4，所述混凝土立柱3顶侧固定设置有顶板1；所述顶板1的底面设置有与下部卡块4配合的上部卡块2，所述顶板1的顶面对应混凝土立柱3设置有位移计11、拉压力计9和倾角仪10；所述混凝土立柱3两侧的上部卡块2与下部卡块4之间，均插设有贴在混凝土立柱3上的混凝土板6，位于最外侧的混凝土板6上设置有土压力计7和孔隙水压力计8，所述土压力计7和所述孔隙水压力计8等间距的并排预埋在最外侧混凝土板6的外端，土压力计7和孔隙水压力计8均为2-6个；所述混凝土立柱3、顶板1和刃脚5相互通过预埋件固定成整体；所述下部卡块4之间的距离，以及所述上部卡块2之间的距离均为2cm-4cm，所述混凝土板6的厚度为2cm-4cm；所述刃脚5的截面为三角形。

本发明中的混凝土立柱3、顶板1和刃脚5相互通过预埋件固定成整体，且端面齐平，便于插设混凝土板和测量实验数据。上部卡块2和下部卡块4相对应，采用焊接方式固定在顶板1和刃脚5上。开始实验前，先根据刃脚5相对于混凝土立柱3需要模拟的超出宽度，在上部卡块2和下部卡块4之间加设不同数量的混凝土板6。混凝土板6紧贴立柱两侧的侧壁开始插入，然后在立柱两侧依次插入相同数量的混凝土板6，且同侧的混凝土板6相互紧贴。混凝土板6的厚度与卡块之间的距离均为2cm，使卡块与混凝土板配套的同时，尽可能的减小混凝土板之间的缝隙，更好的模拟立柱的不同厚度。当顶板1、混凝土立柱3、刃脚5和混凝土板6在混凝土板插入方向上的长度一致时，本实验装置测得的数据最稳定，效果最佳。加装完混凝土板6后，可通过在顶板1上部安装的拉压力计9、倾角仪10和位移计11，实时记录该实验模型下沉过程的下沉阻力、倾角和位移数据，实现快速便捷的模拟刃脚5不同超宽宽度，对混凝土制筒下沉阻力影响的实验工况。

实验结束后，可将各混凝土板6从混凝土立柱3两侧拆卸。然后根据刃脚5两侧超出混凝土立柱3的宽度变化，重新在立柱两侧加设相同数量的混凝土板6，进行重复实验，对比测得的阻力数据。在混凝土立柱3两侧最外端插设的混凝土板6，固定使用第一次实验中设置有土压力计7和孔隙水压力计8的两个混凝土板6，从而便于对立柱两侧的摩擦阻力进行测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，包括刃脚，其特征在于：所述刃脚顶侧中部固定设置有混凝土立柱，所述刃脚的顶面在混凝土立柱两侧等间距的设置有下部卡块，所述混凝土立柱顶侧固定设置有顶板；所述顶板的底面设置有与下部卡块配合的上部卡块，所述顶板的顶面对应混凝土立柱设置有位移计、拉压力计和倾角仪；所述混凝土立柱两侧的上部卡块与下部卡块之间，均插设有贴在混凝土立柱上的混凝土板，位于最外侧的混凝土板上设置有土压力计和孔隙水压力计。

2.根据权利要求1所述的一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，其特征在于：所述混凝土立柱、顶板和刃脚相互通过预埋件固定成整体。

3.根据权利要求1所述的一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，其特征在于：所述下部卡块之间的距离，以及所述上部卡块之间的距离均为2cm-4cm。

4.根据权利要求1所述的一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，其特征在于：所述混凝土板的厚度为2cm-4cm。

5.根据权利要求1所述的一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，其特征在于：所述土压力计和所述孔隙水压力计等间距的并排预埋在最外侧混凝土板的外端，土压力计和孔隙水压力计均为2-6个。

6.根据权利要求1所述的一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，其特征在于：所述刃脚的截面为三角形。

技术总结
本发明公开了一种模拟刃脚超宽对厚壁混凝土下沉阻力影响的实验装置，包括刃脚，所述刃脚顶侧中部固定设置有混凝土立柱，所述刃脚的顶面在混凝土立柱两侧等间距的设置有下部卡块，所述混凝土立柱顶侧固定设置有顶板；所述顶板的底面设置有与下部卡块配合的上部卡块，所述顶板的顶面对应混凝土立柱设置有位移计、拉压力计和倾角仪；所述混凝土立柱两侧的上部卡块与下部卡块之间，均插设有贴在混凝土立柱上的混凝土板，位于最外侧的混凝土板上设置有土压力计和孔隙水压力计。本发明旨在提供一种可减少实验成本，缩短实验周期，能够快速便捷的模拟刃脚不同超宽宽度，对混凝土制筒下沉阻力影响的实验装置。

技术研发人员：王海军;赵昊;练继建
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.08.27
技术公布日：2019.11.15