模拟风-波浪作用的海工基础多向加载试验系统及方法
一、成果简介
（一）成果概述
海洋工程结构基础在服役过程中受到多达数亿次水平风和波浪长期循环荷载作用，各荷载幅值、频率以及作用方向均不相同，且时常发生变化，导致基础的受荷运动形式及破坏机理相当复杂，呈现出多自由度运动破坏失稳模式，基础既有沿加载方向的水平、竖向运动形式，也有沿垂直于加载方向的平动运动形式，还有沿加载方向的转动以及绕加载方向轴线的转动运动形式。然而，目前单向或多向电液伺服模型试验加载设备及连接部件还没有能够体现出基础受荷后实际多自由度运动。目前的试验装置设备仅允许基础沿加载角度进行上下或者前后移动，难以反映真实运动情况，这是一个世界性难题。因此，需要研发一种室内模型试验装置，真实反映海洋工程基础在复杂荷载作用下的多自由度受荷运动模式。设备的成果研发可服务于海洋工程以及黄河三角洲地区相关海工结构和海工基础的相关研发工作、科学研究以及社会服务。
（二）技术特点及技术指标
试验系统包括基础沉贯安装系统、竖向加载系统、波浪、风荷载加载系统。基础贯入后，根据基础不同受荷特性，施加水平风、波浪荷载以及竖直或倾斜荷载。包括两台电液伺服水平作动器、一台竖向电液伺服水平作动器、加载反力架、电控制柜和液压伺服泵站。两台电液伺服水平作动器可自由上下移动，便于调节加载高度，同时可在水平面内以任意角度度旋转，实现不同方向加载。加载系统可实现单调及循环荷载和位移控制式正弦、三角波以及方波加载。加载频率、幅值、偏移量以及加载角度可随时间调整变换，尤其可实现非对称及非线性循环加载，可以很好地实现复杂海洋环境荷载的模拟。伺服作动器前端拉压传感器安装连接阀块，阀块与加载杆连接。阀块内设置滚珠轴承，保证加载杆可以在阀块内自由上下滑动。采用此种阀块设计可以确保试验风荷载和波浪荷载加载高度保持不变，符合实际情况。竖向加载作动器可模拟单调及循环加载，并可模拟海洋工程高频震动打桩过程。三台伺服作动器共同作用，模拟海洋工程复杂组合加载。加载系统采用电脑控制，试验数据电脑采集。
各加载作动器加载频率、幅值、偏移量以及加载角度可随时间调整变换。加载系统控制软件嵌入风、波浪和洋流荷载计公式以及模型试验比尺效应参数，实现一定比尺下复杂组合荷载的施加。其中风荷载和洋流荷载采用挪威船级社荷载计算公式，波浪荷载采用莫里森方程和斯托克斯高阶波浪参数计算公式。通过设置不同风、波浪、洋流参数，实现多向多种海洋环境荷载的长期作用。
此套加载系统为最新代的试验装备，可首次实现海洋环境荷载长期变向和不共向加载。
二、技术成熟程度
研制开发阶段，形成样机、样品或软件
三、推广合作方式
其他
四、团队简介
团队面向海洋工程、土木工程及海洋能源开发领域，围绕海工先进科研试验装备研发、海工新型基础、新型结构研发、海洋岩土力学基本理论与试验研究、海洋能源开采与利用、可燃冰开采工艺及开采过程中基础-土体相互作用、海洋混凝土与再生混凝土力学与结构灾变机理等研发。依托青岛市海洋工程协同技术创新中心平台，已发展成为国内海洋工程、土木工程及海洋能源开发利用领域具有重要影响的研究团队。团队先后主持/参与国家及省部级科研项目25余项，主持国家自然基金、山东省自然科学基金等科研项目20项；在海洋工程、土木工程、能源工程等领域权威期刊发表SCI论文120余篇（1区Top刊10篇，2区40，3区50）；主编/参编著作3部；授权国家发明专利30余项；获省部级及以上科研奖励6项；培养山东省优秀博士/硕士/学士学位论文获得者2人次。
五、专利授权及申请情况
1、国家发明专利：模拟风-波浪作用的海工基础多向加载试验系统及方法（授权）
2、实用新型专利：“海工基础多自由度模型试验电液伺服加载连接装置”（授权）
六、受资助及获奖情况
1、国家自然科学基金面上项目，51879044，饱和砂土和黏性土中裙式吸力桶形基础抗拔及拔出机理，2019-01至2022-12；
2、国家自然科学基金重点项目，海洋土软化特性及海床和基础失稳与灾变机理研究，51639002，2017-01至2021-12；
3、 国家自然科学基金面上项目，循环荷载作用下海上风电裙式吸力锚基础承载机理研究，51078227，2011-01-2013-12。
联系方式：0532-86983018。
