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海上风电设备清单-关于海上土壤的二维/三维静态及动态循环荷载试验
发布时间:2019-06-11
海上测试
 
据估计,未来30年,世界能源消费将增长56%。核能和可再生能源是世界上增长最快的能源来源,均以年均2.5%的速度增长。 
在全球范围内,水力发电和风力发电是全球可再生能源发电量增长的两大贡献者(IEA,2013年)。
此外,碳氢化合物继续在能源市场中发挥重要作用,平台在更深的水域中建造,以便能够进入新的油气田。由于各种静态、循环和动态载荷,海上能源结构,包括风力涡轮机和石油和天然气平台,在结构、风、波浪和土壤之间经历复杂的相互作用。
 
GDS开发了一系列设备,可以复制应用于海上能源结构基础土壤的二维和三维静态和动态循环荷载。这些系统包括三轴和直接简单剪切系统,可以确定海上土壤的循环强度,以及固结特性,使用局部传感器的小应变刚度测量,以及静态不排水强度,以便在设计过程中进行评估.


海上测试标准


  • ASTM D-3999:通过三轴测定土壤的杨氏模量和滞回阻尼系数。这些参数在进行地震事件对近海土壤进行动力响应分析时,或在评估结构和地基的固有频率时非常重要。
  • ASTM D-5311:通过三轴仪测定土壤的不排水循环强度。该参数用于评估近海土壤抵抗波浪和风荷载引起的往复循环剪应力的能力
  • ASTM D-6528:通过直剪单剪切仪测定土壤的静态剪切强度参数。本标准也可作为对近海土壤进行循环单剪试验的指南,以确定设计中使用的循环强度。




Products for Offshore Testing
海上风电岩土试验设备清单

高级动态三轴试验系统(DYNTTS)是一套高端的试验设备,它将三轴单元与动态作动器结合在一起,能够在频率高达10Hz的情况下施加循环载荷、变形和应力。压力室本身是由包含电机驱动器的整体底座单元驱动的。轴向荷载和变形通过压力室底座施加。
该系统可与动态围压作动器组合,以便围压压力也可达到系统的设计频率。DYNTTS允许一个易于制备的圆柱形试样被饱和并固结到近似现场的条件,然后应用静态或循环加载,后者模拟风和波浪荷载引起的应力条件。注:使用DYNTTS时,用户可自定义的循环加载波形。
采用电机动态循环单剪装置(EMDCSS)对圆柱形土样进行直接单剪试验。它能够进行从小应变(0.005%剪切应变振幅)到大应变(10%剪切应变振幅)的动态循环试验,以及极其精确的静态载荷。易于制备的试样受到主要应力旋转的影响,这代表了在海洋能源结构基础(如桩基础)中观察到的许多土壤反应。
注:当使用EMDCSS时,用户定义的循环加载模式(如风暴期间的波浪荷载记录)也可应用于试样。
变方向动态循环单剪装置(VDDCSS)使直接单剪能够双向施加,而不是标准单向施加。这是通过使用一个剪切作动器器成90度角的第二个剪切作动器来实现的。当用可变方向系统时,第二剪切向的荷载和位移与第一剪切荷载轴分别施加。这??在任何水平方向进都可进行简单的剪切试验,近似于海上结构物可能因风荷载和波浪荷载组合而经历的复杂荷载模式。
GDS标准型动态三轴试验系统(ELDYN)是一个入门级的动态三轴系统,基于一个轴向刚性反力框架和一个安装在梁上的电机作动器。ELDYN的设计是为了满足岩土实验室测试行业对低成本、更基础的动态三轴测试系统的需求,也能满足客户对GDS产品的期许,产品能达到非常先进的标准。ELDYN允许圆柱形试样应用静态或循环加载阶段之前进行饱和并固结,以接近现场地面条件,而后者可用于模拟风和波荷载引起的应力条件。
GDS基础剪切系统(GDSSS)是一种机电剪切试验装置,可以配置为简单剪切或直接剪切装置。该装置的优点是,简单剪切和直接剪切之间的转换很简单,因此,如果在出厂时没有提供这所有选项,则可以在以后升级缺少的选项。由于直接剪切和直接简单剪切试验可以在土样上进行,因此GDSSS可以为海洋能源结构基础的设计和评估提供典型的强度和变形参数。
界面剪切试验系统是一个CRS固结压力室,具有底座可以无限旋转的附加功能。内部测力传感器测量试样的轴向力和产生的扭矩。该系统用于测试试件与顶盖之间的剪切界面。用户可以将特定材料粘合到顶帽上进行测试。这些特点使得GDSIST能够定义结构和地质材料之间的界面强度,这在设计海上能源结构基础时经常需要。
GDS小应变空心圆柱(SS-HCA)允许将旋转位移和扭矩施加到空心圆柱土样上。使用该装置可以控制三个主应力的大小和方向。例如,可以进行研究来评估土壤样品各向异性、主应力旋转以及变化的中主应力的影响。有两个版本的SS-HCA可用:动态(SS-HCA d)和低成本静态(SS-HCAs)版本。在确定海上能源结构基础设计和评估典型强度和变形参数时,动态版本尤其有用。
GDS自动固结仪系统(GDSAOS)是传统挂码式固结仪的现代化替代品。它是采用一个独立的步进电机驱动,可以使用它的智能键盘控制,也可以使用USB接口用PC机控制。无需压缩空气或手动放置重物。当与GDSLAB控制和数据采集软件一起使用时,GDSAOS可以用于一系列完整的测试,超过一台挂码式固结仪可以执行的测试。这包括确定在设计和评估海上能源结构基础时有用的固结参数。
GDS固结试验系统(GDSCTS)是为土样设计的最先进的全自动固结试验系统。该系统基于Rowe和Barden型的固结压力室,使用来自高级、标准或入门的GDS压力/体积控制器。其中两个压力控制器与计算机相连,一个用于轴向应力和轴向位移控制,另一个用于设置反压。这种功能使GDSCT能够确定设计和评估海上能源结构基础时有用的固结参数。
GDS恒应变固结压力室(CRS)主要为希望缩短完成固结试验所需时间的高级商业试验实验室设计。CRS压力室可以安装新的GDS或现有的负载框架来代替三轴压力室。基于加载框架的一维固结池能够施加反压力,测量高达1MPa(低压版)或20MPa(高压版)的孔隙压力。总体而言,CRS系统允许快速准确地确定设计和评估海上能源结构基础时有用的固结参数。
静态三轴岩石试验系统可施加最大2 MN的轴向荷载,三轴压力室的额定压力高达100 MPa,用于最大直径为200 mm的试样。
主动岩石三轴测试系统允许通过液压驱动三轴单元施加高达2 MN的轴向载荷。对于最大直径为150 mm的试样,可使用高达64 MPa的围压。
岩石动态三轴试验系统可以在20Hz及以下的动态频率下施加1.5mN的轴向载荷。使用伺服液压作动器系统实现动态加载。
声发射传感器能够记录测试过程中岩样发生的微裂缝。水下传感器可连续监测断裂情况,或仅在触发时监测断裂情况。
声速传感器允许在岩样中测量纵波和横波的速度。传感器安装在底座和顶盖上,或者在某些情况下安装在试样的侧面。
GDS Hoek压力室是传统Hoek压力室的的一个更精细的版本,它可以也完全可以增加声速和/或声发射传感器。
大型自动直剪系统是一种电机直剪试验装置,适用于面积达300平方毫米的试样。
多年来,共振柱装置已被用于研究和商业实验室,以估算中小型应变范围(<1%)土样的剪切模量G和阻尼比D值。随着应变幅度的增加,这些参数的变化允许工程师进行动态响应分析,例如使用有限元和非线性分析方法进行的动态响应分析,从而能够对承受动态和循环荷载的自然和工程结构进行性能评估。

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