一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置的制作方法

1.本技术涉及海上风力发电的技术领域，尤其是涉及一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置。


背景技术：

2.我国海岸线悠长，具备丰富的海上风能资源条件，大力开发海上风电，从而推进能源生产和消费革命, 构建清洁低碳、安全高效的能源体系。而伴随着海上风电行业的快速发展，海上风电安装市场需求猛增，庞大的海上风电装机需求为风电产业创造了新机遇，同时也给海上风电全产业链带来了新挑战。随着海上风电电价的国补退坡，海上风电成本压力激增，为进一步降低海上风电成本，近年来机组大型化趋势已愈加明显。
3.随着我国海上风电机组大型化的发展，超长钢管桩基础的安装需求与日俱增，而大直径超长钢管桩的水下沉桩技术在国内研究较少，且超长钢管桩安装后其上部自由端长度较大，在风、波、流的作用下，沉桩难度及能量损失均较大。此外，不同的打桩方式、桩帽的结构、地质条件等因素对实际工程中沉桩效果及能量传递效率的影响仍不明确，海上风电基础中大直径超长钢管桩的沉桩技术仍有许多问题有待解决，因此需要对海上风电钢管桩打桩过程进行模拟以对上述问题进行进一步探究。


技术实现要素：

4.本技术提供一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，能够实现海上风电场中大直径钢管桩在不同地基条件下多种打桩方式的室内试验模拟，也能够对不同打桩方式下钢管桩的沉桩效果进行合理评价，获得不同影响因素下钢管桩打桩过程的能量传递效率，从而能够为海上风电场大直径钢管桩的沉桩作业提供试验依据和建设指导。
5.本技术提供一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，采用如下的技术方案：一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，包括架体、活动座、桩体、桩锤以及土箱，所述土箱设置于所述架体的底部，所述活动座沿竖直方向与所述架体活动连接，所述桩锤与所述活动座活动连接且位于所述活动座的下方，所述桩体竖直设置于所述桩锤的下方，且所述桩体的底部位于所述土箱的内部；还包括静力压桩结构、动力打桩结构、激振沉桩结构以及数据采集系统；所述静力压桩结构包括若干用于驱使所述活动座相对于所述架体活动的第一驱动组件；所述动力打桩结构包括若干用于驱使所述桩锤相对于所述活动座活动的第二驱动组件；所述激振沉桩结构包括若干用于激励所述桩锤振动的第三驱动组件；所述数据采集系统包括数据采集组件以及数据分析组件，所述数据采集组件设置于所述桩体上，所述数据分析组件与所述数据采集组件信号连接。
6.通过采用上述技术方案，桩体的底部安装于土箱内部模拟实际施工过程中桩体于海底的安装环境，更换土箱中的材料能够模拟海底不同的地质条件，从而使试验装置的功
能更加多样化；静力压桩的过程中，第一驱动组件驱使活动座向下活动，桩锤相对于活动座位置固定，活动座活动通过桩锤对桩体顶部施加作用力；动力打桩的过程中，第一驱动组件驱使活动座向下活动至距桩体顶部一定距离后位置固定，第二驱动组件驱使桩体上下活动多次撞击桩体的顶部；激振沉桩的过程中，第一驱动组件驱使活动座向下活动至桩锤与桩体的顶部相抵后，第三驱动组件启动激励桩锤振动，桩锤将振动传导至桩体上；数据采集组件收集不同影响因素以及不同打桩方式下钢管桩打桩过程的能量传递效率并将数据传送到数据分析组件，数据分析组件将数据结果可视化，工程人员可根据可视化结果，对静力压桩结构、动力打桩结构或激振沉桩结构进行操作以保障打桩过程平稳精准运行（即反向纠正），且试验数据能够为海上风电场大直径钢管桩的沉桩作业提供试验依据和建设指导。
7.可选的，所述架体包括两个固定座以及若干第一导向件，所述第一导向件竖直设置，且所述第一导向件的两端分别与两所述固定座连接；所述活动座位于两所述固定座之间，且若干所述第一导向件均穿设于所述活动座上；所述第一驱动组件包括电机、丝杆、加速器以及减速器，所述丝杆沿竖直方向同时穿设于所述活动座以及两所述固定座上，且所述丝杆与所述活动座螺纹配合，所述电机设置于一所述固定座上，所述电机与所述丝杆连接且驱使所述丝杆以自身的轴线为轴转动，所述加速器以及所述减速器均与所述电机连接。
8.通过采用上述技术方案，第一导向件能够引导活动座沿竖直方向活动，从而能够保证活动座带动桩锤对桩体的施力方向竖直向下，进而能够提高试验数据的可靠性；电机驱使丝杆转动从而带动活动座活动，电机分别与加速器以及减速器配合能够更加精准地控制自身驱使丝杆转动的转速，从而能够更加精准地控制活动座的活动速度，进而能够更加精准地控制活动座对桩体的静力压桩过程。
9.可选的，所述静力压桩结构还包括若干配合件，所述配合件与所述桩锤可拆卸连接，且所述配合件与所述活动座可拆卸连接。
10.通过采用上述技术方案，静力压桩的过程中，配合件与活动座连接，能够提高静力压桩过程中桩锤与活动座之间相对位置的稳定性；同时，活动座通过桩锤对桩体施加作用力的过程中，反作用力将集中于配合件上，能够减少反作用力对活动座的影响，降低桩锤直接将反作用力作用于活动座上导致活动座受损的概率，从而能够延长活动座的使用寿命；且反作用力导致配合件受损时，配合件方便更换。
11.可选的，还包括若干第二导向件，所述第二导向件竖直设置，所述第二导向件的一端与所述桩锤连接，且所述第二导向件穿设于所述活动座上。
12.通过采用上述技术方案，第二导向件能够引导桩锤相对于活动座沿竖直方向活动，使得桩锤在动力打桩的过程中能够沿竖直方向撞击桩体，也使得桩锤在激振沉桩的过程中能够主要将竖直方向的振动传递至桩体上，从而能够进一步提高试验数据的可靠性。
13.可选的，所述第二驱动组件包括电磁铁以及固定磁铁，所述电磁铁外接电路且与所述桩锤连接，所述固定磁铁与所述活动座连接。
14.通过采用上述技术方案，电磁铁通电后能够带动桩锤朝靠近或远离固定磁铁的方向活动，控制电磁铁通电电流的方向以及电流的大小，能够对第二驱动组件驱使桩锤相对于活动座活动的方向以及速度进行控制，且具有较高的控制精度，从而能够提高试验的精度。
15.可选的，所述第二驱动组件还包括第三导向件，所述电磁铁与所述固定磁铁沿竖直方向对齐，所述第三导向件的一端与所述活动座连接，所述第三导向件穿设于所述桩锤上，且所述电磁铁套设于所述第三导向件上。
16.通过采用上述技术方案，第三导向件能够引导电磁铁通电后相对于固定磁铁沿竖直方向活动，从而能够进一步保证动力打桩过程中桩锤沿竖直方向撞击桩体；并且，电磁铁与固定磁铁沿竖直方向对齐，能够使电磁铁通电后与固定磁铁之间的磁性相吸或相斥效果更加显著，从而使能源能够被有效利用，进而提高第二驱动组件的使用效果。
17.可选的，所述第三驱动组件包括振动件以及连接杆，所述振动件设置于所述活动座上，所述连接杆穿过所述活动座，所述连接杆的两端分别与所述振动件以及所述桩锤连接。
18.通过采用上述技术方案，激振沉桩的过程中，第一驱动组件以及第二驱动组件共同作用使桩锤与桩体相抵后，振动件工作时发生振动并将振动传递至连接杆上，连接杆再将振动传递至桩锤上，从而能够以激振沉桩的方式稳定对桩体进行打桩模拟。
19.可选的，所述数据采集组件包括压力传感器、位移传感器以及倾角仪，所述压力传感器、所述位移传感器以及所述倾角仪均位于所述桩体远离所述土箱的一端。
20.通过采用上述技术方案，数据采集组件能够通过压力传感器、位移传感器以及倾角仪获得不同打桩方式下桩体的位移、桩体受到的应力、桩体位移的加速度、桩体的倾角等参数，数据采集组件再将获得的参数传输至数据分析组件，数据分析组件对参数进行分析后形成可视化结果，为海上风电场大直径钢管桩的沉桩作业提供试验依据和建设指导。
21.可选的，还包括具有弹性的桩垫以及锤垫，所述桩垫与所述桩体远离所述土箱的一端连接，所述锤垫位于所述桩垫背离所述桩体的一侧，所述数据采集组件位于所述锤垫以及所述桩垫之间。
22.通过采用上述技术方案，桩垫用于在打桩过程中保护桩体，锤垫用于在打桩过程中保护桩锤，压力传感器、位移传感器以及倾角仪位于桩垫与锤垫之间，既能够更加精确地检测到数据，也能够让桩垫和锤垫同时对压力传感器、位移传感器以及倾角仪起到保护作用，降低试验过程中压力传感器、位移传感器以及倾角仪受外力损坏的概率。
23.可选的，还包括若干第四导向件，若干所述第四导向件竖直设置，所述第四导向件的两端分别与所述桩垫以及所述锤垫连接。
24.通过采用上述技术方案，在不同打桩方式下，桩锤对桩体施加作用力时，若干第四导向件能够引导桩锤对桩体施加的作用力竖直向下，既能够提高压力传感器、位移传感器以及倾角仪所检测到的数据的精确度，也能够降低桩体在受力后发生倾斜、偏移的概率，让试验过程能够稳定进行。
25.综上所述，本技术包括以下至少一种有益效果：1.能够实现海上风电场中大直径钢管桩在不同地基条件下多种打桩方式的室内试验模拟，也能够对不同打桩方式下钢管桩的沉桩效果进行合理评价，获得不同影响因素下钢管桩打桩过程的能量传递效率，从而能够为海上风电场大直径钢管桩的沉桩作业提供试验依据和建设指导；2.静力压桩的过程中，第一驱动组件能够精确控制活动座活动带动桩锤对桩体施加作用力，满足更多的试验需求，并且能够降低静力压桩对活动座以及桩锤的损伤，延长活
动座以及桩锤的使用寿命；3.动力打桩的过程中，第一驱动组件驱使活动座活动确定打桩高度，第二驱动组件驱使桩锤相对于活动座活动，从而使桩锤多次撞击桩体，能够对更多的打桩工况进行模拟，适用性更强；4.激振沉桩的过程中，第一驱动组件以及第二驱动组件共同作用使桩锤与桩体保持相抵，第三驱动组件激励桩锤振动，桩锤振动对桩体施加作用力进行沉桩作业，能够进一步对更多的打桩工况进行模拟，进一步增强适用性；5.试验过程中，锤垫能够保护桩锤，桩垫能够保护桩体，且锤垫和桩垫能够共同保护数据采集组件，能够延长桩锤、桩体以及数据采集组件的使用寿命，从而降低试验装置使用过程中的故障率。
附图说明
26.图1是本技术实施例一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置的结构示意图；图2是本技术实施例中数据采集系统的示意图；图3是本技术实施例中试验装置进行静力压桩过程中的结构示意图；图4是本技术实施例中试验装置进行动力打桩过程中的结构示意图；图5是图4中a处的放大图；图6是本技术实施例中试验装置进行激振沉桩过程中的结构示意图。
27.附图标记说明：1、架体；11、固定座；12、第一导向件；2、活动座；21、锁定口；3、桩体；4、桩锤；5、土箱；51、配合口；6、静力压桩结构；61、第一驱动组件；611、电机；612、丝杆；613、加速器；614、减速器；7、动力打桩结构；71、第二驱动组件；711、电磁铁；712、固定磁铁；713、第三导向件；8、激振沉桩结构；81、第三驱动组件；811、振动件；812、连接杆；9、数据采集系统；91、数据采集组件；911、压力传感器；912、位移传感器；913、倾角仪；92、数据分析组件；921、传输单元；922、分析单元；923、显示单元；101、第二导向件；102、安装架；103、配合件；104、桩垫；105、锤垫；106、活动罩；107、第四导向件。
具体实施方式
28.以下结合附图1-6对本技术作进一步详细说明。
29.参照图1和图2，本技术实施例公开一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，包括架体1、活动座2、桩体3、桩锤4、土箱5、静力压桩结构6、动力打桩结构7、激振沉桩结构8以及数据采集系统9。
30.架体1包括两个固定座11以及若干第一导向件12，优选固定座11整体为矩形板状结构、第一导向件12为圆柱体结构，且优选架体1共包括四个第一导向件12。一个固定座11放置于地面上，另一个固定座11位于该固定座11的上方，两固定座11均呈水平状态且两固定座11沿竖直方向对齐；第一导向件12的两端分别与两固定座11固定连接，四个第一导向件12均呈竖直状态，且四个第一导向件12与固定座11的连接位置分别靠近固定座11的四个边角位置。
31.土箱5位于两固定座11之间，固定安装于位于下方的固定座11上，且于固定座11上
位置居中。优选土箱5整体为空心的立方体结构、桩体3整体为圆柱体结构。土箱5的顶部开设有供桩体3的一端穿过且与桩体3相适配的配合口51，配合口51与土箱5的内腔相通，且配合口51于土箱5端面上的位置居中。土箱5的内腔中填充有砂土材料，根据填充不同的砂土材料模拟不同的地质条件，且模拟不同的地质条件需要不同的填充方法。往土箱5的内腔中填充砂土材料时，具体通过所研究区域的地质勘探资料，选择填充砂土地基（落砂法）、黏土地基（真空预压法）、粉质黏土地基（真空预压法）或分层土地基（落砂法和真空预压法相结合）。
32.土箱5的内腔中填充好砂土材料后，将试验用的桩体3的一端沿竖直方向伸入配合口51，桩体3的底部与土箱5内腔中的砂土材料接触后将在自身的重力作用下发生自然沉桩，自然沉桩停止后桩体3的底部将部分插入土箱5内腔中的砂土材料中，桩体3的顶部位于上方一固定座11的下方。
33.活动座2位于两固定座11之间且位于土箱5的上方，活动座2与固定座11平行，优选活动座2整体也为矩形板状结构。四个第一导向件12也分别与活动座2的四个边角位置穿设配合，活动座2在四个第一导向件12的引导下能够沿竖直方向且于土箱5与上方固定座11之间活动。
34.桩锤4位于活动座2的下方且位于土箱5的上方，桩体3的底部于土箱5空腔中的砂土材料中自然沉桩后，桩锤4位于桩体3的上方且与桩体3沿竖直方向对齐。
35.试验装置还包括若干第二导向件101，优选试验装置共包括两个第二导向件101，且优选第二导向件101为圆柱体。第二导向件101的长度方向与第一导向件12的长度方向平行，两第二导向件101的底部均与桩锤4固定连接，且两第二导向件101与桩锤4的连接位置于桩锤4上对称分布。第二导向件101的另一端位于上方固定座11的上方，第二导向件101与活动座2穿设配合，且位于上方的固定座11于自身的中心位置开设有供第二导向件101穿过的让位口。桩锤4在第二导向件101的引导下能够沿竖直方向相对于活动座2活动，桩锤4相对于活动座2活动的过程中，第二导向件101远离桩锤4的一端保持位于上方固定座11的上方，即第二导向件101限制桩锤4相对于活动座2活动的活动范围。
36.静力压桩结构6用于驱使活动座2沿竖直方向活动。
37.参照图3，一实施例中，静力压桩结构6包括若干第一驱动组件61，优选静力压桩结构6包括两个第一驱动组件61，且两第一驱动组件61分别位于桩锤4水平方向的两侧。
38.第一驱动组件61包括电机611以及丝杆612，优选电机611为伺服电机611，便于试验人员远程对电机611的启闭以及转速进行控制。电机611固定安装于位于上方的固定座11上且位于该固定座11的上方，丝杆612竖直安装于两固定座11之间，丝杆612的底部与位于下方的固定座11转动连接，丝杆612的顶部穿过位于上方的固定座11后与电机611固定连接，且丝杆612的转动轴线与自身的轴线重合。丝杆612的表面具有螺纹，丝杆612穿过活动座2且与活动座2螺纹配合。两第一驱动组件61的电机611同步工作驱使两丝杆612同步同向转动能够驱使活动座2沿竖直方向活动。
39.一实施例中，第一驱动组件61还包括加速器613以及减速器614，加速器613以及减速器614均位于上方固定座11的上方，且加速器613与减速器614以串联的方式固定连接后，两端再分别与电机611以及丝杆612的端部固定连接，附图中以减速器614与电机611固定连接且加速器613与丝杆612固定连接为例示出。
40.加速器613以及减速器614均未工作时，电机611能够先后通过加速器613以及减速器614直接以自身额定的输出功率驱使丝杆612转动；加速器613工作而减速器614未工作时，电机611能够先后通过加速器613以及减速器614直接以大于自身额定的输出功率的输出功率驱使丝杆612转动；加速器613未工作而减速器614工作时，电机611能够先后通过加速器613以及减速器614直接以小于自身额定的输出功率的输出功率驱使丝杆612转动；加速器613以及减速器614均工作时，电机611能够先后通过加速器613以及减速器614在一定的输出功率范围内（电机611自身的额定输出功率落入该范围内）驱使丝杆612转动，加速器613与减速器614配合能够形成多种转速比，从而能够方便试验人员根据需求对丝杆612的转速进行更加精密的调控。
41.由于伺服电机611、加速器613以及减速器614均为常见的现有技术，故在此不做赘述。
42.动力打桩结构7用于驱使桩锤4沿竖直方向相对于活动座2活动，激振沉桩结构8用于激励桩锤4振动。试验装置还包括便于动力打桩结构7以及激振沉桩结构8安装的安装架102，优选安装架102的底部整体为立方体结构。安装架102与活动座2固定连接且位于活动座2的上方，活动座2沿竖直方向向上活动时，位于上方的固定座11上的让位口将为安装架102提供让位空间。
43.参照图4和图5，一实施例中，动力打桩结构7包括若干第二驱动组件71，优选动力打桩结构7包括四个第二驱动组件71，四个第二驱动组件71沿竖直方向于安装架102底部的投影分别靠近安装架102底部的四个边角位置。第二驱动组件71包括电磁铁711以及固定磁铁712，电磁铁711固定安装于桩锤4的顶部，固定磁铁712固定安装于安装架102的底部，电磁铁711位于固定磁铁712的下方且与固定磁铁712沿竖直方向对齐。电磁铁711外接电路，附图中未示出，电磁铁711通电后自身的磁性以及磁力发生改变，从而与固定磁铁712之间配合驱使桩锤4相对于活动座2活动。固定磁铁712自身带有磁性，优选试验装置的其他组成部分均由无磁性材料制成。由于电磁铁711为常见的现有技术，故在此不做赘述。
44.一实施例中，第二驱动组件71还包括第三导向件713，优选第三导向件713整体为圆柱体结构。第三导向件713的长度方向竖直，第三导向件713的顶部与安装架102的底部固定连接，第三导向件713的底部穿设于桩锤4上。第二驱动组件71驱使桩锤4相对于活动座2活动的过程中，第三导向件713远离安装架102的一端保持与桩锤4穿设配合。固定磁铁712以及电磁铁711均套设于第三导向件713上，第三导向件713引导电磁铁711相对于固定磁铁712沿竖直方向活动，从而带动桩锤4沿竖直方向活动。当活动座2活动至与位于上方的固定座11相抵时，电磁铁711朝靠近固定磁铁712的方向活动至极限位置后能够与固定磁铁712相抵。
45.一实施例中，第二驱动组件71还包括缓冲垫，优选缓冲垫整体为环形片状结构，缓冲垫固定安装于固定磁铁712靠近安装架102的一端。当第二驱动组件71驱使桩锤4相对于活动座2活动对桩体3进行打桩作业时，缓冲垫能够减轻固定磁铁712与安装架102之间的碰撞，从而保护固定磁铁712。
46.参照图6，一实施例中，激振沉桩结构8包括若干第三驱动组件81，优选激振沉桩结构8共包括一个第三驱动组件81。第三驱动组件81包括振动件811以及连接杆812，优选振动机为微信振动电机611，安装架102的顶部具有支架，振动件811通过螺母固定安装于支架
上，使得振动件811于安装架102底部的上方悬空安装固定；连接杆812位于振动件811的下方，优选连接杆812整体为圆柱体结构，连接杆812的长度方向与第一导向杆的长度方向平行，且连接杆812的轴线与桩锤4的中心线重合。连接杆812的顶部与振动件811固定连接，连接杆812的底部能够穿过活动座2并穿入桩锤4与桩锤4配合。
47.参照图5，一实施例中，试验装置还包括若干配合件103，优选试验装置共包括两个配合件103。配合件103位于桩锤4的上方，且配合件103与桩锤4通过螺栓可拆卸连接，两配合件103分别位于桩锤4的两端且两配合件103于桩锤4上的连接位置对称分布。活动座2上对应开设有两个供配合件103插入的锁定口21，桩锤4相对于活动座2活动至桩锤4与活动座2相抵时，两配合件103均插入对应的锁定口21中。配合件103插入锁定口21中后，优选配合件103也通过螺栓与活动座2可拆卸连接，且配合件103与活动座2可拆卸连接后，桩锤4与活动座2之间存在间距，使得桩锤4与活动座2之间主要通过配合件103来传递作用力，即桩锤4与活动座2之间作用力造成的磨损主要集中于配合件103。
48.参照图2，数据采集系统9包括数据采集组件91以及数据分析组件92，数据采集组件91安装于桩体3的顶部，用于采集不同打桩方式下桩体3的位移、桩体3受到的应力、桩体3位移的加速度、桩体3的倾角等参数；数据分析组件92与数据采集组件91信号连接，用于对数据采集组件91采集到的数据进行分析并提供可视化结果。
49.一实施例中，数据采集组件91包括压力传感器911、位移传感器912以及倾角仪913。压力传感器911、位移传感器912以及倾角仪913均固定安装于桩体3的顶部，优选压力传感器911于桩体3上位置居中，优选位移传感器912位于压力传感器911的一侧，且优选倾角仪913位于压力传感器911的内部，压力传感器911对倾角仪913起保护作用。优选倾角仪913为高精度双轴倾角仪913，以竖直方向为z轴，倾角仪913用于采集桩体3在x轴和y轴方向上的倾角，可实时反馈桩体3顶部双轴向的倾斜角度，且倾斜角度超过预设角度范围后，可进行蜂鸣报警。由于压力传感器911、位移传感器912以及倾角仪913（高精度双轴倾角仪913）均为常见的现有技术，故在此不做赘述。
50.一实施例中，试验装置还包括桩垫104、锤垫105以及活动罩106，优选桩垫104和锤垫105均为橡胶制品。优选桩垫104为圆形片状结构，桩垫104固定安装于桩体3的顶部并将桩体3的上端面覆盖，压力传感器911、位移传感器912以及倾角仪913均固定安装于桩垫104上；优选活动罩106为圆柱罩体结构，活动罩106的一端套设于桩体3顶部上，活动罩106内部与桩垫104之间形成供压力传感器911、位移传感器912以及倾角仪913的安装空间，压力传感器911远离桩垫104的一端与活动罩106相抵，位移传感器912远离桩垫104的一端与活动罩106之间沿竖直方向存在间距；优选锤垫105也为圆形片状结构，锤垫105位于桩垫104背离桩体3的一侧且与桩垫104沿竖直方向对齐，锤垫105与活动罩106远离桩体3的一端固定连接。
51.一实施例中，试验装置还包括若干第四导向件107，优选试验装置共包括六个第四导向件107，且优选第四导向件107也为圆柱体结构。第四导向件107的长度方向与第一导向件12的长度方向平行，第四导向件107的一端与桩体3的顶部固定连接且第四导向件107穿过桩垫104，六个第四导向件107以桩体3的轴线为轴呈圆周阵列分布。活动罩106的内部具有六个供第四导向件107远离桩体3的一端穿设的结构，第四导向件107引导活动罩106沿竖直方向相对于桩体3活动。
52.一实施例中，数据分析组件92包括传输单元921、分析单元922以及显示单元923，传输单元921与压力传感器911、位移传感器912以及倾角仪913均为信号连接，分析单元922与传输单元921信号连接，显示单元923与分析单元922信号连接。传输单元921能够收集压力传感器911、位移传感器912以及倾角仪913采集到的数据并将采集到的数据传输至分析单元922，分析单元922对获得的数据进行分析后再将分析结果于显示单元923上可视化呈现。优选传输单元921为移动终端设备（即可以在移动中使用的计算机设备），优选分析单元922为微型电子计算机，且优选显示单元923为plc触控显示屏。由于移动终端设备、微型电子计算机以及plc触控显示屏均为常见的现有技术，故在此不做赘述，且附图中未将数据分析组件92示出。
53.参照图3和图5，静力压桩的过程中，先控制第二驱动组件71驱使桩锤4活动至与活动座2相抵，再将活动座2与配合件103以可拆卸的方式固定连接，此时桩锤4在第二驱动组件71停止工作后仍能够保持与活动座2相抵；再控制第一驱动组件61驱使活动座2带动桩锤4向下活动至与桩体3相抵后沿竖直方向向下对桩体3施加作用力，通过控制丝杆612的转速即可控制桩锤4对桩体3的作用力大小。
54.桩锤4对桩体3施加作用力时，桩体3也对桩锤4具有反作用力，桩锤4受到的反作用力将传递至活动座2，且反作用力的影响将集中配合件103。配合件103若因反作用力的影响而损坏，更换方便。
55.参照图2和图4，动力打桩的过程中，先控制第一驱动组件61驱使活动座2带动桩锤4活动至桩体3上方的一定高度位置，后保持活动座2的位置固定，此时桩锤4与桩体3之间的间距即桩锤4的打桩高度；然后控制第二驱动组件71驱使桩锤4与活动座2保持相抵，同时解除配合件103与活动座2之间通过可拆卸方式形成的固定连接，即桩锤4可相对于活动座2活动；再控制第二驱动组件71驱使桩锤4朝靠近桩体3的方向活动至与桩体3接触对桩体3进行撞击，之后第二驱动组件71再驱使桩锤4朝远离桩体3的方向活动复位，以此循环，实现动力打桩。
56.桩体3在动力打桩的过程中位置高度发生变化，第一驱动组件61将根据位移传感器912的反馈，驱使活动座2同步活动使活动座2与桩体3之间的间距保持一定距离，即桩锤4的打桩高度保持恒定。
57.参照图2和图6，激振沉桩的过程中，先控制第一驱动组件61驱使活动座2带动桩锤4活动至与桩体3相抵，再解除配合件103与活动座2通过可拆卸的方式形成的固定连接，使桩锤4能够相对于活动座2活动；接着控制第三驱动组件81激励桩锤4振动，且若干第二导向件101引导桩锤4主要沿竖直方向振动，桩锤4振动将振动传递至桩体3上，实现激振沉桩。
58.桩体3在激振沉桩的过程中位置高度发生变化，第一驱动组件61将根据位移传感器912的反馈，驱使活动座2带动桩锤4同步活动保持桩锤4与桩体3相抵。
59.参照图2，无论在静力压桩、动力打桩或是激振沉桩的过程中，数据采集组件91均能够采集试验过程中的数据变化情况并将数据变化情况传输至数据分析组件92，数据分析组件92也均能够对收到的数据进行分析后将分析结果可视化呈现，从而能够为海上风电场大直径钢管桩的沉桩作业提供试验依据和建设指导。
60.本技术实施例一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置的实施原理为：
桩体3的底部于土箱5中自然沉桩，通过改变土箱5中的砂土材料能够对不同的地质条件进行模拟；通过静力压桩结构6、动力打桩结构7以及激振沉桩结构8能够分别对桩体3实现静力压桩、动力打桩以及激振沉桩，能够对不同打桩方式进行模拟试验；数据采集组件91采集不同打桩方式下桩体3的相关数据并将数据输送至数据分析组件92，数据分析组件92对数据进行分析后将结果可视化呈现，为海上风电场大直径钢管桩的沉桩作业提供试验依据和建设指导。
61.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，包括架体（1）、活动座（2）、桩体（3）、桩锤（4）以及土箱（5），所述土箱（5）设置于所述架体（1）的底部，所述活动座（2）沿竖直方向与所述架体（1）活动连接，所述桩锤（4）与所述活动座（2）活动连接且位于所述活动座（2）的下方，所述桩体（3）竖直设置于所述桩锤（4）的下方，且所述桩体（3）的底部位于所述土箱（5）的内部；还包括静力压桩结构（6）、动力打桩结构（7）、激振沉桩结构（8）以及数据采集系统（9）；所述静力压桩结构（6）包括若干用于驱使所述活动座（2）相对于所述架体（1）活动的第一驱动组件（61）；所述动力打桩结构（7）包括若干用于驱使所述桩锤（4）相对于所述活动座（2）活动的第二驱动组件（71）；所述激振沉桩结构（8）包括若干用于激励所述桩锤（4）振动的第三驱动组件（81）；所述数据采集系统（9）包括数据采集组件（91）以及数据分析组件（92），所述数据采集组件（91）设置于所述桩体（3）上，所述数据分析组件（92）与所述数据采集组件（91）信号连接。2.根据权利要求1所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，所述架体（1）包括两个固定座（11）以及若干第一导向件（12），所述第一导向件（12）竖直设置，且所述第一导向件（12）的两端分别与两所述固定座（11）连接；所述活动座（2）位于两所述固定座（11）之间，且若干所述第一导向件（12）均穿设于所述活动座（2）上；所述第一驱动组件（61）包括电机（611）、丝杆（612）、加速器（613）以及减速器（614），所述丝杆（612）沿竖直方向同时穿设于所述活动座（2）以及两所述固定座（11）上，且所述丝杆（612）与所述活动座（2）螺纹配合，所述电机（611）设置于一所述固定座（11）上，所述电机（611）与所述丝杆（612）连接且驱使所述丝杆（612）以自身的轴线为轴转动，所述加速器（613）以及所述减速器（614）均与所述电机（611）连接。3.根据权利要求2所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，所述静力压桩结构（6）还包括若干配合件（103），所述配合件（103）与所述桩锤（4）可拆卸连接，且所述配合件（103）与所述活动座（2）可拆卸连接。4.根据权利要求1所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，还包括若干第二导向件（101），所述第二导向件（101）竖直设置，所述第二导向件（101）的一端与所述桩锤（4）连接，且所述第二导向件（101）穿设于所述活动座（2）上。5.根据权利要求4所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，所述第二驱动组件（71）包括电磁铁（711）以及固定磁铁（712），所述电磁铁（711）外接电路且与所述桩锤（4）连接，所述固定磁铁（712）与所述活动座（2）连接。6.根据权利要求5所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，所述第二驱动组件（71）还包括第三导向件（713），所述电磁铁（711）与所述固定磁铁（712）沿竖直方向对齐，所述第三导向件（713）的一端与所述活动座（2）连接，所述第三导向件（713）穿设于所述桩锤（4）上，且所述电磁铁（711）套设于所述第三导向件（713）上。7.根据权利要求1所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，所述第三驱动组件（81）包括振动件（811）以及连接杆（812），所述振动件（811）设置于所述活动座（2）上，所述连接杆（812）穿过所述活动座（2），所述连接杆（812）的两端分别与所述振动件（811）以及所述桩锤（4）连接。8.根据权利要求1所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特
征在于，所述数据采集组件（91）包括压力传感器（911）、位移传感器（912）以及倾角仪（913），所述压力传感器（911）、所述位移传感器（912）以及所述倾角仪（913）均位于所述桩体（3）远离所述土箱（5）的一端。9.根据权利要求8所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，还包括具有弹性的桩垫（104）以及锤垫（105），所述桩垫（104）与所述桩体（3）远离所述土箱（5）的一端连接，所述锤垫（105）位于所述桩垫（104）背离所述桩体（3）的一侧，所述数据采集组件（91）位于所述锤垫（105）以及所述桩垫（104）之间。10.根据权利要求9所述的一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，其特征在于，还包括若干第四导向件（107），若干所述第四导向件（107）竖直设置，所述第四导向件（107）的两端分别与所述桩垫（104）以及所述锤垫（105）连接。

技术总结
本申请公开了一种用于模拟海上风电钢管桩打桩室内组合试验装置，涉及海上风力发电的技术领域，包括架体、活动座、桩体、桩锤以及土箱，所述土箱设置于所述架体的底部，所述活动座所述架体活动连接，所述桩锤与所述活动座活动连接，所述桩体的底部位于所述土箱的内部；还包括静力压桩结构、动力打桩结构、激振沉桩结构以及数据采集系统；所述静力压桩结构包括若干第一驱动组件；所述动力打桩结构包括若干第二驱动组件；所述激振沉桩结构包括若干第三驱动组件；所述数据采集系统包括数据采集组件以及数据分析组件。本申请能够在不同地基条件下对多种打桩方式的进行模拟，从而能够为海上风电场大直径钢管桩的沉桩作业提供试验依据和建设指导。和建设指导。和建设指导。


技术研发人员：王宇楠 李响亮 甘毅 陈继泉 张金福 胡雪扬 贺正兴 王桂兰 陈滨滨 郑俨刚 叶智南
受保护的技术使用者：福建省水利水电勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/16