CN101290269B - 主动跟动加载结构试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种主动跟动加载结构试验系统，包括承载框架、水平加载作动器、垂向加载作动器，所述试样分别连接垂向微动探测装置和水平微动探测装置；所述水平加载作动器侧方设有垂向伺服跟动作动器，所述垂向加载作动器侧方设有水平伺服跟动作动器，所述垂向微动探测装置、垂向伺服跟动作动器、水平微动探测装置、水平伺服跟动作动器分别连接计算机控制系统。本发明可以保证垂向试验力在试验过程中始终保持在垂直状态，从而不受被测试样水平变形的影响；以及保证水平试验力在试验过程中始终保持水平状态，从而不受被测试样垂向变形的影响。

Description

主动跟动加载结构试验系统
(一)技术领域
本发明涉及一种具有主动跟动加载功能的结构试验系统。
(二)背景技术
大型结构试验系统是一种用于测试结构力学性能的大型仪器，它的研制和发展，对国家现代化建设过程中必须建设的基础设施比如：超高建筑、地铁、机场、楼堂馆所、大跨度桥梁、大型客机、航天飞机、巨型船舶、海洋平台、原子能电站等的设计检验、优化、验证具有里程碑式的意义。
在国民经济粗放型发展时期，上述各类结构的设计以类比法为主，无论是设计的精准还是合理性都不是考虑的重点。这样的设计方法在主要是用常规材料和常规结构的设计中，经验类比法尽管会有较大的设计误差，但因为有前人的经验和比较发达的计算机模拟计算技术，最终的结果还是可以接受的。
进入二十一世纪，国家现代化建设的飞速发展，各种新结构、新材料层出不穷，产品和工程大型化、整体化和复杂化的发展方向以及资源短缺引发的各类矛盾，类比设计遇到了越来越大的挑战，新结构和新材料的应用导致没有类似的可以借鉴的成功经验，超大规模的工程设计的风险性和节约资源减少成本的总体要求也对大型工程在设计阶段的试验验证变得更为重要和必不可少。而在设计和使用过程中必须考虑的结构在复杂外界条件下(负荷、振动、高低温、腐蚀、风化)的变形和断裂强度等技术指标以及各种结构整体工作性能、钢筋混凝土结构非线性性能等问题的研究需要也日益突出。
由于应用标准试样或小尺寸模型推定很难获得整体结构性能的完整可靠的数据，为了满足客观存在的上述要求，现代结构试验必须完成由过去的单个构件试验向整体结构试验和足尺寸试验的转化。而对于复合材料组成的结构，甚至用计算机进行多参数分析也很难推定，为确保安全必须进行接近实际结构或全尺寸试验。同时，科学技术的发展特别是计算机技术、电子技术、自动控制技术和液压伺服技术的飞速发展为结构试验和监测技术的发展提供了坚实的基础，为各种复杂结构的设计、试验和监测提供了有力的保障，促进了结构设计理论的发展。因此，世界上各国都在致力于大型结构试验仪器的开发研究。
现有大型结构实验系统通常包括承载框架、水平加载作动器、垂向加载作动器，水平加载作动器和垂向加载作动器分别安装在加载框架上并作用于试样。试验过程中，如果被测试样受到水平加载作动器施加的水平试验力，将会产生水平方向的变形，不能保证水平试验力在试验过程中始终保持水平状态；同样，如果被测试样受到垂向加载作动器施加的垂向试验力，将会产生垂向的变形，不能保证垂向试验力在试验过程中始终保持在垂直状态，这样在结构实验时将会产生较大误差。    
(三)发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有主动跟动加载功能，可使被测试样不受水平和垂向变形影响的结构试验系统。
所述主动跟动加载结构试验系统，包括承载框架、水平加载作动器、垂向加载作动器，水平加载作动器和垂向加载作动器分别安装在加载框架上并作用于试样，所述试样分别连接垂向微动探测装置和水平微动探测装置，垂向微动探测装置设有垂向微动位移传感器，水平微动探测装置设有水平微动位移传感器；所述水平加载作动器侧方设有作用于水平加载作动器并使其垂向位移的垂向伺服跟动作动器，垂向伺服跟动作动器设有垂向跟动位移传感器；所述垂向加载作动器侧方设有作用于垂向加载作动器并使其水平位移的水平伺服跟动作动器，水平伺服跟动作动器设有水平跟动位移传感器；所述垂向微动探测装置、垂向伺服跟动作动器、水平微动探测装置、水平伺服跟动作动器分别连接计算机控制系统。
进一步，所述的水平微动探测装置位于垂向加载作动器与试样的作用端，水平微动探测装置通过垂向球铰与试样连接；所述的垂向微动探测装置位于水平加载作动器与试样的作用端，垂向微动探测装置通过水平球铰与试样连接。
进一步，所述垂向伺服跟动作动器设有垂向跟动位移传感器，所述水平伺服跟动作动器设有水平跟动位移传感器。垂向跟动位移传感器的作用是保证垂向跟动控制始终处于闭环控制状态，防止水平加载作动器的被动移动。水平跟动位移传感器的作用是保证水平跟动控制始终处于闭环控制状态，防止垂向加载作动器的被动移动。
进一步，所述垂向加载作动器与承载框架的连接端设有水平直线导轨，承载框架与水平直线导轨固定连接，垂向加载作动器与水平直线导轨滑动连接；所述水平加载作动器与承载框架的连接端设有垂向直线导轨，承载框架与垂向直线导轨固定连接，水平加载作动器与垂向直线导轨滑动连接。
上述水平直线导轨的作用是保证在受到最高达10000kN的垂向试验力时，垂向加载作动器与承载框架之间的摩擦力很小，水平伺服跟动作动器依然可以自如地跟动而不会产生爬行现象。    
上述垂向直线导轨的作用是保证在受到最高达3000kN的垂向试验力时，水平加载作动器与承载框架之间的摩擦力很小，垂向伺服跟动作动器依然可以自如地跟动而不会产生爬行现象。
本发明可以保证垂向加载作动器施加在被测试样上的垂向试验力在试验过程中始终保持在垂直状态，从而不受水平加载作动器施加在试样上的水平试验力导致的被测试样水平变形的影响；以及保证水平加载作动器施加在被测试样上的水平试验力在试验过程中始终保持水平状态，从而不受垂向加载作动器施加在试样上的垂向试验力导致的被测试样垂向变形的影响。
(四)附图说明
图1为实施例所述主动跟动加载结构试验系统的结构示意图。
(五)具体实施方式
下面通过实施例对本发明作优选地具体的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
参照图1，一种主动跟动加载结构试验系统，包括承载框架1、水平加载作动器2、垂向加载作动器3，水平加载作动器2和垂向加载作动器3分别安装在加载框架1上并作用于试样4，所述试样4分别连接垂向微动探测装置5和水平微动探测装置6，垂向微动探测装置5设有垂向微动位移传感器7，水平微动探测装置6设有水平微动位移传感器8；所述水平加载作动器2侧方设有作用于水平加载作动器2并使其垂向位移的垂向伺服跟动作动器9，所述垂向加载作动器3侧方设有作用于垂向加载作动器3并使其水平位移的水平伺服跟动作动器11；所述垂向微动探测装置5、垂向伺服跟动作动器9、水平微动探测装置6、水平伺服跟动作动器11分别连接计算机控制系统13。所述的水平微动探测装置6位于垂向加载作动器3与试样4的作用端，水平微动探测装置6通过垂向球铰14与试样4连接；所述的垂向微动探测装置5位于水平加载作动器2与试样4的作用端，垂向微动探测装置5通过水平球铰1 5与试样4连接。
所述的垂向伺服跟动作动器9设有垂向跟动位移传感器10，所述的水平伺服跟动作动器11设有水平跟动位移传感器12。
所述垂向加载作动器3与承载框架1的连接端设有水平直线导轨16，承载框架1与水平直线导轨16固定连接，垂向加载作动器3与水平直线导轨16滑动连接；所述水平加载作动器2与承载框架1的连接端设有垂向直线导轨17，承载框架1与垂向直线导轨17固定连接，水平加载作动器2与垂向直线导轨17滑动连接。
试验过程中，如果被测试样受到水平加载作动器2施加的水平试验力FH，产生水平方向的变形S2，水平微动探测装置6上的水平微动位移传感器8检测到试样产生了水平位移S3(因为水平加载作动器与试样之间存在连接间隙，所以，S2＞S3)并传输至计算机控制系统13，计算机控制系统13发出指令给水平伺服跟动作动器11，推动垂向加载作动器3沿水平方向跟动，当水平微动位移传感器8检测到的水平位移S3减小到设定的目标值时，计算机控制系统发出指令给水平伺服跟动作动器11停止作用。
如果被测试样受到垂向加载作动器3施加的垂向试验力FV而产生垂直方向的变形S1，垂向微动探测装置5上的垂向微动位移传感器7检测到试样产生了垂向位移S4(因为水平加载作动器2与试样4之间存在连接间隙，所以，S1＞S4)并传输至计算机控制系统13，计算机控制系统13发出指令给垂向伺服跟动作动器9，推动水平加载作动器2沿垂直方向跟动，当垂向微动位移传感器7检测到的水平位移S4减小到设定的目标值时，计算机控制系统11发出指令给垂向伺服跟动作动器9停止作用。

Claims (4)

1.一种主动跟动加载结构试验系统，包括承载框架、水平加载作动器、垂向加载作动器，水平加载作动器和垂向加载作动器分别安装在承载框架上并作用于试样，其特征在于：
所述试样分别连接垂向微动探测装置和水平微动探测装置，水平微动探测装置位于垂向加载作动器与试样的作用端，水平微动探测装置通过垂向球铰与试样连接；垂向微动探测装置位于水平加载作动器与试样的作用端，垂向微动探测装置通过水平球铰与试样连接；
所述垂向微动探测装置设有垂向微动位移传感器，水平微动探测装置设有水平微动位移传感器；
所述水平加载作动器侧方设有作用于水平加载作动器并使其垂向位移的垂向伺服跟动作动器，所述垂向加载作动器侧方设有作用于垂向加载作动器并使其水平位移的水平伺服跟动作动器；所述垂向微动探测装置、垂向伺服跟动作动器、水平微动探测装置、水平伺服跟动作动器分别连接计算机控制系统。
2.根据权利要求1所述的主动跟动加载结构试验系统，其特征在于所述垂向伺服跟动作动器设有垂向跟动位移传感器，所述水平伺服跟动作动器设有水平跟动位移传感器。
3.根据权利要求1所述的主动跟动加载结构试验系统，其特征在于所述垂向加载作动器与承载框架的连接端设有水平直线导轨，承载框架与水平直线导轨固定连接，垂向加载作动器与水平直线导轨滑动连接；所述水平加载作动器与承载框架的连接端设有垂向直线导轨，承载框架与垂向直线导轨固定连接，水平加载作动器与垂向直线导轨滑动连接。
4.根据权利要求2所述的主动跟动加载结构试验系统，其特征在于所述垂向加载作动器与承载框架的连接端设有水平直线导轨，承载框架与水平直线导轨固定连接，垂向加载作动器与水平直线导轨滑动连接；所述水平加载作动器与承载框架的连接端设有垂向直线导轨，承载框架与垂向直线导轨固定连接，水平加载作动器与垂向直线导轨滑动连接。
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