CN103776607B - 三向拟静力试验的作动器连接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可实际反映三向地震动下结构的真实受力状态，测试精度高的三向拟静力试验的作动器连接装置，其结构包括第一钢球、第二钢球、第三钢球和试件连接端板，上述第一钢球、第二钢球和第三钢球由上而下依次叠放在一起，并连接成一体结构，上述第一钢球的上方设有可绕着第一钢球转动的，并可传递拉力和压力的第一球铰连接部件，上述第二钢球的侧壁上设有可绕着第二钢球转动的，并可传递拉力和压力的第二球铰连接部件，上述第三钢球的侧壁上设有可绕着第三钢球转动的，并可传递拉力和压力的第三球铰连接部件，上述试件连接端板处于上述第三钢球的下方，且上述试件连接端板与上述第三钢球之间通过试件连杆固定连接在一起。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域结构抗震性能试验的仪器，特别涉及一种拟静力试验装置中作动器的连接装置。
背景技术
上世纪九十年代的几次破坏性地震，如1989年美国洛马·普里埃塔(LomaPrieta)地震，1994年美国北岭(Northrige)地震，1995年日本阪神大地震，1997年美国圣费南多(San Fernado)地震，1999年中国台湾集集地震，2008年中国汶川地震以及2010年青海玉树地震，均给当地的交通、建筑等造成严重的破坏，导致巨大的生命财产损失，这些都显示了工程结构抗震研究的必要性、迫切性与重要性。
拟静力试验是研究结构或构件抗震性能最广泛的试验方法。目前，拟静力试验装置具有单向拟静力试验装置和双向拟静力试验装置，其中单向拟静力试验装置己经较为成熟，而双向反复加载的拟静力试验装置还在不断发展和完善中，但实际的地震波具有三个方向分量，且三个方向分量的耦合作用对结构受力性能起重要作用，因此，单向或双向拟静力试验无法反映实际三向地震动下结构的真实受力状态，测试精度低。
有鉴于此，本申请人对拟静力试验装置的缺陷进行深入研究，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实际反映三向地震动下结构的真实受力状态，测试精度高的三向拟静力试验的作动器连接装置。
本发明的技术方案是这样的：一种三向拟静力试验的作动器连接装置，包括第一钢球、第二钢球、第三钢球和供与试件固定连接在一起的试件连接端板，上述第一钢球、第二钢球和第三钢球由上而下依次叠放在一起，并连接成一体结构，上述第一钢球的上方设有可绕着第一钢球转动的，并可传递拉力和压力的第一球铰连接部件，上述第二钢球的侧壁上设有可绕着第二钢球转动的，并可传递拉力和压力的第二球铰连接部件，上述第三钢球的侧壁上设有可绕着第三钢球转动的，并可传递拉力和压力的第三球铰连接部件，上述试件连接端板处于上述第三钢球的下方，且上述试件连接端板与上述第三钢球之间通过试件连杆固定连接在一起。
上述第一钢球的底部两侧分别设有第一钢球连杆，上述第一钢球连杆的一端与上述第一钢球焊固连接，上述第一钢球连杆的另一端与上述第二钢球焊固连接；上述第二钢球的底部两侧分别设有第二钢球连杆，上述第二钢球连杆的一端与上述第二钢球焊固连接，上述第二钢球连杆的另一端与上述第三钢球焊固连接。
上述第一球铰连接部件包括竖向连杆和上球壳，上述竖向连杆竖立于上述第一钢球的上方，并与上述上球壳焊固一起，上述上球壳以可绕着上述第一钢球转动任意角度定位的方式罩设在上述第一钢球外，且上述第一钢球的底部伸出上述上球壳外；上述第二球铰连接部件包括第一横连杆和中间球壳，上述第一横连杆平放设置，并与上述中间球壳焊固在一起，上述中间球壳以可绕着上述第二钢球转动任意角度定位的方式套设在上述第二钢球外，且上述第二钢球的顶部伸出上述中间球壳外与上述第一钢球的底部相叠设置，上述第二钢球的底部伸出上述中间球壳外；上述第三球铰连接部件包括第二横连杆和下球壳，上述第二横连杆平放设置并与上述下球壳焊固在一起，上述下球壳以可绕着上述第三钢球转动任意角度定位的方式套设在上述第三钢球外，且上述第三钢球的顶部伸出上述下球壳外与上述第二钢球下部相叠设置，上述第三钢球的底部伸出上述下球壳外，与上述试件连杆焊固在一起。
上述上球壳、中间球壳和下球壳均为由两半球壳扣合在一起的中空球形壳体，且两上述半球壳可拆卸连接在一起。
两上述半球壳外均套紧有与上述半球壳相匹配的拼接法兰板，两上述拼接法兰板通过螺栓锁固在一起。
上述上球壳的底部切削有供上述第一钢球的底部伸出的第一钢球切削伸出口，上述中间球壳的顶部和底部分别切削有供上述第二钢球的顶部和底部相应伸出的第二钢球上切削伸出口和第二钢球下切削伸出口，上述下球壳的顶部和底部分别切削有供上述第三钢球的顶部和底部相应伸出的第三钢球上切削伸出口和第三钢球下切削伸出口。
上述竖向连杆的端部上焊固有第一连接端板，上述第一连接端板与上述上球壳分别设置在上述竖向连杆的两端端部上，上述第一横连杆的端部焊固有第二连接端板，上述第二连接端板与上述中间球壳分别设置在上述第一横连杆的两端端部上，上述第二横连杆的端部焊固有第三连接端板，上述第三连接端板与上述下球壳分别设置在上述第二横连杆的两端端部上，且上述第一连接端板、第二连接端板和第三连接端板上分别开设有若干个沿圆周方向间隔环绕分布的螺栓安装孔。
上述第一连接端板位于上述竖向连杆以外的部位处焊固有若干条沿上述竖向连杆的圆周方向均匀间隔分布的第一加劲肋，上述第一加劲肋的第一端端部与上述竖向连杆连接，上述第一加劲肋的第二端端部延伸至上述第一连接端板的外沿，且两第一加劲肋之间具有一上述螺栓安装孔；上述第二连接端板位于上述第一横连杆以外的部位处焊固有若干条沿上述第一横连杆的圆周方向均匀间隔分布的第二加劲肋，上述第二加劲肋的第一端端部与上述第一横连杆连接，上述第二加劲肋的第二端端部延伸至上述第二连接端板的外沿，且两上述第二加劲肋之间具有一上述螺栓安装孔；上述第三连接端板位于上述第二横连杆以外的部位处焊固有若干条沿上述第二横连杆的圆周方向均匀间隔分布的第三加劲肋，上述第三加劲肋的第一端端部与上述第二横连杆连接，上述第三加劲肋的第二端端部延伸至上述第三连接端板的外沿，且两上述第三加劲肋之间具有一上述螺栓安装孔。
本发明的三向拟静力试验的作动器连接装置，试验前，将试件固定在试件连接端板上，然后分别在第一球铰连接部件上安装一与第一钢球相对设置的竖向作动器，第二球铰连接部件上安装一与第二钢球相对设置的水平作动器，第三球铰连接部件上安装一与第三钢球相对设置的水平作动器；试验时，竖向作动器经第一球铰连接件和各钢球可对试件作竖向方向的加载，其一水平作动器经第二球铰连接件和各钢球可对试件作其一水平方向的加载，另一水平作动器经第三球铰连接件和各钢球可对试件作另一水平方向的加载。与现有技术相比，通过本发明的三向拟静力试验的作动器连接装置，可实现三个方向的作动器的安装，从而实现对试件作三向拟静力试验，使试件测试时能够反映实际三向地震动下结构的真实受力状态，测试精度高；同时第一球铰连接件可绕着第一钢球转动，第二球铰连接件可绕着第二钢球转动，第三球铰连接件可绕着第三钢球转动，这样，可实现三作动器任意三向的调节，从而可满足对试件任意三向位移加载规则的要求，便于试验加载控制，试验加载精度高，并具有转动范围大、转动灵活、结构简易等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中上球壳的结构示意图；
图3为本发明中中间球壳的结构示意图；
图4为本发明中第一连接端板的结构示意图；
图5为三向拟静力试验加载变形示意图。
图中：
第一钢球 1 第二钢球 2
第三钢球 3 试件连接端板 4
第一钢球连杆 51 第二钢球连杆 52
竖向连杆 61 第一连接端板 611
螺栓安装孔 611a 第一加劲肋 612
上球壳 62 半球壳 621
拼接法兰板 622 螺栓孔 622a
第一横连杆 63 第二连接端板 631
中间球壳 64 半球壳 641
拼接法兰板 642 第二横连杆 65
第三连接端板 651 下球壳 66
试件连杆 7
试件 100 加载顶板 100a
作动器 200 作动器连接端板 200a
作动器 300 作动器连接端板 300a
作动器 400 作动器连接端板 400a
具体实施方式
本发明的三向拟静力试验的作动器连接装置，如图1-4所示，包括第一钢球1、第二钢球2、第三钢球3和供与试件100固定连接在一起的试件连接端板4，第一钢球1、第二钢球2和第三钢球3由上而下依次叠放在一起，并连接成一体结构，即第一钢球1的底部叠设在第二钢球2的顶部上，第一钢球1的底部两侧分别设有第一钢球连杆51，第一钢球连杆51的上端与第一钢球1焊固连接，第一钢球连杆51的下端与第二钢球2焊固连接；第二钢球2的底部叠设在第三钢球3的顶部上，第二钢球2的底部两侧分别设有第二钢球连杆52，第二钢球连杆52的上端与第二钢球2焊固连接，第二钢球连杆52的下端与第三钢球3焊固连接，通过第一钢球连杆51和第二钢球连杆52可将第一钢球1、第二钢球2和第三钢球3依次连接成整体。
所述第一钢球1的上方设有可绕着第一钢球1转动的，并可传递拉力和压力的第一球铰连接部件，该第一球铰连接部件包括竖向连杆61和上球壳62，竖向连杆61的上端焊固有第一连接端板611，该第一连接端板611位于竖向连杆61以外的部位处开设有若干个沿竖向连杆61的圆周方向均匀间隔分布的螺栓安装孔611a，该竖向连杆61的下端与上球壳62的顶部焊固在一起，上球壳62以可绕着第一钢球1转动任意角度定位的方式罩设在第一钢球1外，且该上球壳62的底部切削有供第一钢球1的底部伸出的第一钢球切削伸出口(图中未示出)，第一钢球1的底部伸出上球壳62的底部外，该上球壳62为由两半球壳621扣合在一起的中空球形壳体，两半球壳621呈前后方向设置，且两半球壳621可拆卸连接在一起，两半球壳621外均套设有与半球壳621相匹配的拼接法兰板622，两拼接法兰板622通过螺栓(图中未示出)锁固在一起，两拼接法兰板622上分别开设有供螺栓穿过的螺栓孔622a；本发明中，通过上球壳62、竖向连杆61与第一钢球1可形成球铰加载转换装置，使上球壳62可绕着第一钢球1作自由转动，并能够传递拉力和压力，同时，将上球壳62设置成两半球壳621可方便上球壳62与第一钢球1的组合安装，并通过拼接法兰板622可使两半球壳621连接成整体结构。
所述的第二钢球2的后侧壁上设有可绕着第二钢球转动的，并可传递拉力和压力的第二球铰连接部件，该第二球铰连接部件包括第一横连杆63和中间球壳64，第一横连杆63平放设置，该第一横连杆63的第一端端部焊固有第二连接端板631，该第二连接端板631位于第一横连杆63以外的部位处开设有若干个沿第一横连杆63的圆周方向均匀间隔分布的螺栓安装孔(图中未示出)，第一横连杆63的第二端端部与中间球壳64焊固在一起，中间球壳64以可绕着第二钢球2转动任意角度定位的方式套设在第二钢球2外，且中间球壳64的顶部和底部分别切削有供第二钢球2的顶部和底部相应伸出的第二钢球上切削伸出口(图中未示出)和第二钢球下切削伸出口(图中未示出)，第二钢球2的顶部伸出第二钢球上切削伸出口外与第一钢球1的底部相叠设置，第二钢球2的底部伸出第二钢球下切削伸出口外，该中间球壳64为由两半球壳641扣合在一起的中空球形壳体，两半球壳641呈左右方向设置，且两半球壳641可拆卸连接在一起，两半球壳641外均套设有与半球壳641相匹配的拼接法兰板642，两拼接法兰板642通过螺栓(图中未示出)锁固在一起，两拼接法兰板642上分别开设有供螺栓穿过的螺栓孔642a，第一横连杆63处于两拼接法兰板642之间；本发明中，通过中间球壳64、第一横连杆63与第二钢球2可形成球铰加载转换装置，使中间球壳64可绕着第二钢球2作自由转动，并能够传递拉力和压力，同时，将中间球壳64设置成两半球壳641可方便中间球壳64与第二钢球2的组合安装，并通过拼接法兰板642可使两半球壳641连接成整体结构。
所述的第三钢球3的右侧壁上设有可绕着第三钢球3转动的，并可传递拉力和压力的第三球铰连接部件，该第三球铰连接部件包括第二横连杆65和下球壳66，第二横连杆65平放设置，该第二横连杆65的第一端端部焊固有第三连接端板651，该第三连接端板651位于第二横连杆65以外的部位处开设有若干个沿第二横连杆65的圆周方向均匀间隔分布的螺栓安装孔(图中未示出)，第二横连杆65的第二端端部与下球壳66焊固在一起，下球壳66以可绕着第三钢球3转动任意角度定位的方式套设在第三钢球3外，且下球壳66的顶部和底部分别切削有供第三钢球3的顶部和底部相应伸出的第三钢球上切削伸出口和第三钢球下切削伸出口，第三钢球3的顶部伸出第三钢球上切削伸出口处与第二钢球2的底部相接触，第三钢球3的底部伸出第三钢球下切削伸出口外，该下球壳66的结构与中间球壳64的结构相同，即该下球壳66为由两半球壳(图中未示出)扣合在一起的中空球形壳体，两半球壳呈前后方向设置，且两半球壳可拆卸连接在一起，两半球壳外均套设有与半球壳相匹配的拼接法兰板，两拼接法兰板通过螺栓(图中未示出)锁固在一起，两拼接法兰板上分别开设有供螺栓穿过的螺栓孔，第二横连杆65处于两拼接法兰板之间；本发明中，通过下球壳66、第二横连杆65与第三钢球3可形成球铰加载转换装置，使下球壳66可绕着第三钢球3作自由转动，并能够传递拉力和压力，同时，将下球壳66设置成两半球壳可方便下球壳66与第三钢球3的组合安装，并通过拼接法兰板可使两半球壳连接成整体结构。
所述的试件连接端板4处于第三钢球3的下方，并通过试件连杆7与第三钢球3固定连接在一起，即试件连杆7的上端与第三钢球3的底部焊固在一起，试件连杆7的下端与试件连接端板4焊固在一起，试件连接端板4位于试件连杆7以外的部位处开设有若干个沿试件连杆7的圆周方向均匀间隔分布的螺栓安装孔(图中未示出)。
本发明的三向拟静力试验的作动器连接装置，组装时，首先，通过第一钢球连杆51和第二钢球连杆52将第一钢球1、第二钢球2和第三钢球3依次连接成整体，再将试件连杆7的下端焊接在试件连接端板4上，试件连杆7的上端焊接在第三钢球3的底部上；其次，将上球壳62的两半球壳621对扣在第一钢球1外，并通过两拼接法兰板622将两半球壳621连接成整体，完成上球壳62的安装，再将竖向连杆61的下端焊固在上球壳62的顶部上，上端与第一连接端板611焊固连接，这样即可完成第一球铰与第一钢球1的安装；再次，将中间球壳64的两半球壳641对扣在第二钢球2外，并通过两拼接法兰板642将两半球壳641连接成整体，完成中间球壳64的安装，并将第一横连杆63的一端焊接在中间球壳64的两半球壳641上，另一端与第二连接端板631焊固连接，这样即可完成第二球铰与第二钢球2的安装；最后，将下球壳66的两半球壳对扣在第三钢球3外，并通过两拼接法兰板将两半球壳连接成整体，完成下球壳66的安装，并将第二横连杆65的一端焊接在下球壳66的两半球壳上，另一端与第三连接端板651焊固连接，这样即可完成本发明的组装。
试件100需进行三向拟静力加载试验时，首先，将试件连接端板4与试件100的加载顶板100a通过螺栓锁固连接；其次，将其一作动器200的作动器连接端板200a与第一连接端板611通过螺栓锁固连接，并使该作动器200竖向设置，再将另一作动器300的作动器连接端板300a与第二连接端板631通过螺栓锁固连接，并使该作动器300水平设置，最后将再一作动器400的作动器连接端板400a与第三连接端板651通过螺栓锁固连接，并使该作动器400水平设置；最后，通过三作动器200、300、400即可对试件100进行三向拟静力试验，如图5所示，试件在三向拟静力试验加载后的变形结构。
本发明的三向拟静力试验的作动器连接装置，其有益效果如下：
一、通过第一、第二、第三球铰连接部件可完成三作动器三个方向的安装，从而可完成了试件三向拟静力试验，并能够满足任意三向位移加载规则的要求，适用范围广；
二、球壳与钢球的配合具有转动范围大、转动灵活，使于试验加载控制，试验加载精度高的优点；
三、球壳通过连杆与作动器连接，这样可通过增加连杆的长度来扩大转动范围，进而可进行转动范围较大试件的拟静力试验前；
四、试验过程中可使三个方向的作动器呈固定状态，无需进行调整；
五、具有方便试件和作动器拆装和试验效率高的优点。
本发明中，该第一连接端板611位于竖向连杆61以外的部位处焊固有若干条沿竖向连杆61的圆周方向均匀间隔分布的第一加劲肋612，第一加劲肋612的第一端端部与竖向连杆61连接，第一加劲肋612的第二端端部延伸至第一连接端板611的外沿，且两第一加劲肋612之间具有一螺栓安装孔611a；第二连接端板631位于第一横连杆63以外的部位处焊固有若干条沿第一横连杆63的圆周方向均匀间隔分布的第二加劲肋(图中未示出)，第三连接端板651位于第二横连杆65以外的部位处焊固有若干条沿第二横连杆65的圆周方向均匀间隔分布的第三加劲肋(图中未示出)，该第二加劲肋和第三加劲肋的结构和设置方式与第一加劲肋条612的结构和设置方式相同，即第二加劲肋的第一端端部与第一横连杆连接，第二加劲肋的第二端端部延伸至第二连接端板的外沿，且两第二加劲肋之间具有一螺栓安装孔；第三加劲肋的第一端端部与第二横连杆连接，第三加劲肋的第二端端部延伸至第三连接端板的外沿，且两第三加劲肋之间具有一螺栓安装孔；这样，通过在第一连接端板611、第二连接端板631与第三连接端板651上均设置加劲肋可防止第一连接端板611、第二连接端板631与第三连接端板651受拉变形。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (8)
1.一种三向拟静力试验的作动器连接装置，其特征在于：包括第一钢球、第二钢球、第三钢球和供与试件固定连接在一起的试件连接端板，上述第一钢球、第二钢球和第三钢球由上而下依次叠放在一起，并连接成一体结构，上述第一钢球的上方设有可绕着第一钢球转动的，并可传递拉力和压力的第一球铰连接部件，上述第二钢球的侧壁上设有可绕着第二钢球转动的，并可传递拉力和压力的第二球铰连接部件，上述第三钢球的侧壁上设有可绕着第三钢球转动的，并可传递拉力和压力的第三球铰连接部件，上述试件连接端板处于上述第三钢球的下方，且上述试件连接端板与上述第三钢球之间通过试件连杆固定连接在一起。
2.根据权利要求1所述的三向拟静力试验的作动器连接装置，其特征在于：上述第一钢球的底部两侧分别设有第一钢球连杆，上述第一钢球连杆的一端与上述第一钢球焊固连接，上述第一钢球连杆的另一端与上述第二钢球焊固连接；上述第二钢球的底部两侧分别设有第二钢球连杆，上述第二钢球连杆的一端与上述第二钢球焊固连接，上述第二钢球连杆的另一端与上述第三钢球焊固连接。
3.根据权利要求1所述的一种三向拟静力试验的作动器连接装置，其特征在于：上述第一球铰连接部件包括竖向连杆和上球壳，上述竖向连杆竖立于上述第一钢球的上方，并与上述上球壳焊固一起，上述上球壳以可绕着上述第一钢球转动任意角度定位的方式罩设在上述第一钢球外，且上述第一钢球的底部伸出上述上球壳外；上述第二球铰连接部件包括第一横连杆和中间球壳，上述第一横连杆平放设置，并与上述中间球壳焊固在一起，上述中间球壳以可绕着上述第二钢球转动任意角度定位的方式套设在上述第二钢球外，且上述第二钢球的顶部伸出上述中间球壳外与上述第一钢球的底部相叠设置，上述第二钢球的底部伸出上述中间球壳外；上述第三球铰连接部件包括第二横连杆和下球壳，上述第二横连杆平放设置并与上述下球壳焊固在一起，上述下球壳以可绕着上述第三钢球转动任意角度定位的方式套设在上述第三钢球外，且上述第三钢球的顶部伸出上述下球壳外与上述第二钢球下部相叠设置，上述第三钢球的底部伸出上述下球壳外，与上述试件连杆焊固在一起。
4.根据权利要求3所述的三向拟静力试验的作动器连接装置，其特征在于：上述上球壳、中间球壳和下球壳均为由两半球壳扣合在一起的中空球形壳体，且两上述半球壳可拆卸连接在一起。
5.根据权利要求4所述的三向拟静力试验的作动器连接装置，其特征在于：两上述半球壳外均套紧有与上述半球壳相匹配的拼接法兰板，两上述拼接法兰板通过螺栓锁固在一起。
6.根据权利要求3所述的三向拟静力试验的作动器连接装置，其特征在于：上述上球壳的底部切削有供上述第一钢球的底部伸出的第一钢球切削伸出口，上述中间球壳的顶部和底部分别切削有供上述第二钢球的顶部和底部相应伸出的第二钢球上切削伸出口和第二钢球下切削伸出口，上述下球壳的顶部和底部分别切削有供上述第三钢球的顶部和底部相应伸出的第三钢球上切削伸出口和第三钢球下切削伸出口。
7.根据权利要求3所述的三向拟静力试验的作动器连接装置，其特征在于：上述竖向连杆的端部上焊固有第一连接端板，上述第一连接端板与上述上球壳分别设置在上述竖向连杆的两端端部上，上述第一横连杆的端部焊固有第二连接端板，上述第二连接端板与上述中间球壳分别设置在上述第一横连杆的两端端部上，上述第二横连杆的端部焊固有第三连接端板，上述第三连接端板与上述下球壳分别设置在上述第二横连杆的两端端部上，且上述第一连接端板、第二连接端板和第三连接端板上分别开设有若干个沿圆周方向间隔环绕分布的螺栓安装孔。
8.根据权利要求7所述的三向拟静力试验的作动器连接装置，其特征在于：上述第一连接端板位于上述竖向连杆以外的部位处焊固有若干条沿上述竖向连杆的圆周方向均匀间隔分布的第一加劲肋，上述第一加劲肋的第一端端部与上述竖向连杆连接，上述第一加劲肋的第二端端部延伸至上述第一连接端板的外沿，且两第一加劲肋之间具有一上述螺栓安装孔；上述第二连接端板位于上述第一横连杆以外的部位处焊固有若干条沿上述第一横连杆的圆周方向均匀间隔分布的第二加劲肋，上述第二加劲肋的第一端端部与上述第一横连杆连接，上述第二加劲肋的第二端端部延伸至上述第二连接端板的外沿，且两上述第二加劲肋之间具有一上述螺栓安装孔；上述第三连接端板位于上述第二横连杆以外的部位处焊固有若干条沿上述第二横连杆的圆周方向均匀间隔分布的第三加劲肋，上述第三加劲肋的第一端端部与上述第二横连杆连接，上述第三加劲肋的第二端端部延伸至上述第三连接端板的外沿，且两上述第三加劲肋之间具有一上述螺栓安装孔。
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