CN105758658B - 一种能够实现大尺寸模型多点荷载分配的试验加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够实现大尺寸模型多点荷载分配的试验加载装置，属于建筑结构技术领域。该试验加载装置由承力系统、加载系统和荷载分配系统组成。通过主体为空间辐射型张弦梁的荷载分配系统，可将千斤顶作用于中部飞柱的荷载，按照各辐射方向径向梁和斜拉杆的刚度，自动准确的分配至试验试件的各加载点，从而将多点加载简化为单点加载，降低试验所需的承力架和千斤顶数量，减小所需试验场地面积，简化试验加载过程，缩短试验耗时，最终降低试验成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验加载装置，特别涉及一种能够实现大尺寸模型多点荷载分配的试验加载装置，属于建筑结构技术领域。
背景技术
大型柱面网格筒和双曲面网格筒由于其美观的外形、开阔的内部使用空间和良好的力学性能，近年来得到了愈来愈多的工程应用。作为一种新型的结构形式，其在承受轴压力时以失稳破坏模式为主，在工程应用中需进行缩尺模型试验。目前，对于网格筒的缩尺模型稳定性试验常规的加载方法有两种：第一种是在网格筒的顶部设置刚性加载盘，对刚性加载盘施加荷载；第二种是在网格筒周边多点加载，每个加载点设置一套加载装置，即一套承力架、一个千斤顶和一个加载梁。上述两种方法对于大型网格筒的试验研究都存在着明显的不足。
方法一存在的问题有：(1)对于大型网格筒，其平面尺寸即使缩尺后仍然较大，导致刚性加载盘难以做到真正的刚性，或用钢量巨大导致不经济的设计；(2)大型网格筒由于其平面尺寸较大，在网格筒顶部各部分受到的荷载也并非均匀，甚至可能差异很大且毫无规律，而刚性加载盘无法获得指定的荷载分配效果。
方法二存在的问题有：(1)沿网格筒周边设置多套加载设备，需要大面积的试验场地；(2)每套加载设备都需要承力架和千斤顶，数量多，试验室可能难以提供且费用大；(3)各千斤顶所施加的荷载均不同，多点加载带来的协调难、人力资源需求大、耗时长等问题。
因此目前常规的加载方法难以满足大型网格筒稳定性试验的需求，亟待寻求其他高效的加载方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种能够实现大尺寸模型多点荷载分配的试验加载装置，其由承力系统、加载系统和荷载分配系统组成。
在上述试验加载装置中，所述承力系统包括试验台座、承力柱、承力梁；所述试验台座属于试验室的永久性固定设施，所述承力柱固定在试验台座上，所述承力梁通过承力柱固定在试验试件的上方。
在上述试验加载装置中，所述加载系统包括千斤顶水平滑动支座；所述千斤顶通过水平滑动支座与承力梁连接，并设置在试验试件的上方，千斤顶的油缸伸出端向下作用于荷载分配系统的加载点——飞柱，施加竖向力。
在上述试验加载装置中，所述荷载分配系统为一空间辐射型张弦梁，包括飞柱、径向梁、斜拉杆、环向支撑和加载短柱；所述飞柱为千斤顶施加竖向荷载的加载点，设置在荷载分配系统的中部，飞柱上端与四周辐射设置的多道径向梁相连接(铰接或刚接)，飞柱的下端与径向梁的外端通过斜拉杆连接，并在相邻径向梁之间设置环向支撑连接径向梁的外端，保证荷载分配系统的整体性；所述加载短柱设置在径向梁的最外端，向下探出搁置在试验试件的加载点上，将千斤顶施加在飞柱上的荷载按试验要求分配给试验试件的各加载点。
在上述试验加载装置中，所述飞柱由圆钢管、纵向加劲肋、环向加劲肋和端部盖板组成；所述纵向加劲肋沿圆钢管环向设置并与径向梁腹板相对应，并在上部和下部相应位置分别开设螺栓孔和销轴孔；所述环向加劲肋沿圆钢管纵向设置，与径向梁上下翼缘板相对应。
在上述试验加载装置中，所述斜拉杆包括两种形式：直接采用高强度斜拉杆成品和用型钢或焊接截面构件制作。后者需在型钢或焊接截面构件端部封盖板，在盖板上焊接耳板，并开销轴孔以便连接。
在上述试验加载装置中，飞柱与径向梁的连接方式包括铰接和刚接。铰接采用高强度螺栓和连接板予以实现，连接板置于径向梁腹板和飞柱纵向加劲肋的两侧，高强度螺栓穿过预设的螺栓孔，将三者连接在一起实现铰接；刚接则需在铰接的基础上，将径向梁上下翼缘与飞柱端部盖板、环向加劲肋对应位置焊接在一起。
在上述试验加载装置中，飞柱与斜拉杆、径向梁与斜拉杆的连接方式为铰接。采用销轴穿过飞柱纵向加劲肋和斜拉杆耳板上的销轴孔将两者连接在一起。
本发明提出的这种能够实现大尺寸模型多点荷载分配的试验加载装置，通过主体为空间辐射型张弦梁的荷载分配系统，将千斤顶作用于中部飞柱的荷载，按照各辐射方向径向梁和斜拉杆的刚度，分配至试验试件的各加载点。该试验加载装置具备以下优点：(1)实现了荷载的自动准确分配，试验试件在多加载点所受到的任意分布形式的荷载，均可通过调节中部飞柱的位置、各辐射方向径向梁和斜拉杆的刚度实现自动准确分配；(2)将对网格筒顶部多点加载简化为飞柱单点加载，减少了所需的承力架和千斤顶数量，降低了对试验室设备储量的要求，且极大地降低了试验费用；(3)将多点加载简化为单点加载，简化了试验加载过程，避免了多点加载带来的协调难、人力资源需求大、耗时长等问题；(4)荷载分配装置可置于网格筒的内部，不占用多余的试验场地；(5)荷载分配装置采用辐射型空间张弦梁，适用于大尺寸模型加载中各加载点间跨度较大的情况，材料利用率和经济性均高。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明试验加载装置的正视剖面图；
图2为本发明荷载分配系统的三维图；
图3为本发明荷载分配系统基本组成单元的三维图，当采用高强度钢拉杆作为斜拉杆时；
图4为本发明荷载分配系统基本组成单元的三维图，当采用型钢或焊接截面构件作为斜拉杆时；
图5为本发明所述飞柱的三维图；
图6为本发明所述飞柱的分解图；
图7为本发明所述斜拉杆的三维图；
图8为本发明径向梁和飞柱高强度螺栓连接的分解图；
图9为本发明斜拉杆和飞柱、径向梁销轴连接的分解图。
具体实施方式
下面结合附图1～9，详细说明本发明的实施方式。
如图1～2所示，一种能够实现大尺寸模型多点荷载分配的试验加载装置包括以下部件：
1——试验台座；
2——承力柱；
3——承力梁；
4——大型网格筒试验试件；
5——千斤顶；
6——水平滑动支座；
7——飞柱；
8——径向梁；
9——斜拉杆，包括两种形式：9-1——高强度钢拉杆、9-2——型钢或焊接截面构件；
10——加载短柱；
11——环向支撑。
如图1所示，所述一种能够实现大尺寸模型多点荷载分配的试验加载装置，由承力系统、加载系统和荷载分配系统组成。所述承力系统包括试验台座1、承力柱2、承力梁3，试验台座1属于试验室的永久性固定设施，承力柱2固定在试验台座1上，承力梁3通过承力柱2固定在试验试件4的上方。所述加载系统包括千斤顶5和水平滑动支座6，千斤顶5通过水平滑动支座6与承力梁3连接，并设置在试验试件4的上方，千斤顶5向下作用于荷载分配系统的加载点即飞柱7，施加竖向力。
如图2、3、4所示，所述荷载分配系统为一空间辐射型张弦梁，包括飞柱7、径向梁8、斜拉杆9、加载短柱10和环向支撑11；所述飞柱7为上方千斤顶5施加竖向荷载的加载点，设置在荷载分配系统的中部，飞柱7上部与四周辐射设置的多道径向梁8相连接(铰接或刚接)，飞柱7的下部与径向梁8的外端通过斜拉杆9连接，并在相邻径向梁之间设置环向支撑11连接径向梁的外端，保证荷载分配系统的整体性；所述加载短柱10设置在径向梁8的最外端，向下探出搁置在试验试件4的加载点上，将千斤顶5施加在飞柱7上的荷载按试验要求分配给试验试件4的各加载点。
如图5、6所示，所述飞柱7由圆钢管15、纵向加劲肋16、环向加劲肋17和端部盖板18组成；所述纵向加劲肋16沿圆钢管15环向设置，与径向梁8的腹板相对应，并在上部和下部相应位置分别开设螺栓孔19和销轴孔20；所述环向加劲肋17沿圆钢管纵向设置，与径向梁8下翼缘板相对应。
如图7所示，所述斜拉杆9包括两种形式：直接采用高强度斜拉杆9-1成品和用型钢或焊接截面构件9-2制作。后者需在型钢或焊接截面构件端部封盖板21，在盖板21上焊接耳板22，并开销轴孔20，以便连接。
如图3、4、8所示，飞柱7与径向梁8的连接方式包括铰接和刚接。铰接采用高强度螺栓13和连接板12予以实现，连接板置于径向梁腹板23和飞柱纵向加劲肋16的两侧，高强度螺栓13穿过预设的螺栓孔，将三者连接在一起实现铰接；刚接则需在铰接的基础上，将径向梁8上下翼缘与飞柱端部盖板18、环向加劲肋17对应位置焊接在一起。
如图3、4、9所示，飞柱7与斜拉杆9、径向梁8与斜拉杆9的连接方式为铰接。采用销轴14穿过飞柱纵向加劲肋16和斜拉杆耳板22上的销轴孔20将两者连接在一起。
Claims (6)
1.一种能够实现大尺寸模型多点荷载分配的试验加载装置，其特征在于，由承力系统、加载系统和荷载分配系统组成；所述承力系统包括试验台座、承力柱、承力梁；所述试验台座属于试验室的永久性固定设施，所述承力柱固定在试验台座上，所述承力梁通过承力柱固定在试验试件的上方；所述加载系统包括千斤顶、 水平滑动支座；所述千斤顶通过水平滑动支座与承力梁连接，并设置在试验试件的上方，千斤顶的油缸伸出端向下作用于荷载分配系统的加载点即飞柱上，并施加竖向力；所述荷载分配系统为一空间辐射型张弦梁，包括飞柱、径向梁、斜拉杆、环向支撑和加载短柱；所述飞柱为上方千斤顶施加竖向荷载的加载点，设置在荷载分配系统的中部，飞柱上部与四周辐射设置的多道径向梁相连接，飞柱的下端与径向梁的外端通过斜拉杆连接，并在相邻径向梁之间设置环向支撑连接径向梁的外端，保证荷载分配系统的整体性；所述加载短柱设置在径向梁的最外端，向下探出搁置在试验试件的加载点上，将千斤顶施加在飞柱上的荷载按试验要求分配给试验试件的各加载点。
2.根据权利要求1所述的试验加载装置，其特征在于，所述飞柱由圆钢管、纵向加劲肋、环向加劲肋和端部盖板组成；所述纵向加劲肋沿圆钢管环向设置，并与径向梁腹板相对应，并在上部和下部相应位置分别开设螺栓孔和销轴孔；所述环向加劲肋沿圆钢管纵向设置，与径向梁上下翼缘板相对应。
3.根据权利要求1所述的试验加载装置，其特征在于，所述斜拉杆包括两种形式：高强度斜拉杆成品；用型钢或焊接截面构件制作。
4.根据权利要求3所述的试验加载装置，其特征在于，所述用型钢或焊接截面构件制作斜拉杆时，需在型钢或焊接截面构件端部封盖板，在盖板上焊接耳板，并开销轴孔以便连接。
5.根据权利要求1或2所述的试验加载装置，其特征在于，所述飞柱与径向梁的连接方式包括铰接和刚接，所述铰接采用高强度螺栓和连接板予以实现，连接板置于径向梁腹板和飞柱纵向加劲肋的两侧，高强度螺栓穿过预设的螺栓孔，将三者连接在一起实现铰接；所述刚接则需在铰接的基础上，将径向梁上下翼缘与飞柱端部盖板、环向加劲肋对应位置焊接在一起。
6.根据权利要求1或2所述的试验加载装置，其特征在于，所述飞柱与斜拉杆、径向梁与斜拉杆的连接方式为铰接，采用销轴穿过飞柱纵向加劲肋和斜拉杆耳板上的销轴孔将两者连接在一起。
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