CN106017911B - 多功能加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程模型研究领域，尤其是多功能加载装置,包括加载框架，包括若干条固定连接的横向支撑梁、纵向支撑梁和竖向支撑梁；每条竖向支撑梁的相邻两侧均设有滑轨；动载荷框架，下滑动条组，高频电磁振动台，混凝土模型，木质模型.有益效果在于：加载装置能固定不同种材质的模型，适用大小不同，形状不同竹皮模型；安全施加大小可调节的竖向荷载；在任意点，施加任意方向，大小可调节的动荷载；测量模型任意位置，任意方向的位移；模拟地震荷载，研究结构抗震性能；适用于混凝土模型的加载。本装置通过一套多功能加载装置可以实现静荷载、动载荷的加载，因此能够有效节省资金，降低成本。

Description

多功能加载装置

技术领域

本发明涉及土木工程模型研究领域，尤其是多功能加载装置。

背景技术

近年来，全国结构设计大赛在各大高校方兴未艾。结构模型设计制作大赛历年来是学院土木工程协会主办的校园科技文化活动之一。每届大赛吸引了来自土木工程、工程力学、建筑学等专业的众多学生参与。参赛的结构模型作品每届达40-60件。但每年结构设计大赛的加载装置都较为简陋，只能实现简单的加载功能。涉及到复杂的加载功能时加载装置需要定制，可这样的加载装置适用过一届结构设计大赛后便被搁置一旁，再也无人问津。这造成了极大的人力财力浪费。所以此次提出了符合多种模型，能实现多种加载功能的加载装置，希望能有效地解决此问题。

目前，随着经济的蓬勃发展，建筑结构的结构类型愈发多样，结构所承受的荷载复杂多变。为了更好地对这些结构形式进行学习和研究，且锻炼当代大学生的动手能力，结构大赛应运而生，大赛中参赛选手建立不同的结构形式，并通过加载装置测试其性能，为现实中的结构形式提供一定的参考。但在结构加载时，要么所用的加载装置较为简陋，只能实现简单的加载功能，要么为实现特定的加载功能（如施加特定的水平力偶）而订做加载装置，因而这些加载装置的适用功能都较差。这导致了大型结构设计大赛加载装置均需订做的现象，造成了极大的浪费。针对这一现状，迫切需要开发一种全新的加载装置，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决针对不同模型（模型尺寸、构成材料、所加荷载），实现多种加载功能的复合加载装置的问题，本发明提供一种多功能加载装置，通过合理地设计加载装置框架，运用可滑动及可固定的滑块，实现加载功能的分区且协调加载装置的不同加载功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：多功能加载装置，包括：

加载框架，包括若干条固定连接的横向支撑梁、纵向支撑梁和竖向支撑梁；每条竖向支撑梁的相邻两侧均设有滑轨；

动载荷框架，整体呈口字型，动载荷框架的四角设有滑块，活连接于竖向支撑梁的滑轨上，并沿竖向支撑梁上下滑动；动载荷框架的内部设有三条平行左右移动的第一内滑动条、第二内滑动条和第三内滑动条；第一内滑动条、第二内滑动条和第三内滑动条的下方均设有滑轨；第一内滑动条和第二内滑动条的滑轨通过滑块活连接有百分表组件，第三内滑动条的滑轨活连接有动载荷装置；

下滑动条组，包括有整体呈口字型分布的四条下滑动条，下滑动条的内侧均设有滑轨，滑轨均通过滑块活连接有滑轮；滑轮通过荷载绳连接有静荷载装置；

高频电磁振动台，位于加载框架的下方，上端面通过螺栓锚固固定有地震模型，通过对地震模型施加电磁高频振动模拟地震模型的抗震性能；地震模型放置于搁置木质模型铁板上；

混凝土模型，通过预埋螺栓锚固在设有等距孔洞的混凝土铁板上，混凝土铁板通过螺栓锚固固定于加载框架上；

木质模型，通过粘结固定于木板上，木板通过C型夹具固定于加载框架。

本发明还具有以下附加技术特征：

进一步优化的，滑块呈对称式“凹”字形结构，滑块的底部为底座，底座的上方设有大型凹槽，凹槽的两侧为凸台，凸台的上端设有向内突出的卡槽，凸台上还设有贯穿于凸台的通孔；滑轨的两侧带有小型凹槽结构，滑轨的小型凹槽与滑块的卡槽相互镶嵌配合使用；滑块通过导轨夹紧器锁紧于滑轨上。

进一步优化的，百分表组件包括有百分表立柱，百分表立柱的上端固定连接于滑块，百分表立柱的下端设有平台，平台上设有百分表测试仪。

进一步优化的，百分表测试仪包括有设置于平台的百分表底座，与百分表底座连接固定的底座支架，底座支架的外部套有第一套筒，第一套筒连接有百分表支架，百分表支架的外部套有第二套筒，第二套筒连接有百分表；百分表支架的中部为铰接连接，设有螺旋微调旋钮。

进一步优化的，动载荷装置包括有位于上方的滑块，通过连接体与滑块间接连接的连杆，以及连接于连杆末端的摆球体；连接体的上部为带内螺纹的圆环，下部为带有左支脚和右支脚的连接底座，左支脚和右支脚设有底座通孔；连杆的上端为设有上通孔，下端带有外螺纹；摆球体设有一个带内螺纹的半通孔；摆球体为多个不同重量规格的球体。

进一步优化的，静荷载装置包括有荷载箱以及放置于荷载箱内的荷载块；荷载块有多个不同重量的规格。

进一步优化的，高频电磁振动台包括有下底板和上顶板，下底板和上顶板之间的四周均匀设有振动台立柱，下底板和上顶板之间的中部设有高频电磁发生装置，高频电磁发生装置固定于下底板上。

进一步优化的，滑轨的一侧设有用于测量位移距离的刻度尺。

本发明和现有技术相比，具有的有益效果在于：

加载装置能固定不同种材质的模型，适用大小不同，形状不同竹皮模型；安全施加大小可调节的竖向荷载；在任意点，施加任意方向，大小可调节的动荷载；测量模型任意位置，任意方向的位移；模拟地震荷载，研究结构抗震性能；适用于混凝土模型的加载。本装置通过一套多功能加载装置可以实现静荷载、动载荷的加载，因此能够有效节省资金，降低成本。本装置切换载荷施加状态快捷方便，使用方便，操作简单，有效提高工作效率，测试更加准确可靠。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构组成示意图；

图2为本发明滑块结构示意图；

图3为本发明滑轨结构示意图；

图4为本发明百分表组件结构示意图；

图5为本发明百分表组件结构示意图；

图6为本发明动载荷装置结构示意图；

图7为本发明动载荷装置结构示意图；

图8为本发明静荷载装置结构示意图；

图9为本发明高频电磁振动台结构示意图；

图10为本发明滑动结构示意图；

附图标记说明：

加载框架1；动载荷框架2；百分表组件3；动载荷装置4；下滑动条组5；滑轨6；滑块7；静荷载装置9；高频电磁振动台10；地震模型11；搁置木模型铁板12；混凝土模型13；混凝土铁板14；

百分表立柱301；平台302；百分表测试仪303；百分表底座304；底座支架305；第一套筒306；百分表支架307；第二套筒308；百分表309；螺旋微调旋钮310；

连接体401；连杆402；摆球体403；圆环404；左支脚405；右支脚406；连接底座407；底座通孔408；上通孔409；

小型凹槽601；锁紧孔602；

底座701；大型凹槽702；凸台703；卡槽704；通孔705；

荷载箱901；荷载块902；

下底板1001；上顶板1002；振动台立柱1003；高频电磁发生装置1004。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

多功能加载装置，如图1所示，包括有成有机整体组合安装在一起的加载框架1，动载荷框架2，下滑动条组5，高频电磁振动台10，混凝土模型13。

加载框架1为整个装置的支架，主要起支撑个固定作用。加载框架1包括若干条焊接固定连接的横向支撑梁、纵向支撑梁和竖向支撑梁。每条竖向支撑梁的相邻两侧均设有滑轨6，滑轨6的一侧设有用于测量位移距离的刻度尺，便于准确的测量出位移的大小。

动载荷框架2由四根滑动条整体呈口字型焊接而成，动载荷框架2的四角设有滑块7，活连接于竖向支撑梁的滑轨6上，并沿竖向支撑梁上下滑动。动载荷框架2的内部设有三条平行左右移动的第一内滑动条、第二内滑动条和第三内滑动条。第一内滑动条、第二内滑动条和第三内滑动条的下方均设有滑轨6。第一内滑动条和第二内滑动条的滑轨6通过滑块7活连接有百分表组件3，第三内滑动条的滑轨6活连接有动载荷装置4。

如图2所示，滑块7呈对称式“凹”字形结构，滑块7的底部为底座701，底座701的上方设有大型凹槽702，凹槽的两侧为凸台703，凸台703的上端设有向内突出的卡槽704，凸台703上还设有贯穿于凸台703的通孔705。如图3所示，滑轨6的两侧带有小型凹槽601结构，滑轨6的小型凹槽601与滑块7的卡槽704相互镶嵌配合使用；滑块7通过导轨夹紧器锁紧于滑轨6上，可以实现滑块7位置的固定。滑块7和滑轨6以及竖向支撑梁三者的安装方式如图10所示。

如图4和图5所示，测量模型任意位置、任意方向的位移的百分表组件3包括有百分表立柱301，百分表立柱301的上端固定连接于滑块7，百分表立柱301的下端设有平台302，平台302上设有百分表测试仪303。百分表测试仪303包括有设置于平台302的百分表底座304，与百分表底座304连接固定的底座支架305，底座支架305的外部套有第一套筒306，第一套筒306连接有百分表支架307，百分表支架307的外部套有第二套筒308，第二套筒308连接有百分表309。百分表支架307的中部为铰接连接，设有螺旋微调旋钮310，可以对百分表309的角度进行微调，准确的测出相关的数值。

如图6和图7所示，在任意点，施加任意方向，大小可调节的动荷载。动载荷装置4包括有位于上方的滑块7，通过连接体401与滑块7间接连接的连杆402，以及连接于连杆402末端的摆球体403。连接体401的上部为带内螺纹的圆环404，下部为带有左支脚405和右支脚406的连接底座407，左支脚405和右支脚406设有底座通孔408。连杆402的上端为设有上通孔409，下端带有外螺纹。摆球体403设有一个带内螺纹的半通孔，摆球体403为多个不同重量规格的球体，在不同的试验时，可以更换适当的摆球体403进行测试。

下滑动条组5包括有整体呈口字型分布的四条下滑动条，下滑动条的内侧均设有滑轨6，滑轨6均通过滑块7活连接有滑轮，滑轮通过荷载绳连接有静荷载装置9。

如图8所示，在任意点，施加任意方向，大小可调节静荷载。静荷载装置9包括有荷载箱901以及放置于荷载箱901内的荷载块902。荷载块902有多个不同重量的规格。

如图9所示，模拟地震荷载，研究结构抗震性能，适用于混凝土模型的加载。高频电磁振动台10位于加载框架1的下方，上端面通过螺栓锚固固定有地震模型11，通过对地震模型11施加电磁高频振动模拟地震模型11的抗震性能。地震模型11放置于搁置木质模型铁板12上。具体的，高频电磁振动台10包括有下底板1001和上顶板1002，下底板1001和上顶板1002之间的四周均匀设有振动台立柱1003，下底板1001和上顶板1002之间的中部设有高频电磁发生装置1004，高频电磁发生装置1004固定于下底板1001上。

混凝土模型13通过预埋螺栓锚固在设有等距孔洞的混凝土铁板14上，混凝土铁板14通过螺栓锚固固定于加载框架1上；

木质模型，通过粘结固定于木板上，木板通过C型夹具固定于加载框架。为了保证加载时防止模型的木板发生一定的变形，因此搁置木模型铁板12下部用铁板衬住。

多功能加载装置的操作方法和工作方式如下：

（1）模型的固定：

木质模型的固定：

木质模型通过粘结固定在1200×500×10mm的木板上，在加载框架上搁置760×500×15mm的木质模型铁板衬于搁置木质模型的木板下方，通过C形夹具将搁置木质模型木板固定在加载装置上，即完成木质模型的固定。

混凝土模型的固定：

混凝土模型内部预埋螺栓，将混凝土模型固定于特制的混凝土铁板上，混凝土铁板通过螺栓锚固在加载装置上，即完成混凝土模型的固定。

（2）施加竖向荷载：

将荷载块放在荷载箱内，荷载箱通过荷载绳系在加载框架上部；或直接将荷载箱放在模型上部对模型施加竖向荷载。

（3）施加可调节的静荷载

通过滑动静荷载滑块于预定位置，然后通过导轨夹紧器将滑块固定，调节滑块上滑轮的方向后通过螺栓拧紧固定确定力的加载方向。通过荷载绳一端系住模型的加载部位确定力的作用点，另一端系在荷载箱上确定力的大小，实现静荷载的加载。静荷载和竖向荷载可同时加载，且加载框架上具有四个静荷载施加装置，可以完成施加水平力偶等复杂静荷载的加载。

（4）施加可调节的动荷载：

通过动荷载框架，将施加动荷载滑块移到指定位置后通过导轨夹紧器固定确定动荷载的作用点，通过动荷载上部的套筒旋转调节动荷载的施加方向，通过下部摆球体的更换及摆球体的下落高度调节动荷载的大小，完成动荷载的施加。

（5）施加地震荷载：

将地震模型上的760×500×15mm的混凝土铁板移走，地震模型固定于高频电磁振动台上，在地震模型上部施加竖向荷载的同时通过高频电磁振动台产生一定频率的振动，模拟地震模型的抗震性能。

（6）测量模型任意位置或方向的位移：

百分表组件与动荷载装置相结合，百分表底座固定于平台上，平台通过滑块可实现位置调节，通过导轨夹紧器可实现位置固定功能，通过百分表底座固定百分表组件的位移。

本装置切换载荷施加状态快捷方便，使用方便，操作简单，有效提高工作效率，测试更加准确可靠。适用大小不同，形状不同竹皮模型；通过一套多功能加载装置可以实现静荷载、动载荷的加载，因此能够有效节省资金，降低成本。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.多功能加载装置，其特征在于，包括：

加载框架（1），用于固定不同材质的模型，包括若干条固定连接的横向支撑梁、纵向支撑梁和竖向支撑梁；每条所述竖向支撑梁的相邻两侧均设有滑轨（6）；

动载荷框架（2），整体呈口字型，动载荷框架（2）的四角设有滑块（7），活连接于所述竖向支撑梁的滑轨（6）上，并沿所述竖向支撑梁上下滑动；所述动载荷框架（2）的内部设有三条平行左右移动的第一内滑动条、第二内滑动条和第三内滑动条；所述第一内滑动条、第二内滑动条和第三内滑动条的下方均设有滑轨（6）；所述第一内滑动条和第二内滑动条的滑轨（6）通过滑块（7）活连接有百分表组件（3），所述第三内滑动条的滑轨（6）活连接有动载荷装置（4）；

下滑动条组（5），包括有整体呈口字型分布的四条下滑动条，所述下滑动条的内侧均设有滑轨（6），所述滑轨（6）均通过滑块（7）活连接有滑轮；所述滑轮通过荷载绳连接有静荷载装置（9）；

高频电磁振动台（10），位于所述加载框架（1）的下方，上端面通过螺栓锚固固定有地震模型（11），通过对地震模型（11）施加电磁高频振动模拟地震模型（11）的抗震性能；所述地震模型（11）放置于搁置木质模型铁板（12）上；

混凝土模型（13），通过预埋螺栓锚固在设有等距孔洞的混凝土铁板（14）上，混凝土铁板（14）通过螺栓锚固固定于加载框架（1）上；

木质模型，通过粘结固定于木板上，木板通过C型夹具固定于加载框架。

2.根据权利要求1所述多功能加载装置，其特征在于，所述滑块（7）呈对称式“凹”字形结构，所述滑块（7）的底部为底座（701），底座（701）的上方设有大型凹槽（702），凹槽的两侧为凸台（703），凸台（703）的上端设有向内突出的卡槽（704），凸台（703）上还设有贯穿于凸台（703）的通孔（705）；所述滑轨（6）的两侧带有小型凹槽（601）结构，所述滑轨（6）的小型凹槽（601）与所述滑块（7）的卡槽（704）相互镶嵌配合使用；所述滑块（7）通过导轨夹紧器锁紧于所述滑轨（6）上。

3.根据权利要求1所述多功能加载装置，其特征在于，所述百分表组件（3）包括有百分表立柱（301），百分表立柱（301）的上端固定连接于滑块（7），百分表立柱（301）的下端设有平台（302），平台（302）上设有百分表测试仪（303）。

4.根据权利要求3所述多功能加载装置，其特征在于，所述百分表测试仪（303）包括有设置于平台（302）的百分表底座（304），与百分表底座（304）连接固定的底座支架（305），底座支架（305）的外部套有第一套筒（306），第一套筒（306）连接有百分表支架（307），百分表支架（307）的外部套有第二套筒（308），第二套筒（308）连接有百分表（309）；所述百分表支架（307）的中部为铰接连接，设有螺旋微调旋钮（310）。

5.根据权利要求1所述多功能加载装置，其特征在于，所述动载荷装置（4）包括有位于上方的滑块（7），通过连接体（401）与滑块（7）间接连接的连杆（402），以及连接于连杆（402）末端的摆球体（403）；所述连接体（401）的上部为带内螺纹的圆环（404），下部为带有左支脚（405）和右支脚（406）的连接底座（407），所述左支脚（405）和右支脚（406）设有底座通孔（408）；所述连杆（402）的上端为设有上通孔（409），下端带有外螺纹；所述摆球体（403）设有一个带内螺纹的半通孔；所述摆球体（403）为多个不同重量规格的球体。

6.根据权利要求1所述多功能加载装置，其特征在于，所述静荷载装置（9）包括有荷载箱（901）以及放置于荷载箱（901）内的荷载块（902）；所述荷载块（902）有多个不同重量的规格。

7.根据权利要求1所述多功能加载装置，其特征在于，所述高频电磁振动台（10）包括有下底板（1001）和上顶板（1002），所述下底板（1001）和所述上顶板（1002）之间的四周均匀设有振动台立柱（1003），所述下底板（1001）和所述上顶板（1002）之间的中部设有高频电磁发生装置（1004），所述高频电磁发生装置（1004）固定于所述下底板（1001）上。

8.根据权利要求1所述多功能加载装置，其特征在于，所述滑轨（6）的一侧设有用于测量位移距离的刻度尺。