CN106124319A - 弯矩主动控制试验系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种弯矩主动控制试验系统及方法。其中，该系统包括：轴力加载装置、应变测量装置、弯矩补偿装置和控制装置。其中，轴力加载装置用于对试件的两端施加轴力；应变测量装置用于测量试件两端的应变值；弯矩补偿装置用于与试件的两端相连接且对试件的两端施加弯矩。控制装置与轴力加载装置、应变测量装置和弯矩补偿装置均电连接，用于对轴力加载装置发出加载信号，并且接收应变测量装置测量的应变值，以及根据应变值向弯矩补偿装置输出加载信号。本发明提供的弯矩主动控制试验系统中，弯矩补偿装置可以抵消约束弯矩，并且，可以利用弯矩补偿装置做到预期弯矩的灵活施加，进而使试验结果更准确。

Description

弯矩主动控制试验系统及方法
技术领域
本发明涉及结构工程试验技术领域，具体而言，涉及一种弯矩主动控制试验系统及方法。
背景技术
在结构工程试验中，试件的轴压试验及压弯试验的精度是计算试件受压的稳定系数和受弯的承载力的关键影响因素。其中，试件的轴压试验和压弯试验对试验过程中试件产生的约束弯矩非常敏感，该约束弯矩会导致试件测得的轴压力偏大，进而使得根据试件轴压和压弯承载力公式计算出的承载力不准确，影响试件的安全性能。
在进行试件的轴压试验时，试件的两端均设置有加载支座，加载装置通过加载支座对试件施加轴力，通常情况下，加载支座采用球铰支座或刀口铰支座，加载装置通过球铰支座或刀口铰支座将轴力施加在试件两端的端板上，球铰支座或刀口铰支座与试件两端端板之间具有一定的摩擦力，因此，当试件两端的端板在轴力的作用下发生旋转时，试件端板和球铰支座或刀口铰支座之间巨大的压应力会产生不可忽视的约束弯矩，该约束弯矩导致试件测得的轴压力偏大，从而降低了轴压试验的精度，进而降低试件轴心受压稳定系数。
在进行试件压弯试验时，通常采用施加轴力偏心距的方法来对试件施加杆端力。如果球铰支座或刀口铰支座与试件两端端板之间的摩擦力为零，则杆端的预期弯矩为轴力与偏心距之积。然而，在实际试验过程中，球铰支座或刀口铰支座与试件两端端板之间是具有一定的摩擦力，该摩擦力引起的约束弯矩会抵消一部分预期弯矩，容易使得压弯试验测量值不准确，偏于不安全，这会降低试件受弯的承载力的测试精度，同时，采用该方法进行压弯试验时，轴力和偏心距均为固定值，则计算出的预期弯矩也为固定值，也就是说，预期弯矩无法改变，从而作用于试件的弯矩的无法灵活施加。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种弯矩主动控制试验系统及方法，旨在解决现有设备在轴压试验和压弯试验中试件端部因摩擦力产生的约束弯矩导致的测试精度降低的问题。
一个方面，本发明提出了一种弯矩主动控制试验系统，该系统包括：轴力加载装置、应变测量装置、弯矩补偿装置和控制装置。其中，轴力加载装置用于对试件的两端施加轴力；应变测量装置用于测量试件两端的应变值；弯矩补偿装置用于与试件的两端相连接且对试件的两端施加弯矩；控制装置与轴力加载装置、应变测量装置和弯矩补偿装置均电连接，用于对轴力加载装置发出加载信号，并且接收应变测量装置测量的应变值，以及根据应变值向弯矩补偿装置输出加载信号。
进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，弯矩补偿装置包括第一加载装置、第二加载装置、第一传力机构和第二传力机构；其中，控制装置与第一加载装置和第二加载装置均电连接，用于向第一加载装置和第二加载装置发出加载信号；第一传力机构与第一加载装置相连接，并且，第一传力机构用于与试件的第一端相连接；第二传力机构与第二加载装置相连接，并且，第二传力机构用于与试件的第二端相连接。
进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，第一传力机构包括第一力臂和第二力臂；其中，第一力臂的第一端和第二力臂的第一端均与第一加载装置相连接，第一力臂的第二端和第二力臂的第二端均用于与试件的第一端相连接；第一力臂与第二力臂垂直设置。
进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，第二传力机构包括第三力臂和第四力臂；其中，第三力臂的第一端和第四力臂的第一端均与第二加载装置相连接，第一力臂的第二端和第二力臂的第二端均用于与试件的第一二端相连接；第三力臂与第四力臂垂直设置。
进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，轴力加载装置包括第三加载装置和第四加载装置；其中，控制装置与第三加载装置和第四加载装置均电连接，用于向第三加载装置和第四加载装置发出加载信号；第三加载装置设置有第一加载体，第一加载体用于对试件的第一端加载轴向力；第四加载装置设置有第二加载体，第二加载体用于对试件的第二端加载轴向力；第一加载体和第二加载体均与应变测量装置相连接。
进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，应变测量装置包括第一应变片和第二应变片；其中，第一应变片为多个，并且，多个第一应变片沿周向贴设于第一加载体，并且多个第一应变片均与控制装置电连接；第二应变片为多个，并且，多个第二应变片沿周向贴设于第二加载体，并且多个第二应变片均与控制装置电连接。
进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，控制装置包括第一控制装置和第二控制装置；其中，第一加载装置、第三加载装置和多个第一应变片均与第一控制装置电连接；第二加载装置、第四加载装置和多个第二应变片均与第二控制装置电连接。
本发明中，通过弯矩补偿装置可以抵消试件两端因摩擦力产生的约束弯矩，并且，可以利用弯矩补偿装置做到预期弯矩的灵活施加，进而提高了试件轴心受压稳定系数和压弯承载力的测试精度。
另一方面，本发明还提出了一种弯矩主动控制试验方法，该方法包括如下步骤：轴向力施加步骤，控制加载装置对试件的两端加载轴向力；约束弯矩确定步骤，确定试件端部的约束弯矩；补偿弯矩确定步骤，根据试件端部的约束弯矩确定补偿弯矩。
进一步地，上述弯矩主动控制试验方法中，轴向力施加步骤进一步包括：控制第一加载体和第二加载体对试件的两端施加轴向力；其中，第一加载体的侧壁沿周向预先贴设有多个应变片，并且，其中的两对应变片分别置于在第一加载体的截面建立的x轴和y轴上；第二加载体的侧壁沿周向预先贴设有多个应变片，并且，其中的两对应变片分别置于在第二加载体的截面上建立的x轴和y轴上。
进一步地，上述弯矩主动控制试验方法中，约束弯矩确定步骤进一步包括：获取第一加载体和第二加载体的直径D和弹性模量E、以及贴设于第一加载体和第二加载体的各应变片检测的应变值；根据公式分别确定第一加载体和第二加载体的抵抗弯矩W；根据获取的第一加载体的各应变值计算第一加载体的平均应变值以及计算位于第一加载体的x轴的两个应变片的差值εx和位于y轴的两个应变片的差值εy；根据获取的第二加载体的各应变值计算第二加载体的平均应变值以及计算位于第二加载体的x轴的两个应变片的差值εx和位于y轴的两个应变片的差值εy；根据公式分别计算第一加载体和第二加载体位于x轴的约束弯矩Mx；根据公式分别计算第一加载体和第二加载体位于y轴的约束弯矩My；将第一加载体和第二加载体的约束弯矩确定为试件的约束弯矩。
进一步地，上述弯矩主动控制试验方法中，补偿弯矩确定步骤进一步包括：根据公式M＝Mpx-Mx计算第一加载体和第二加载体位于x轴所在的水平平面内的补偿弯矩M，根据公式M＝Mpy-My计算第一加载体和第二加载体位于y轴所在的竖直平面内的补偿弯矩M。
本发明中，控制装置根据接收到的试件两端的应变值确定试件两端的补偿弯矩，并控制弯矩补偿装置对试件的两端施加补偿弯矩，将试件两端因摩擦力产生的约束弯矩抵消，并且，做到预期弯矩的灵活施加，进而提高了试件轴心受压稳定系数和压弯承载力的测试精度。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的弯矩主动控制试验系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的弯矩主动控制试验系统的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的弯矩主动控制试验系统的仰视结构示意图；
图4为本发明实施例提供的弯矩主动控制试验方法的流程图。
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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
试验系统实施例：
参见图1，图1为本发明实施例提供的弯矩主动控制试验系统的结构示意图。如图所示，该系统包括：轴力加载装置1、应变测量装置3、弯矩补偿装置4和控制装置5。其中，轴力加载装置1与试件2的两端相接触，用于对试件2的两端施加轴力。应变测量装置3用于测量试件2两端的应变值。弯矩补偿装置4与试件2的两端均连接，并且，弯矩补偿装置4对试件2的两端施加补偿弯矩。控制装置5与轴力加载装置1、应变测量装置3和弯矩补偿装置4均电连接，控制装置5用于对轴力加载装置1发出加载信号，并且接收应变测量装置3测量的应变值，以及根据应变值向弯矩补偿装置4输出加载信号。具体地，控制装置可以为微型计算机，优选的，微型计算机为单片机。具体实施时，轴力加载装置1可以为液压装置，也可以为其它形式的轴力加载装置，本实施例对其不做任何限定。
具体实施时，当轴力加载装置1对试件2两端施加轴力时，轴力加载装置1与试件2之间产生摩擦力，该摩擦力会对试件2的两端均产生约束弯矩。根据力的作用是相互的原理，该试件2两端的约束弯矩等于轴力加载装置的约束弯矩。测量试件2两端的应变值可以有多种方式，优选地，应变测量装置3与轴力加载装置1相连接，使应变测量装置3测量轴力加载装置1的形变，轴力加载装置1的形变等于试件2两端的形变。也就是说，试件2两端因轴力发生形变，由于试件2与轴力加载装置1相接触，所以试件2的形变使得轴力加载装置1也发生相应的形变，应变测量装置3感应此形变且测量轴力加载装置1的应变值，则轴力加载装置1的应变值等于试件2两端的应变值。控制装置根据该应变值确定出轴力加载装置的约束弯矩，也即试件2两端的约束弯矩。
当进行轴压试验时，要求试件2两端只承受轴力，不承受弯矩，即预期弯矩为零，则需要通过弯矩补偿装置4对试件2施加的补偿弯矩抵消该约束弯矩，也就是说，补偿弯矩等于约束弯矩。当进行压弯试验时，预期弯矩不为零，那么就需要补偿弯矩大于约束弯矩，此时一部分补偿弯矩用于抵消试件2两端的约束弯矩，另一部分补偿弯矩可以当作预期弯矩施加于试件2的两端，从而满足压弯试验中预期弯矩的要求。
试验时，启动该弯矩主动控制试验系统，控制装置5对轴力加载装置1发送加载信号，轴力加载装置1接收该加载信号，并根据该加载信号进行移动以与试件的两端相接触，并对试件2两端施加轴力。当试件2两端因轴力发生形变时，应变测量装置3感应此形变且分别测量试件2两端的应变值，以及将试件2两端的应变值发送给控制装置5。控制装置5接收试件2两端的应变值，并根据该应变值计算出约束弯矩，再根据预期弯矩和约束弯矩确定补偿弯矩，根据确定出的补偿弯矩对弯矩补偿装置4发送加载信号。弯矩补偿装置4接收该加载信号，并根据该加载信号对试件2两端施加与该补偿弯矩相对应的力。
可以看出，本实施例中，当进行轴压试验和压弯试验时，通过弯矩补偿装置4对试件2施加的补偿弯矩能够抵消试件2两端因摩擦力产生的约束弯矩，避免约束弯矩对试件2轴压试验和压弯试验的影响，提高了试验的精度，使得试件2的轴心受压稳定系数和压弯的承载力计算更准确，并且，在压弯试验时，可以根据预期弯矩控制弯矩补偿装置4施加的补偿弯矩，实现了预期弯矩的灵活施加，进一步确保了压弯试验的精度，解决了现有设备在轴压试验和压弯试验中试件端部因摩擦力产生的约束弯矩导致的测试精度降低的问题。
参见图1，上述实施例中，弯矩补偿装置4可以包括：第一加载装置(图中未示出)、第二加载装置(图中未示出)、第一传力机构41和第二传力机构42。其中，控制装置5可以与第一加载装置和第二加载装置均电连接，可以用于向第一加载装置和第二加载装置发出加载信号。另外，第一加载装置可以设置有加载体，第一传力机构41可以与第一加载装置的加载体相连接，并且，第一传力机构41与试件2的第一端(图1所示的上端)相连接，第一加载装置通过其设置的加载体对第一传力机构41向试件2的第一端施加作用力，该作用力产生相应的补偿弯矩。第二加载装置也可以设置有加载体，第二传力机构42可以与第二加载装置的加载体相连接，并且，第二传力机构42与试件2的第二端(图1所示的下端)相连接，第二加载装置通过其设置的加载体对第二传力机构42向试件2的第二端施加作用力，该作用力产生相应的补偿弯矩。具体地，控制装置5同时对第一加载装置和第二加载装置发出加载信号。
具体实施时，第一加载装置和第二加载装置均可以为液压装置，也可以为其它形式的加载装置，具体形式可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
试验时，控制装置5接收应变测量装置3发送的试件2两端的应变值，并根据该应变值同时向第一加载装置和第二加载装置发送加载信号，第一加载装置接收该加载信号，并根据该加载信号通过第一加载装置设置的加载体对第一传力机构41施加力，该力在试件的第一端形成补偿弯矩。第二加载装置接收该加载信号，并根据该加载信号通过第二加载装置设置的加载体对第二传力机构42施加力，该力在试件的第二端形成补偿弯矩。
可以看出，本实施例中，通过控制装置控制施加于试件两端的作用力，该作用力产生补偿弯矩，该补偿弯矩能够抵消约束弯矩，并且，该补偿弯矩能够根据预期弯矩进行调节，实现了预期弯矩的灵活施加，确保了轴压试验和压弯试验的精度，进而提高了试件轴心受压稳定系数和压弯承载力的计算的准确度。
参见图1和图2，上述各实施例中，第一传力机构41可以包括：第一力臂411和第二力臂412。其中，第一力臂411的第一端(图2所示的下端)和第二力臂412的第一端(图2所示的右端)均可以与第一加载装置相连接。第一力臂411的第二端(图2所示的上端)和第二力臂412的第二端(图2所示的左端)均可以与试件2的第一端相连接。第一力臂411与第二力臂412垂直设置。具体地，第一力臂411的第二端和第二力臂412的第二端均连接于试件2第一端的中心。
参见图1和图3，第二传力机构42可以包括：第三力臂421和第四力臂422。其中，第三力臂421的第一端(图3所示的上端)和第四力臂422的第一端(图3所示的右端)均可以与第二加载装置相连接，第三力臂421的第二端(图3所示的下端)和第四力臂422的第二端(图3所示的左端)均可以与试件2的第二端相连接。第三力臂421与第四力臂422垂直设置。具体地，第三力臂421的第二端和第四力臂422的第二端均连接于试件2第二端的中心。
此外，第一力臂411和第二力臂412在试件2的第一端的设置方式均与第三力臂421和第四力臂422在试件2的第二端的设置方式相同。
具体实施时，第一力臂411、第二力臂412、第三力臂421和第四力臂422均可以由钢管或工字钢等加工而成，并且，第一力臂411、第二力臂412、第三力臂421和第四力臂422的长度均可以相同。
可以看出，本实施例中，每个传力机构均设置两个力臂，并且，两个力臂垂直设置，有利于补偿弯矩的合成。
参见图1，上述各实施例中，轴力加载装置1可以包括：第三加载装置和第四加载装置。其中，控制装置5与第三加载装置和第四加载装置均可以电连接，控制装置5用于同时向第三加载装置和第四加载装置发出加载信号。第三加载装置可以设置有第一加载体11，第一加载体11可以用于对试件2的第一端加载轴向力，第四加载装置也可以设置有第二加载体12，第二加载体12可以用于对试件2的第二端加载轴向力，并且，第一加载体11和第二加载体12均可以与应变测量装置3相连接。此外，第四加载装置还可以设置有底座，该底座用于支撑该弯矩主动控制系统。
具体实施时，第一加载体11和第二加载体12的材料和直径均可以相同，第一加载体11和第二加载体12的横截面均可以为圆形，且具有一定刚度。当第一加载体11和第二加载体12的横截面均为圆形且具有一定的刚度时，第一加载体11和第二加载体12的横截面的应力应变关系符合平截面假定，因此，第一加载体11和第二加载体12的横截面的应变测点不需要太多，原则上只需8个应变测点即可，当然也可以设置有8个以上，并且各应变测点为偶数。
参见图1，上述各实施例中，应变测量装置3可以包括：第一应变片31和第二应变片32。其中，第一应变片31可以为多个，并且，多个第一应变片31可以沿周向贴设于第一加载体11，并且多个第一应变片31均可以与控制装置5电连接。第二应变片32也可以为多个，并且多个第二应变片32也可以沿周向贴设于第二加载体12，并且，多个第二应变片32均可以与控制装置5电连接。
具体实施时，第一应变片31可以为8个，并且，各第一应变片31可以沿周向均匀贴设于第一加载体11的任意选取的同一个横截面。第二应变片32可以为8个，且各第二应变片32可以沿周向均等贴设于第二加载体12的任意选取的同一个横截面。各第一应变片31沿第一加载体11贴设的位置与各第二应变片32沿第二加载体12贴设的位置相对应。
可以看出，本实施例中，将第一应变片31和第二应变片32分别贴设于第一加载体11和第二加载体12，简单方便，能够多次对不同试件进行测试，避免了将应变片直接贴设于试件导致的在对不同试件进行试验时需要重复贴设应变片的麻烦。
参见图1，上述实施例中，控制装置5可以包括：第一控制装置51和第二控制装置52。其中，第一加载装置、第三加载装置和多个第一应变片31均可以与第一控制装置51电连接，第二加载装置、第四加载装置和多个第二应变片32均可以与第二控制装置52电连接。
试验时，第一控制装置51对第三加载装置发送加载信号，第三加载装置接收加载信号，并根据该加载信号对试件2的第一端加载轴向力。多个第一应变片31分别测得试件2的第一端的各测点的应变值，并将试件2的第一端的各测点的应变值发送给第一控制装置51。第一控制装置51根据试件2的第一端的应变值计算出补偿弯矩，并对第一加载装置发送加载信号，使第一加载装置对与试件2的第一端相连接的第一力臂411的第一端和第二力臂412的第一端同时施加补偿弯矩的对应力，该对应力可以为拉力，也可以为压力。试件2的第二端的力和补偿弯矩的加载过程可以参照上述第一端的力和补偿弯矩的加载过程。
可以看出，本实施例中，通过第一控制装置51对试件的第一端同时进行轴向力的加载和补偿弯矩的加载，第二控制装置52对试件的第二端同时进行轴向力的加载和补偿弯矩的加载，实现了试件两端的分别控制，避免使用一个控制装置导致加载轴力和补偿弯矩时出现紊乱，并且，利用补偿弯矩既可以将试件2两端的约束弯矩抵消，也可以做到预期弯矩的灵活施加，进而提高了试件轴心受压稳定系数和压弯承载力的测试精度。
综上所述，本实施例中，通过弯矩补偿装置可以抵消试件两端因摩擦力产生的约束弯矩，并且，可以利用弯矩补偿装置做到预期弯矩的灵活施加，进而提高了试件轴心受压稳定系数和压弯承载力的测试精度。
试验方法实施例：
参见图4，图4为本发明实施例提供的弯矩主动控制试验方法的流程图。本实施例还提出了一种弯矩主动控制试验方法。如图所示，该方法包括如下步骤：
轴向力施加步骤S1，控制加载装置对试件的两端加载轴向力。
具体地，轴力加载装置1与试件2的两端相接触，控制装置5对轴力加载装置1发送加载信号，使轴力加载装置1对试件2两端加载轴向力，轴力加载装置1可以为液压装置。
约束弯矩确定步骤S2，确定试件2端部的约束弯矩。
具体地，当轴力加载装置1对试件2两端施加轴向力，轴力加载装置1与试件2之间产生摩擦力，该摩擦力会对试件2的两端均产生约束弯矩。根据力的作用是相互的原理，该试件2两端的约束弯矩等于轴力加载装置的约束弯矩。测量试件2两端的应变值可以有多种方式，优选地，应变测量装置3与轴力加载装置1相连接，使应变测量装置3测量轴力加载装置1的形变，轴力加载装置1的形变等于试件2两端的形变。也就是说，试件2两端因轴力发生形变，由于试件2与轴力加载装置1相接触，所以试件2的形变使得轴力加载装置1也发生相应的形变，应变测量装置3感应此形变且测量轴力加载装置1的应变值，则轴力加载装置1的应变值等于试件2两端的应变值。控制装置根据该应变值确定出轴力加载装置的约束弯矩，也即试件2两端的约束弯矩。
补偿弯矩确定步骤S3，根据试件2端部的约束弯矩确定补偿弯矩。
具体地，弯矩补偿装置4与试件2的两端相连接，并且，控制装置5与弯矩补偿装置4电连接。控制装置5根据计算出的约束弯矩确定补偿弯矩，并根据补偿弯矩对弯矩补偿装置4发送加载信号，使弯矩补偿装置4对试件2的两端施加与补偿弯矩对应的作用力，该作用力产生补偿弯矩。
可以看出，本实施例中，当对试件2加载轴向力后，控制装置5根据试件2两端的应变值确定约束弯矩，并根据约束弯矩确定补偿弯矩，以及控制弯矩补偿装置4对试件2的两端施加该补偿弯矩，抵消试件2两端因摩擦力产生的约束弯矩，避免约束弯矩对试件2轴压试验和压弯试验的影响，提高了试验的精度，使得试件2的轴心受压稳定系数和压弯的承载力计算更准确，并且，可以根据预期弯矩控制弯矩补偿装置4施加的补偿弯矩，实现了预期弯矩的灵活施加，进一步确保了压弯试验的精度。
上述实施例中，轴向力施加步骤进一步包括：控制第一加载体11和第二加载体12对试件的两端施加轴向力；其中，第一加载体11的侧壁沿周向均等预先贴设有多个应变片，并且，其中的两对应变片分别置于在第一加载体11的截面建立的x轴和y轴上；第二加载体12的侧壁沿周向均等预先贴设有多个应变片，并且，其中的两对应变片分别置于在第二加载体12的截面上建立的x轴和y轴上。
具体地，第一加载体11设置于第三加载装置，第二加载体12设置于第四加载装置。控制装置5对第三加载装置和第四加载装置发送加载信号，第三加载装置控制第一加载体11对试件2的第一端加载轴向力，第四加载装置控制第二加载体12对试件2的第二端加载轴向力。当第一加载体11和第二加载体12的横截面均为圆形且具有一定的刚度时，则第一加载体11和第二加载体12的横截面的应力应变关系符合平截面假定，因此第一加载体11和第二加载体12的横截面的应变测点在原则上只需8个应变测点即可，当然也可以设置有8个以上，并且各应变测点为偶数。应变测量装置3可以包括第一应变片31和第二应变片32，在本实施例中，第一应变片31和第二应变片均设置为8个，各第一应变片31可以沿周向均匀贴设于第一加载体11的任意选取的同一横截面，各第二应变片32可以沿周向均匀贴设于第二加载体12的任意选取的同一横截面。各第一应变片31将测得的试件2第一端的应变值发送给控制装置5，各第二应变片32将测得的试件2第二端的应变值发送给控制装置5。
第一加载体11的x轴和y轴是各第一应变片所在的横截面上任意选取的两个相互垂直且通过试件2形心的轴，其中，各第一应变片31中其中两个应变片位于x轴，其中两个应变片位于y轴。优选的，选取的x轴可以与第二力臂412相重合，y轴可以与第一力臂411相重合。第二加载体12的x轴和y轴的选取的方式可以参考第一加载体11的x轴和y轴的选取的方式。
可以看出，本实施例中，将第一应变片31和第二应变片32分别贴设于第一加载体11和第二加载体12，简单方便，能够多次对不同试件进行测试，避免了将应变片直接贴设于试件导致的在对不同试件进行试验时需要重复贴设应变片的麻烦。
参见图4，上述各实施例中，约束弯矩确定步骤进一步包括：
获取第一加载体11和第二加载体12的直径D和弹性模量E、以及贴设于第一加载体11和第二加载体12的各应变片检测的应变值。
具体地，第一加载体11和第二加载体12的直径可以通过测量获得，第一加载体11和第二加载体12的弹性模量E可以由相关设计标准表中查到。应变值为各应变片检测的应变值。
根据公式分别确定第一加载体11和第二加载体12的抵抗弯矩W。
具体地，将第一加载体11的直径和第二加载体12的直径分别带入公式分别得到第一加载体11的抵抗弯矩和第二加载体12的抵抗弯矩。
根据获取的第一加载体11的各应变值计算第一加载体11的平均应变值以及计算位于第一加载体11的x轴的两个应变片的差值εx和位于y轴的两个应变片的差值εy。根据获取的第二加载体12的各应变值计算第二加载体12的平均应变值以及计算位于第二加载体12的x轴的两个应变片的差值εx和位于y轴的两个应变片的差值εy。
具体地，第一加载体11的平均应变值为各第一应变片31在各测点测得的应变值的平均值，第二加载体12的平均应变值为各第二应变片32在各测点测得的应变值的平均值。位于第一加载体11的x轴上的两个应变片测得的应变值的差可以记为εx，位于第一加载体11的y轴上的两个应变片测得的应变值的差可以记为εy，同样，位于第二加载体12的x轴上的两个应变片测得的应变值的差可以记为εx，位于第二加载体12的y轴上的两个应变片测得的应变值的差可以记为εy。
根据公式分别计算第一加载体11和第二加载体12位于x轴的约束弯矩Mx，根据公式分别计算第一加载体11和第二加载体12位于y轴的约束弯矩My，将所述第一加载体11和所述第二加载体12的约束弯矩确定为试件的约束弯矩。
将上述步骤中确定出的第一加载体11的W、E、和εx带入公式得到位于第一加载体11的x轴的约束弯矩Mx，将上述步骤中确定出的第一加载体11的W、E、和εy带入公式得到位于第一加载体11的y轴的约束弯矩My。同理，将上述步骤中确定出的第二加载体12的W、E、εx和εy分别带入上述两个公式中得到位于第二加载体12的x轴的约束弯矩Mx和y轴的约束弯矩My。
可以看出，本实施例中，通过计算第一加载体11和第二加载体12的任意一个横截面的弯矩即可得到试件2两端的约束弯矩，使约束弯矩的更加容易获得。
上述实施例中，补偿弯矩确定步骤进一步包括：
控制装置5根据公式M＝Mpx-Mx计算第一加载体11和第二加载体12位于x轴所在的水平平面内的补偿弯矩M，并且，控制装置5根据公式M＝Mpy-My计算第一加载体11和第二加载体12位于y轴所在的竖直平面内的补偿弯矩M。控制装置5根据计算出的x轴的补偿弯矩M和y轴的补偿弯矩M，控制第一加载体11通过第一力臂411和第二力臂412对试件2的第一端施加补偿弯矩，以及控制第二加载体12通过第三力臂421和第四力臂422对试件2的第二端施加补偿弯矩。
具体地，Mpx为第一加载体11的x轴和第二加载体12的x轴的预期弯矩，Mpy为第一加载体11的y轴和第二加载体12的y轴的预期弯矩，Mpx和Mpy可以相等，并且，可以人为进行设定。
将第一加载体11的x轴的预期弯矩Mpx和第一加载体11的x轴的约束弯矩Mx带入公式得到试件2的第一端的x轴的补偿弯矩M，控制装置5根据试件2的第一端的x轴的补偿弯矩M确定需要加载于第二力臂412的第一端的力Fxt。将第一加载体11的y轴的预期弯矩Mpy和第一加载体11的y轴的约束弯矩My带入公式得到试件2的第一端的y轴的补偿弯矩M，控制装置5根据试件2的第一端的y轴的补偿弯矩确定需要加载于第一力臂411的力Fyt。然后，控制装置对第一加载装置发送加载信号，使第一加载装置对第一力臂411的第一端施加力Fxt，同时对第二力臂412的第一端施加力Fyt。其中，Fxt和Fyt可以为拉力，也可以为压力。试件2的第二端的力和补偿弯矩的加载过程可以参照上述第一端的力和补偿弯矩的加载过程。
具体实施时，当进行轴压试验时，需要对试件2两端施加的弯矩为零，即预期弯矩为零，则只需将试件2两端因摩擦力产生的约束弯抵消即可，也就是说，补偿弯矩等于约束弯矩。当进行压弯试验时，预期弯矩不为零，那么就需要补偿弯矩大于约束弯矩，此时一部分补偿弯矩用于抵消试件2两端的约束弯矩，另一部分补偿弯矩可以当作预期弯矩施加于试件2的两端。
可以看出，本实施例中，通过控制装置控制施加于试件两端的作用力，该作用力产生补偿弯矩，该补偿弯矩能够抵消约束弯矩，并且，该补偿弯矩能够根据预期弯矩进行调节，实现了预期弯矩的灵活施加，确保了轴压试验和压弯试验的精度，进而提高了试件轴心受压稳定系数和压弯承载力的计算的准确度。
综上所述，本实施例中，控制装置根据接收到的试件两端的应变值确定试件两端的补偿弯矩，并控制弯矩补偿装置对试件的两端施加补偿弯矩，将试件两端因摩擦力产生的约束弯矩抵消，避免约束弯矩对试件轴压试验和压弯试验的影响，提高了试验的精度，使得试件的轴心受压稳定系数和压弯的承载力计算更准确，并且，在压弯试验时，可以根据预期弯矩控制弯矩补偿装置施加的补偿弯矩，实现了预期弯矩的灵活施加，进一步确保了压弯试验的精度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种弯矩主动控制试验系统，其特征在于，包括：
轴力加载装置(1)，用于对试件(2)的两端施加轴力；
应变测量装置(3)，用于测量所述试件(2)两端的应变值；
弯矩补偿装置(4)，用于与所述试件(2)的两端相连接且对所述试件(2)的两端施加弯矩；
控制装置(5)，与所述轴力加载装置(1)、所述应变测量装置(3)和所述弯矩补偿装置(4)均电连接，用于对所述轴力加载装置(1)发出加载信号，并且接收所述应变测量装置(3)测量的应变值，以及根据所述应变值向所述弯矩补偿装置(4)输出加载信号。
2.根据权利要求1所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述弯矩补偿装置(4)包括：第一加载装置、第二加载装置、第一传力机构(41)和第二传力机构(42)；其中，
所述控制装置(5)与所述第一加载装置和所述第二加载装置均电连接，用于向所述第一加载装置和所述第二加载装置发出加载信号；
所述第一传力机构(41)与所述第一加载装置相连接，并且，所述第一传力机构(41)用于与所述试件(2)的第一端相连接；
所述第二传力机构(42)与所述第二加载装置相连接，并且，所述第二传力机构(42)用于与所述试件(2)的第二端相连接。
3.根据权利要求2所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述第一传力机构(41)包括：第一力臂(411)和第二力臂(412)；其中，
所述第一力臂(411)的第一端和所述第二力臂(412)的第一端均与所述第一加载装置相连接，所述第一力臂(411)的第二端和所述第二力臂(412)的第二端均用于与所述试件(2)的第一端相连接；
所述第一力臂(411)与所述第二力臂(412)垂直设置。
4.根据权利要求2所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述第二传力机构(42)包括：第三力臂(421)和第四力臂(422)；其中，
所述第三力臂(421)的第一端和所述第四力臂(422)的第一端均与所述第二加载装置相连接，所述第三力臂(421)的第二端和所述第四力臂(422)的第二端均用于与所述试件(2)的第二端相连接；
所述第三力臂(421)与所述第四力臂(422)垂直设置。
5.根据权利要求1所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述轴力加载装置(1)包括：第三加载装置和第四加载装置；其中，
所述控制装置(5)与所述第三加载装置和所述第四加载装置均电连接，用于向所述第三加载装置和所述第四加载装置发出加载信号；
所述第三加载装置设置有第一加载体(11)，所述第一加载体(11)用于对所述试件(2)的第一端加载轴向力；
所述第四加载装置设置有第二加载体(12)，所述第二加载体(12)用于对所述试件(2)的第二端加载轴向力；
所述第一加载体(11)和所述第二加载体(12)均与所述应变测量装置(3)相连接。
6.根据权利要求1所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述应变测量装置(3)包括：第一应变片(31)和第二应变片(32)；其中，
所述第一应变片(31)为多个，并且多个所述第一应变片(31)沿周向贴设于所述第一加载体(11)，并且，多个所述第一应变片(31)均与所述控制装置(5)电连接；
所述第二应变片(32)为多个，并且多个所述第二应变片(32)沿周向贴设于所述第二加载体(12)，并且，多个所述第二应变片(32)均与所述控制装置(5)电连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述控制装置(5)包括：第一控制装置(51)和第二控制装置(52)；其中，
所述第一加载装置、所述第三加载装置和多个所述第一应变片(31)均与所述第一控制装置(51)电连接；
所述第二加载装置、所述第四加载装置和多个所述第二应变片(32)均与所述第二控制装置(52)电连接。
8.一种弯矩主动控制试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
轴向力施加步骤，控制加载装置对试件的两端加载轴向力；
约束弯矩确定步骤，确定所述试件端部的约束弯矩；
补偿弯矩确定步骤，根据所述试件端部的约束弯矩确定补偿弯矩。
9.根据权利要求8所述的弯矩主动控制试验方法，其特征在于，所述轴向力施加步骤进一步包括：
控制第一加载体和第二加载体对所述试件的两端施加轴向力；其中，所述第一加载体的侧壁沿周向预先贴设有多个应变片，并且，其中的两对应变片分别置于在所述第一加载体的截面建立的x轴和y轴上；所述第二加载体的侧壁沿周向预先贴设多个应变片，并且，其中的两对应变片分别置于在所述第二加载体的截面上建立的x轴和y轴上。
10.根据权利要求9所述的弯矩主动控制试验方法，其特征在于，所述约束弯矩确定步骤进一步包括：
获取所述第一加载体和所述第二加载体的直径D和弹性模量E、以及贴设于所述第一加载体和所述第二加载体的各应变片检测的应变值；
根据公式分别确定所述第一加载体和所述第二加载体的抵抗弯矩W；
根据获取的所述第一加载体的各应变值计算所述第一加载体的平均应变值以及计算位于所述第一加载体的x轴的两个应变片的差值εx和位于y轴的两个应变片的差值εy；
根据获取的所述第二加载体的各应变值计算所述第二加载体的平均应变值以及计算位于所述第二加载体的x轴的两个应变片的差值εx和位于y轴的两个应变片的差值εy；
根据公式分别计算所述第一加载体和所述第二加载体位于x轴的约束弯矩Mx；根据公式分别计算所述第一加载体和所述第二加载体位于y轴的约束弯矩My；
将所述第一加载体和所述第二加载体的约束弯矩确定为所述试件的约束弯矩。
11.根据权利要求10所述的弯矩主动控制试验方法，其特征在于，所述补偿弯矩确定步骤进一步包括：
根据公式M＝Mpx-Mx计算所述第一加载体和所述第二加载体位于x轴所在的水平平面内的补偿弯矩M，根据公式M＝Mpy-My计算所述第一加载体和所述第二加载体位于y轴所在的竖直平面内的补偿弯矩M。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107063845A (zh) * 2017-04-10 2017-08-18 吉林省电力科学研究院有限公司 输电铁塔主材角钢轴力与弯矩协调加载装置及测量方法
CN107101881A (zh) * 2017-06-22 2017-08-29 山东科技大学 一种预加轴力、弯矩的冲击实验装置及其实验方法
CN111122312A (zh) * 2018-10-30 2020-05-08 中国电力科学研究有限公司 一种用于避雷器金具极限承载力的测量装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2190785Y (zh) * 1994-01-28 1995-03-01 重庆钢铁研究所 弯曲支座
CN2758743Y (zh) * 2004-12-28 2006-02-15 北京交通大学 拉压弯组合加载试件
CN201653792U (zh) * 2010-04-01 2010-11-24 同济大学 一种消除偏心弯矩的轴向拉伸试验铰机构
CN103728070A (zh) * 2014-01-10 2014-04-16 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 自动补偿温度和弯矩影响的扭矩测试系统
JP2014098609A (ja) * 2012-11-14 2014-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接継手の曲げ試験方法
CN104880369A (zh) * 2015-04-10 2015-09-02 山西省交通科学研究院 一种损伤预应力混凝土受弯构件消压弯矩试验方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2190785Y (zh) * 1994-01-28 1995-03-01 重庆钢铁研究所 弯曲支座
CN2758743Y (zh) * 2004-12-28 2006-02-15 北京交通大学 拉压弯组合加载试件
CN201653792U (zh) * 2010-04-01 2010-11-24 同济大学 一种消除偏心弯矩的轴向拉伸试验铰机构
JP2014098609A (ja) * 2012-11-14 2014-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接継手の曲げ試験方法
CN103728070A (zh) * 2014-01-10 2014-04-16 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 自动补偿温度和弯矩影响的扭矩测试系统
CN104880369A (zh) * 2015-04-10 2015-09-02 山西省交通科学研究院 一种损伤预应力混凝土受弯构件消压弯矩试验方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107063845A (zh) * 2017-04-10 2017-08-18 吉林省电力科学研究院有限公司 输电铁塔主材角钢轴力与弯矩协调加载装置及测量方法
CN107101881A (zh) * 2017-06-22 2017-08-29 山东科技大学 一种预加轴力、弯矩的冲击实验装置及其实验方法
CN107101881B (zh) * 2017-06-22 2019-10-22 山东科技大学 一种预加轴力、弯矩的冲击实验装置及其实验方法
CN111122312A (zh) * 2018-10-30 2020-05-08 中国电力科学研究有限公司 一种用于避雷器金具极限承载力的测量装置
CN111122312B (zh) * 2018-10-30 2023-12-12 中国电力科学研究有限公司 一种用于避雷器金具极限承载力的测量装置

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