CN106768960A - 载荷加载装置及载荷加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载荷加载装置及载荷加载方法，用于对一端固定且竖立设置的高耸结构构件施加载荷。其中，载荷加载方法包括以下步骤：步骤a，提供横梁，将横梁横向地固定于高耸结构构件的自由端；步骤b，向横梁施加轴向的第一载荷，第一载荷通过横梁使高耸结构构件受到弯矩载荷、且使高耸结构构件的自由端受到水平载荷；步骤c，向横梁上与高耸结构构件自由端具有预定距离的部位施加径向的第二载荷，第二载荷能通过横梁使高耸结构构件受到弯矩载荷和轴向载荷。本发明提供的载荷加载装置及载荷加载方法能够实现对高耸结构构件受力状况的模拟。

Description

载荷加载装置及载荷加载方法

技术领域

本发明属于大型构件强度测试技术领域，尤其涉及一种载荷加载装置及载荷加载方法。

背景技术

在大型桥梁、高塔、风电等工程领域，会涉及到高耸结构构件的应用。以风力发电机组为例，支撑安装发电机和叶轮的塔架构件为高耸结构构件，一端固定于地面，另一端安装发电机和叶轮，形成悬臂梁结构。作为发电机组的支撑和安装基础，塔架构件在风力发电机组运行过程中不仅承受风力发电机组的重力作用，更承受风产生的侧向力作用，在塔架底部形成轴向载荷、水平载荷和弯矩载荷的多向荷载复合作用，受力复杂，其承载能力关系到整个风力发电机组的稳定和安全。基于以上原因，需要对塔架构件的受力状况及承载能力进行理论及试验研究分析。而现有试验设备只能进行水平和竖向的单向加载，对于复合受力的大型构件或结构模型试验，无法实现轴向载荷、水平载荷和弯矩载荷的同时加载。因此，如何搭建载荷加载装置和确定加载方法成为塔架构件的受力研究的技术难题。

发明内容

本发明实施例提供一种载荷加载方法和载荷加载装置，能够使高耸结构构件受到复合载荷。

第一方面，提供一种载荷加载方法，用于对一端固定且竖立设置的高耸结构构件施加载荷，包括以下步骤：步骤a，提供横梁，将横梁横向地固定于高耸结构构件的自由端；步骤b，向横梁施加轴向的第一载荷，第一载荷通过横梁使高耸结构构件受到弯矩载荷、且使高耸结构构件的自由端受到水平载荷；步骤c，向横梁上与高耸结构构件自由端具有预定距离的部位施加径向的第二载荷，第二载荷能通过横梁使高耸结构构件受到弯矩载荷和轴向载荷。

在第一种可能的实现方式中，步骤a中，横梁垂直固定于高耸结构构件。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，步骤b中，施加第一载荷时，第一载荷平行于横梁且作用点位于横梁的末端。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，步骤c中，施加第二载荷时，第二载荷垂直于横梁且其作用点位于横梁的末端。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，载荷加载方法还包括步骤d：向横梁施加径向的第三载荷，第三载荷的作用点与高耸结构构件同轴。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，第三载荷的方向垂直于横梁。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，步骤d在步骤a前执行，且在执行步骤a的过程中减小第三载荷以使高耸结构构件受到的轴向载荷保持预定值不变。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，加载第一载荷、第二载荷和第三载荷时，分别通过多次加载逐渐加载至各个载荷的预定值。

结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，加载第一载荷和第二载荷的过程中，监测横梁上第一载荷和/或第二载荷的加载作用点的位移量，并将位移量作为相应载荷的数值参考以控制第一载荷和第二载荷的加载过程。

结合上述可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，第一载荷和第二载荷通过伺服作动器加载。

结合上述可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，在对横梁施加第二载荷的同时，向横梁的一端施加平行于高耸结构构件的约束，且该端与第二载荷的作用点分布于高耸结构构件的两侧。

第二方面，提供一种载荷加载装置，用于对一端固定且竖立设置的高耸结构构件施加载荷，包括横梁、第一施力机构和第二施力机构。其中，横梁具有在长度方向上依序相连的第一承载部、连接部和第二承载部；第一施力机构与横梁的第一承载部抵靠或固定连接；第二施力机构与横梁的第二承载部抵靠或固定连接。在使用时，横梁通过连接部横向地固定在高耸结构构件的自由端，第一施力机构向第一承载部施加沿横梁轴向的第一载荷，第二施力机构向第二承载部施加沿横梁径向的第二载荷。

在第一种可能的实现方式中，在横梁与高耸结构构件共面的平面中，第二施力机构与高耸结构构件位于横梁的同侧。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，横梁还包括固定于横梁上的连接构件，连接构件可拆卸地连接于高耸结构构件自由端。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，还包括固定的反力墙，反力墙垂直于横梁，第一施力机构连接于反力墙和横梁之间。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，还包括固定的加力架，加力架垂直于横梁，第二施力机构连接于加力架和横梁之间。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，还包括与横梁固定或抵靠连接的辅助施力机构，辅助施力机构与高耸结构构件同轴配置。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，辅助加载装置包括连接件和千斤顶。千斤顶包括可相对运动的第一构件和第二构件，第一构件连接于横梁，第二构件连接于连接件。连接件一端连接千斤顶的第二构件，另一端固定。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，第一施力构件和/或第二施力机构为伺服作动器。

本发明提供的载荷加载装置及载荷加载方法，通过横梁垂直于高耸结构构件刚性连接于高耸结构构件顶端，对横梁施加沿横梁轴向和径向的载荷时能够使高耸结构构件受到弯矩载荷、水平载荷和轴向载荷，实现对高耸结构构件受力状况的模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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为实验条件下塔架构件和塔架基础的结构和安装示意图；

图2为根据本发明一个实施例提供的载荷加载装置结构示意图；

图3为根据本发明另一个实施例提供的载荷加载装置结构示意图；

图4为根据本发明另一个实施例提供的载荷加载装置结构示意图。

其中：

1-第一施力机构，100-第一伺服作动器，110-第一缸体，120-第一活塞杆。

2-第二施力机构，200-第二伺服作动器，210-第二缸体，220-第二活塞杆。

300-横梁，330-第一自由端，340-第二自由端。

400-辅助施力机构，410-千斤顶，420-钢索。

500-连接构件；600-反力墙；700-加力架；800-约束架。

1a-塔架构件，3a-塔架基础，4a-固定板，5a-地基。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体结构和配置，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明提供了一种载荷加载方法，用于对一端固定且竖向设置的高耸结构构件施加载荷，以使高耸结构构件受到轴向载荷、水平载荷和弯矩载荷，以下以塔架构件1a为例说明对高耸结构构件施加载荷的方法。塔架构件1a的结构请参考图1，图1为实验条件下塔架构件1a和塔架基础3a的结构和安装示意图。塔架基础3a通过螺栓固定至实验室的地基5a上，其上表面设置有固定板4a。塔架构件1a为具有一定锥度的柱体并固定在塔架基础3a的上表面，其顶端为自由端。实验时需对塔架构件1a施加载荷，使其受到轴向载荷G、水平载荷P和弯矩载荷M。

参考图2。在一个实施例中，载荷加载方法包括：

步骤a：提供具有第一自由端330和第二自由端340的横梁300，将横梁300相对于塔架构件1a横向地固定于塔架构件1a的顶端。本实施例中，横梁300垂直于塔架构件1a且与塔架构件1a之间为刚性连接。横梁300上第一自由端330距离塔架构件1a的顶端较近，第二自由端340距离塔架构件1a的顶端较远。

步骤b：向横梁300的第一自由端330施加沿横梁300轴向的第一载荷，以使塔架构件1a受到由横梁300产生的水平载荷和弯矩载荷。

本步骤中，第一载荷的作用点为横梁300上第一自由端330的端面部分，其方向平行于横梁300且为推力。在一个可选实施例中，第一载荷的作用点还可以为横梁300的第二自由端340的端面部分，载荷性质可以为拉力。在另一个可选实施例中，还可以同时在横梁300的两个端面部分上分别施加方向一致的推力和拉力。在另一个可选实施例中，第一载荷的方向与横梁300之间具有例如10度的预定夹角，此时第一载荷能够对横梁300产生沿其长度方向上的分力和垂直于其长度方向上的分力，能使塔架构件1a同时受到来自横梁300的水平载荷、轴向载荷及弯矩载荷。

横梁300与塔架构件1a的连接为刚性连接，当横梁300受到平行其梁体的载荷后会将该载荷传递至与塔架构件1a的连接点上，使塔架构件1a的连接点位置受到来自横梁300的水平载荷。同时，该水平载荷会对塔架构件1a产生弯矩载荷。

步骤c：向横梁300施加沿横梁300径向的第二载荷，以使塔架构件1a受到由横梁300产生的轴向载荷和弯矩载荷，同时对横梁300的第一自由端330施加平行于塔架构件1a的约束。本实施例中第二载荷的作用点位于第二自由端340的侧面部分。

在本步骤中，第二载荷的作用点位于横梁300第二自由端340的侧面部分，并且垂直于横梁300。第二载荷的性质为拉力，方向指向地基5a，即从第二自由端340的下方向下拉横梁300。在一个可选实施例中，第二载荷的性质还可以为推力，作用点位于第二自由端340侧面部分的上方，即从第二自由端340的上方向下推横梁300。

在本步骤中，第二载荷的方向垂直于横梁300，即平行于塔架构件1a。在一个可选实施例中，第二载荷的方向还可以与横梁300之间具有例如80度的预定夹角，此时第二载荷对横梁300产生垂直和平行于梁体的分力，能使横梁300对塔架构件1a同时产生轴向载荷、径向压缩载荷和弯矩载荷。

当对横梁300的第二自由端340施加第二载荷时，同时对第一自由端330加以平行于塔架构件1a的约束，使第一自由端330无法在平行于塔架构件1a的方向上产生位移，横梁300对塔架构件1a可产生在其周向分布较为均匀的轴向载荷。对于塔架构件1a，第二载荷为偏心载荷，因此第二载荷可通过横梁300对塔架构件1a产生弯矩载荷。

在一个可选实施例中，步骤c先于步骤b执行。如果先执行步骤b，在执行步骤c时，横梁300及塔架构件1a都会有一定的挠性变形，可能会引起用于加载第一载荷的装置与横梁300间作用点位置沿加载方向发生偏移，导致第一载荷发生变化，不能保持稳定加载，需要重新调整第一载荷的加载装置输出。而执行步骤b时横梁300几乎无变形，仅塔架构件1a有变形，对第二载荷的加载装置的影响较小。

本发明实施例提供的载荷加载方法，在塔架构件1a自由端上固定垂直于塔架构件1a的横梁300，能够通过二者之间的刚性连接对横梁300施加单一载荷并通过横梁300将单一载荷转变为对塔架构件1a的复合载荷。换言之，对横梁300施加平行于梁体的载荷时能对塔架构件1a产生水平载荷和弯矩载荷，对横梁300施加垂直于梁体的载荷时能够对塔架构件1a产生轴向载荷和弯矩载荷。通过以上方法，使用功率较小的加载装置即可对塔架构件1a产生足够的弯矩载荷，不需要设置很高的塔架构件1a来提供足够长的力臂，可在较小的试验空间完成试验。

在另一个实施例中，载荷加载方法还包括步骤d，步骤d包括：向横梁300上与塔架构件1a连接的部位施加第三载荷以使塔架构件1a受到轴向载荷。第三载荷的方向垂直于横梁300，作用点位于横梁300上并且与塔架构件1a同轴。第三载荷可通过横梁300与塔架构件1a之间的刚性连接直接向塔架构件1a施加轴向载荷。

其中，步骤d在步骤a前执行，并且在执行步骤a的过程中减小步骤d中施加的第三载荷，从而使步骤a和步骤d中产生的对塔架构件1a的轴向载荷保持预定值不变。步骤d和步骤a中均会对塔架构件1a产生轴向载荷，当两个步骤中对塔架构件1a产生的轴向载荷之和达到预定值后，塔架构件1a受到的弯矩载荷可能尚未达标，需要继续通过对塔架构件1a施加第一载荷和/或第二载荷，当继续施加第二载荷时，会继续产生对塔架构件1a的轴向载荷，因此在执行步骤a的过程中减小步骤d中施加的第三载荷能使塔架构件1a受到预定值的轴向载荷，能使载荷更接近真实，结果更精确。

其中，在加载第一载荷、第二载荷和第三载荷时通过分级加载的方式进行加载。并且，第一级加载结束时检查加载装置是否异常。

其中，加载第一载荷和第二载荷的过程中监测横梁300上第一载荷和第二载荷的加载作用点的位移量，并将检测到的位移量作为相应载荷的数值参考以控制第一载荷和第二载荷的加载过程。如，第一载荷和第二载荷通过伺服作动器加载，在伺服作动器的位移反馈模式下可获取作动器活塞杆的位移值及对应的载荷，活塞杆的位移值即作用点的位移值。在第一载荷和第二载荷作用下，横梁300及塔架构件1a的自由端会发生变形，由于横梁300的放大作用，单位载荷会引起较大的变形量。以载荷作用点的位移值为载荷大小表征监测加载载荷时，可通过精密仪器测得微小的位移值，或直接从伺服作动器中获得精确的位移值，由于位移值的测量分度值很小，因此可以实现精确分级从而获得足够试验数据。

本发明还提供了一种载荷加载装置，用于对一端固定且竖立设置的高耸结构构件施加载荷。以下实施例中的高耸结构构件以风力发电机组中的塔架构件为例说明。

参考图2，图2为根据本发明一个实施例提供的载荷加载装置结构示意图。载荷加载装置包括第一施力机构1、第二施力机构2、横梁300、连接构件500及由千斤顶410和钢索420组成的辅助施力机构400。使用时，横梁300横向地固定于塔架构件1a的自由端。第一施力机构1和第二施力机构2与地基5a形成刚性固定连接且与横梁300连接，例如，可以在地基5a上设置反力墙600和加力架700，第一施力机构1和第二施力机构2分别通过各自的一端固定于反力墙600和加力架700，另一端与横梁300连接。反力墙600和加力架700均为刚性支撑体，用于承受第一施力机构1和第二施力机构2加载过程中的反力。本实施例中，第一施力机构1为第一伺服作动器100，第二施力机构2为第二伺服作动器200，连接构件500焊接于横梁300上。

横梁300为刚性柱状结构，包括在长度方向上依序相连的第一承载部、连接部和第二承载部。本实施例中，第一承载部为第一自由端330；第二承载部为第二自由端340；连接部为横梁300上的一段梁体，该段梁体位于第一自由端330和第二自由端340之间且较靠近第一自由端330。第一自由端330和第二自由端340均包括端面部分和环绕端面的侧面部分。连接部焊接有连接构件500，连接构件500包括用于与塔架构件1a顶端端面连接的法兰面，法兰面上设置有螺栓孔(图未标)。在使用时，通过螺栓组和连接构件500可以将横梁300垂直连接于塔架构件1a的顶端端面。横梁300的第二自由端340一侧相对于塔架构件1a形成悬臂梁结构。通过横梁300与塔架构件1a之间的刚性连接设置，横梁300受到外部载荷时能够将载荷传递至塔架构件1a的顶部，并使塔架构件1a主体受到对应的载荷。塔架构件1a顶端受到的来自于横梁300的载荷方向不同时，其主体内产生的应变和受到的载荷也不同。

第一伺服作动器100为电液伺服作动器，由液压站提供液压动力，并由数字控制系统进行控制，数字控制系统能够获得第一伺服作动器100的输出载荷值及载荷值对应的活塞杆位移量。第一伺服作动器100包括第一缸体110和第一活塞杆120，第一活塞杆120能够相对于第一缸体110轴向伸缩并输出载荷。第一伺服作动器100属于液压装置，内嵌标准位移传感器，能够精确测量第一缸体110与第一活塞杆120之间的位移并可向控制系统反馈所检测到的位移量，在位移反馈控制模式下，数字控制系统可以以活塞杆的位移量为参考控制第一活塞杆120的加载过程。第一伺服作动器100的第一活塞杆120固定于横梁300上第一自由端330的端面部分，第一缸体110固定于反力墙600上，第一伺服作动器100与横梁300平行设置。当第一伺服作动器100的第一活塞杆120伸出第一缸体110时，第一活塞杆120能够对横梁300施加沿横梁300轴向的载荷，本实施例中即完全平行于横梁300的载荷。并且，由于第一伺服作动器100整体具有刚性，且与横梁300和反力墙600之间为固定连接，反力墙600和第一伺服作动器100也能共同对横梁300的第一自由端330施加平行于塔架构件1a的约束，即，第一伺服作动器100能够限制横梁300的第一自由端330在平行于塔架构件1a的方向上移动。

第二施力机构2为第二伺服作动器200，其原理功能与第一伺服作动器100相同，具体可参考第一伺服作动器100的说明，此处不再赘述。横梁300与塔架构件1a共面的平面中，第二施力机构2与塔架构件1a位于横梁300的下方。具体地，加力架700为刚性柱体，用于连接和支撑第二伺服作动器200。加力架700垂直固定于地基5a上，其高度小于塔架构件1a的高度。第二伺服作动器200设置在加力架700的顶端，通过其第二活塞杆220垂直固定于横梁300上第二自由端340的侧面部分，通过其第二缸体210连接于加力架700的顶端。当第二伺服作动器200的第二活塞杆220向第二缸体210内收缩时能够对第二自由端340施加竖直载荷，即平行于横梁300的载荷。

辅助施力机构400包括千斤顶410和连接件，本实施例中连接件为钢索420。千斤顶410由液压站提供液压动力，并由数字控制系统进行控制，数字控制系统能够获得千斤顶410的输出载荷值。千斤顶410的底座固定于横梁300的上部，其内部缸体轴线与塔架构件1a同轴，即辅助施力机构400对横梁300的作用点与塔架构件1a同轴。千斤顶410的活塞杆与钢索420一端连接，钢索420的另一端连接至塔架基础3a上固定的固定板4a。千斤顶410设置在横梁300上并与塔架构件1a同轴设置。当千斤顶410的活塞杆伸出时，可带动钢索420的一端移动，使钢索420内产生拉应力，该拉应力通过千斤顶410的底座作用于横梁300上，产生垂直于横梁300的载荷，最终对塔架构件1a产生轴向载荷G(见图1)。

本实施例中，横梁300的连接部靠近横梁300的第一自由端330一侧，该连接点与第二自由端340之间的距离较大，当通过第二伺服作动器200向第二自由端340施加拉力时，横梁300产生对塔架构件1a的轴向载荷G和较大的弯矩M(见图1)。本实施例中第二伺服作动器200向横梁300施加的拉力是垂直于横梁300的，在可选实施例中，第二伺服作动器200向横梁300施加的拉力还可以与横梁300之间呈其他角度，如可以与横梁300之间呈80-100度角度，可以根据需要确定具体的角度，使第二伺服作动器200对横梁300的轴向和径向分力对塔架构件1a形成合适的载荷。

通过第一伺服作动器100向横梁300的第一自由端330施加推力时，会对横梁300产生水平载荷P(见图1)，水平载荷P也会对塔架构件1a产生水平载荷和一定的弯矩M。本实施例中第一伺服作动器100对横梁300施加的拉力是平行于横梁300的，在可选实施例中，第一伺服作动器100还可以被设置成与横梁300呈一定的小角度(如10度)，从而使得第一伺服作动器100还可以产生垂直于横梁300的分力，从而在对塔架构件1a施加水平载荷的同时也对塔架构件1a施加轴向载荷。

第二承载部为横梁300的第二自由端340时，作用于该第二承载部的力与塔架构件1a之间具有较大的力臂，能够对塔架构件1a产生较大的弯矩载荷。当然，第二承载部也可以不设置在横梁300的末端，只要第二承载部与连接部之间具有预定距离并能使塔架构件1a产生较大的弯矩即可。

参考图3，图3为根据本发明另一个实施例提供的载荷加载装置结构示意图。在本实施例与图2所示实施例的不同之处在于，第二施力机构2通过加力架700设置在横梁300的上方，第二伺服作动器200的第二活塞杆220与横梁300为抵靠接触，可以通过向第二自由端340表面施加推力以使塔架构件1a受到轴向载荷和弯矩载荷。具体地，加力架700一端固定于地基5a上，其自由端设有水平悬臂，该水平悬臂位于第二自由端340的上方。第二伺服作动器200位于横梁300的上方且其第二缸体210与水平悬臂连接，其第二活塞杆220与横梁300的上侧部分抵靠接触。当第二活塞杆220相对于第二缸体210向外伸出时，会对横梁300的第二自由端340施加压力，并使横梁300产生对塔架构件1a的轴向载荷和弯矩。由于第二伺服作动器200向横梁300施加的力是压力，第二活塞杆220与横梁300之间可以不设置复杂的连接结构即可实现载荷加载。

参考图4，图4为根据本发明另一个实施例提供的载荷加载装置结构示意图。本实施例中，第一伺服作动器100作用于横梁300上第二自由端340的端面部分，第二伺服作动器200作用于第二自由端340的侧面部分。同时，还设置有约束架800，约束架800一端固定在地基5a上，另一端具有水平悬臂，该水平悬臂作用于横梁300的第一自由端330上侧部分，形成对第一自由端330竖直方向上的约束。第一伺服作动器100和第二伺服作动器200均对横梁300施加拉力，实现对塔架构件1a施加弯矩和轴向载荷。本实施例中第一伺服作动器100可以不承受垂直于其活塞杆轴线方向上的载荷，不易造成损坏。

以下为本发明载荷加载方法的另一个实施例，该实施例由图2中所示的载荷加载装置实施。载荷加载装置包括横梁300、第一施力机构1、第二施力机构2和辅助加载装置，具体结构请参考图2及其对应的实施例说明，此处不再赘述。

步骤S10：预加载第一载荷、第二载荷和第三载荷。

根据塔架在实际工况下受到的极限载荷换算出需要对试验模型(塔架构件1a)加载的控制荷载。极限载荷包括轴向载荷、水平载荷和弯矩载荷；控制载荷包括第一伺服作动器100、第二伺服作动器200和千斤顶410应输出的载荷，即前述实施例中的第一载荷、第二载荷和第三载荷。为了使试件加载后变形稳定，有充分时间观测和记录加载后的试验数据，控制第一伺服作动器100、第二伺服作动器200和千斤顶410以分步多级加载方式输出载荷。具体地，首先将千斤顶410、第二伺服作动器200和第一伺服作动器100的输出载荷加载至预定荷载的10％，检查载荷加载装置的外观是否有异常及是否有异常响动，当确定载荷加载装置无异常后，继续进行加载。

步骤S20：通过对横梁300施加第二载荷和第三载荷使塔架构件1a受到预定的轴向载荷。具体地，利用千斤顶410分级施加第三载荷，并加载至塔架构件1a应受的预定轴向载荷值的80％-85％。然后在位移反馈控制模式下，通过第二伺服作动器200分级加载第二载荷使塔架构件1a受到预定轴向载荷。

步骤S30：通过第一伺服作动器100对横梁300施加第一载荷使塔架构件1a受到预定的水平载荷。具体地，在位移反馈控制模式下，使第一伺服作动器100分级加载第一载荷至预定值，该预定值等于塔架构件1a应受的水平载荷。此时塔架构件1a受到较小的弯矩载荷。

步骤S40：通过第二伺服作动器200对横梁300施加第二载荷使塔架构件1a受到预定的弯矩载荷。具体地，位移反馈控制模式下，采用分级加载的方式使第二伺服作动器200对横梁300施加第二载荷至预定值。在分级加载第二载荷的过程中，对千斤顶410进行分级卸载以使塔架构件1a受到的轴向载荷保持不变。且同时在位移反馈控制模式下调节第一伺服作动器100以使其对横梁300的第一载荷保持不变。

S50：继续通过第二伺服作动器200对横梁300施加第二载荷，同时调整千斤顶410和第一伺服作动器100以保持对塔架构件1a不变的轴向载荷和水平载荷。

S60：当千斤顶410卸载至第三载荷为零时，继续通过第二伺服作动器200对横梁300施加第二载荷，同时调整第一伺服作动器100以保持对塔架构件1a不变的水平载荷，直至塔架构件1a破坏。

本发明提供的载荷加载方法和装置，能够最大程度的模拟高耸结构构件在最不利工况下的受力情况，有利于大型高耸结构构件的深入研究。并且，还可以通过连接部件将高耸结构构件的荷载传递至下部基础，实现了同时对高耸结构构件、基础以及二者的连接部位进行试验加载和研究。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种载荷加载方法，用于对一端固定且竖立设置的高耸结构构件施加载荷，包括：

步骤a，提供横梁(300)，将所述横梁(300)横向地固定于所述高耸结构构件的自由端；

步骤b，向所述横梁(300)施加轴向的第一载荷，所述第一载荷通过所述横梁(300)使所述高耸结构构件受到弯矩载荷、且使所述高耸结构构件的自由端受到水平载荷；

步骤c，向所述横梁(300)上与所述高耸结构构件自由端具有预定距离的部位施加径向的第二载荷，所述第二载荷能通过所述横梁(300)使所述高耸结构构件受到弯矩载荷和轴向载荷。

2.根据权利要求1所述的载荷加载方法，其特征在于，所述步骤a中，所述横梁(300)垂直固定于所述高耸结构构件上。

3.根据权利要求1所述的载荷加载方法，其特征在于，所述步骤b中，施加所述第一载荷时，所述第一载荷平行于所述横梁(300)且作用点位于所述横梁(300)的末端。

4.根据权利要求1所述的载荷加载方法，其特征在于，所述步骤c中，施加所述第二载荷时，所述第二载荷垂直于所述横梁(300)且其作用点位于所述横梁(300)的末端。

5.根据权利要求1-4中任意一项中所述的载荷加载方法，其特征在于，还包括步骤d：向所述横梁(300)施加径向的第三载荷，所述第三载荷的作用点与所述高耸结构构件同轴。

6.根据权利要求5所述的载荷加载方法，其特征在于，所述第三载荷的方向垂直于所述横梁(300)。

7.根据权利要求5所述的载荷加载方法，其特征在于，所述步骤d在所述步骤a前执行，且在执行所述步骤a的过程中减小所述第三载荷以使所述高耸结构构件受到的轴向载荷保持预定值不变。

8.根据权利要求5所述的载荷加载方法，其特征在于，加载所述第一载荷、所述第二载荷和所述第三载荷时，分别通过多次加载逐渐加载至各个载荷的预定值。

9.根据权利要求1-4中任意一项所述的载荷加载方法，其特征在于，加载所述第一载荷和所述第二载荷的过程中，监测所述横梁(300)上所述第一载荷和第二载荷的加载作用点的位移量，并将所述位移量作为相应载荷的数值参考以控制所述第一载荷和所述第二载荷的加载过程。

10.根据权利要求1-4中任意一项所述的载荷加载方法，其特征在于，所述第一载荷和第二载荷通过伺服作动器加载。

11.根据权利要求1所述的载荷加载方法，其特征在于，在对所述横梁(300)施加所述第二载荷的同时，向所述横梁(300)的一端施加平行于所述高耸结构构件的约束，且该端与所述第二载荷的作用点分布于所述高耸结构构件的两侧。

12.一种载荷加载装置，用于对一端固定且竖立设置的高耸结构构件施加载荷，其特征在于，包括：

横梁(300)，具有在长度方向上依序相连的第一承载部、连接部和第二承载部；

第一施力机构(1)，与所述横梁(300)的第一承载部抵靠或固定连接；及

第二施力机构(2)，与所述横梁(300)的第二承载部抵靠或固定连接；

在使用时，所述横梁(300)通过所述连接部横向地固定在所述高耸结构构件的自由端，所述第一施力机构(1)向所述第一承载部施加沿所述横梁(300)轴向的第一载荷，所述第二施力机构(2)向所述第二承载部施加沿所述横梁(300)径向的第二载荷。

13.根据权利要求12所述的载荷加载装置，其特征在于，在所述横梁(300)与所述高耸结构构件共面的平面中，所述第二施力机构(2)与所述高耸结构构件位于所述横梁(300)的同侧。

14.根据权利要求12所述的载荷加载装置，其特征在于，所述横梁(300)还包括固定于所述横梁(300)上的连接构件(500)，所述连接构件(500)可拆卸地连接于所述高耸结构构件自由端。

15.根据权利要求12所述的载荷加载装置，其特征在于，还包括固定的反力墙(600)，所述反力墙(600)垂直于所述横梁(300)，所述第一施力机构(1)连接于所述反力墙(600)和所述横梁(300)之间。

16.根据权利要求15所述的载荷加载装置，其特征在于，还包括固定的加力架(700)，所述加力架(700)垂直于所述横梁(300)，所述第二施力机构(2)连接于所述加力架(700)和所述横梁(300)之间。

17.根据权利要求12所述的载荷加载装置，其特征在于，还包括与所述横梁(300)固定或抵靠连接的辅助施力机构(400)，所述辅助施力机构(400)与所述高耸结构构件同轴配置。

18.根据权利要求17所述的载荷加载装置，其特征在于，所述辅助加载装置包括连接件和千斤顶(410)，

所述千斤顶(410)包括可相对运动的第一构件和第二构件，所述第一构件连接于所述横梁(300)，所述第二构件连接于所述连接件；

所述连接件一端连接所述千斤顶(410)的第二构件，另一端固定。

19.根据权利要求12所述的载荷加载装置，其特征在于，所述第一施力机构(1)和所述第二施力机构(2)为伺服作动器。