CN107782623A - 多功能空间加载试验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多功能空间加载试验平台，包括底座，底座上支设有一加载平台，围绕加载平台四周的底座上对应设有多个反力框架，各个反力框架上分别连接有X向加载单元、Y向加载单元、Z向加载单元以及绕Z轴环向加载单元，X向加载单元与加载平台连接进而施加X方向的反力加载，Y向加载单元与加载平台连接进而施加Y方向的反力加载，Z向加载单元与加载平台连接进而施加Z方向的反力加载，绕Z轴环向加载单元与加载平台或试样构件连接进而施加环向的反力加载。本发明解决了如何对试样构件进行多种形式加载的问题，进一步更方便地实现构件试样位移边界控制和力加载控制，更真实地模拟结构件受力状况。

Description

多功能空间加载试验平台
技术领域
本发明属于土木工程加载试验技术领域，具体涉及一种适用于大吨位的多功能空间加载试验平台。
背景技术
目前，大多数结构加载试验系统均对结构试件进行单一工况模拟加载，侧重点在结构件力边界条件模拟，忽视位移边界条件模拟，甚至不考虑位移边界，而大多结构件实际上是受多种荷载复合作用。因此，为了更真实地模拟结构件受力条件，获取更准确的试验数据，有必要设计一种多功能空间加载试验平台。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种多功能空间加载试验平台，以解决如何对试样构件进行多种形式加载的问题，进一步更方便地实现构件试样位移边界控制和力加载控制，更真实地模拟结构件受力状况。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：提供一种多功能空间加载试验平台，包括底座，所述底座上支设有一加载平台，围绕所述加载平台四周的所述底座上对应设有多个反力框架，各个所述反力框架上分别连接有X向加载单元、Y向加载单元、Z向加载单元以及绕Z轴环向加载单元，所述X向加载单元与所述加载平台连接进而施加X方向的反力加载，所述Y向加载单元与所述加载平台连接进而施加Y方向的反力加载，所述Z向加载单元与所述加载平台连接进而施加Z方向的反力加载，所述绕Z轴环向加载单元与所述加载平台或试样构件连接进而施加环向的反力加载。
优选地，所述反力框架包括设于所述加载平台X向一侧的X向反力架，所述X向加载单元包括沿X向设置的X向加载作动器，所述X向加载作动器的两端分别铰接于所述加载平台与所述X向反力架之间。
优选地，所述加载平台的X向同一侧至少设有两个所述X向加载作动器，通过控制两个所述X向加载作动器不同的加载组合进而控制X向的线位移、绕Z向的扭转角位移或X向的加载力。
优选地，所述反力框架包括设于所述加载平台Y向一侧的Y向反力架，所述Y向加载单元包括沿Y向设置的Y向加载作动器，所述Y向加载作动器的两端分别铰接于所述加载平台与所述Y向反力架之间。
优选地，所述加载平台的Y向同一侧至少设有两个所述Y向加载作动器，通过控制两个所述Y向加载作动器不同的加载组合进而控制Y向的线位移、绕Z向的扭转角位移或Y向的加载力。
优选地，所述反力框架包括设立于所述加载平台上方的柱式反力架，所述Z向加载单元包括沿Z向设置的Z向加载作动器，所述Z向加载作动器的两端分别铰接于所述加载平台与所述柱式反力架的反力梁之间。
优选地，所述加载平台的Z向同一侧至少设有四个所述Z向加载作动器，通过控制四个所述Z向加载作动器的动作进而控制所述加载平台在Z向的线位移或绕X向、Y向的转角位移或Z向空间的加载力。
优选地，所述反力框架包括可调节安装于所述柱式反力架水平方向的环向加载机构，所述绕Z轴环向加载单元包括至少一个绕Z轴环向加载作动器，所述绕Z轴环向加载作动器的两端分别铰接于所述加载平台与所述环向加载机构之间，所述环向加载机构包括与所述绕Z轴环向加载作动器铰接的连接体，所述连接体相对于所述环向加载机构的安装位置可绕Z轴调节改变进而所述绕Z轴环向加载作动器在绕Z向的各个变化角度内对试样构件进行拉压加载。
优选地，所述环向加载机构包括上横梁、下横梁以及立梁连接体，所述上横梁以及所述下横梁的两端分别固定安装于所述柱式反力架，所述上横梁以及所述下横梁的长度方向上间隔设有多个上下对应的调节安装孔，所述立梁连接体通过销轴配合紧固件可拆卸地安装于所述上横梁与所述下横梁的各个所述调节安装孔之间，所述绕Z轴环向加载作动器的一端可拆卸地铰接于所述立梁连接体。
优选地，所述试样构件固定安装于所述加载平台与所述底座之间，所述试样构件的两端分别通过固定卡座加以固定，所述固定卡座包括底板、限位挡板以及压梁杆，所述底板通过螺栓固定安装在所述底座上，所述试样构件的下端部设立于所述底板上，多块所述限位挡板固设于所述底板上且围绕夹紧于所述试样构件的底部四周，至少两个所述压梁杆跨设于所述底板的上方并分别夹紧于所述试样构件的下端部两侧，所述试样构件的上端部通过与所述下端部相同的倒置的所述固定卡座进而与所述加载平台固定连接，所述底座的一侧端设有反力凸起，所述固定卡座朝向所述反力凸起的一侧固设有一连梁杆，所述连梁杆向所述反力凸起延伸并顶紧固连。
本发明多功能空间加载试验平台的有益效果包括：
1)通过Z向加载单元的单独启用，可对加载平台实现轴向拉压；
2)通过Z向加载单元并协同X向加载单元或Y向加载单元的同时启用，可对加载平台在平面内实现压剪/平行剪切；
3)通过绕Z轴环向加载单元配合Z向加载单元的各作动器同时作动，可对异形试样构件进行空间加载；
4)通过X向加载单元3、Y向加载单元并协同Z向加载单元的各作动器同时作动，可对结构试件进行空间压/拉弯扭复合加载试验。
附图说明
图1为本发明多功能空间加载试验平台的整体结构示意图；
图2为对应于图1中底座与加载平台连接的立体结构示意图；
图3为对应于图1中绕Z轴环向加载单元的侧面结构示意图；
图4为对应于图3中绕Z轴环向加载单元的局部剖视图。
图中标号：
底座1；X向反力框架2；X向加载单元3；四柱式反力框架4；Y向反力框架5；Y向加载单元6；Z向加载单元7；环向加载机构8；绕Z轴环向加载单元9；加载平台10；底板11；周向挡板12；压梁杆13；调整螺杆/螺栓14；连梁15；试样构件16；反力墙99。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。
如图1所示，本发明首先提供了一种大吨位多功能空间加载试验平台，底座1、X向反力框架2、X向加载单元3、四柱式反力框架4、Y向反力框架5、Y向加载单元6、Z向加载单元7、环向加载机构8、绕Z轴环向加载单元9及加载平台10等部分。其中，具体地：
如图2所示，加载平台10由钢板焊接或者一体铸造而成，具有足够的刚度，并预留与多作动器连接的安装接口。试件16与加载平台10和底座1刚性连接，试件16安装底板11通过锚杆与底座进行连接，底板四周焊接有周向挡板12，通过顶紧螺杆/螺栓14将试件16四周夹紧固定，通过压梁杆13将试件16竖向进行固定。同时，底座1通过连梁15与反力框架或者反力墙99(反力凸起)连接，将试件16受到的剪切力传递到反力墙或反力框架上。试件16与上部加载平台10的连接方式与下部一样，均是先通过四周焊接的挡板或四周螺栓连接的挡板进行周向固定，再通过压梁杆13进行竖向固定。
水平X向加载单元3包括两只平行布置的作动器，前端与加载平台10铰接，尾端与X向加载单元反力框架2铰接。通过控制两个作动器不同的加载组合实现X向的线位移或绕Z向的扭转角位移控制，或者实现X向加载力的控制，从而实现试样构件相应的位移边界控制或加载力的控制。
水平Y向加载单元6包括两只平行布置的作动器，前端与加载平台10铰接，尾端与Y向反力框架5铰接。通过控制两个作动器不同的加载组合实现Y向的线位移或绕Z向的扭转角位移控制，或者实现Y向加载力的控制，从而实现试样构件相应的位移边界控制或加载力的控制。
Z向加载单元7布置于刚性加载平台10的上方，包括阵列布置的四只作动器，尾端与四柱式反力框架4铰接，前端与加载平台10铰接。通过控制四个作动器的动作来实现加载平台在空间X向、Y向、Z向的线位移及绕X向、Y向的转角位移控制，或者实现Z向空间加载力的控制，从而实现对试样构件的复合加载。
结合图3和图4所示，绕Z轴环向加载单元9包括单/双只作动器，前端与加载平台10或试样构件16连接，尾端与环向加载机构8铰接，环向加载机构8包括顶紧螺杆/螺栓8a、上销轴8b、上横梁8c、立梁8d、下销轴8e以及下横梁8f等，立梁8d绕Z向有限位置安装在上下横梁之间，立梁8d通过上销轴8b和下销轴8e进行安装，销轴有一头带有锥度，带锥度的一端与立梁8d无间隙连接，销轴另一端与上下横梁安装孔进行过盈配合连接。下销轴8e与下横梁用螺栓固定，上销轴8b通过顶紧螺杆/螺栓8a顶紧，使立梁8d与两端销轴无间隙连接，同时方便立梁绕Z向进行安装和调整。作动器与加载装置8的连接端在竖向高度上可调，同时立梁可绕Z向有限位置可调，因而实现在绕Z向某一平面内一定角度范围内对异形试件16进行空间加载。
在具有上述结构特征后，结合图1至图4所示，本发明可按以下过程进行试验：
当X向加载单元3、Y向加载单元6均与加载平台10脱开且绕Z轴环向加载单元9与试件16也脱开时，Z向加载单元7中四个作动器同步动作，可实现对加载平台的轴向拉压作用；
当X向加载单元3或Y向加载单元6二者其一与加载平台10脱开，且绕Z轴环向加载单元9与也试件16脱开时，Z向加载单元7中四个作动器同步动作，协同X向加载单元或Y向加载单元6动作，可实现对加载平台10在平面内的压剪/平行剪切作用，继而实现对结构试件16的压剪加载/平行剪切加载要求。
当X向加载单元3、Y向加载单元6均与加载平台10脱开，绕Z轴环向加载单元9与试件16连接，协同Z向加载单元各作动器动作，可实现对异形试件16进行空间加载；
当X向加载单元3、Y向加载单元6均与加载平台10连接，协同Z向加载单元各作动器动作，可实现对结构试件16的空间压/拉弯扭复合加载试验。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能空间加载试验平台，其特征在于：包括底座，所述底座上支设有一加载平台，围绕所述加载平台四周的所述底座上对应设有多个反力框架，各个所述反力框架上分别连接有X向加载单元、Y向加载单元、Z向加载单元以及绕Z轴环向加载单元，所述X向加载单元与所述加载平台连接进而施加X方向的反力加载，所述Y向加载单元与所述加载平台连接进而施加Y方向的反力加载，所述Z向加载单元与所述加载平台连接进而施加Z方向的反力加载，所述绕Z轴环向加载单元与所述加载平台或试样构件连接进而施加环向的反力加载。
2.根据权利要求1所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述反力框架包括设于所述加载平台X向一侧的X向反力架，所述X向加载单元包括沿X向设置的X向加载作动器，所述X向加载作动器的两端分别铰接于所述加载平台与所述X向反力架之间。
3.根据权利要求2所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述加载平台的X向同一侧至少设有两个所述X向加载作动器，通过控制两个所述X向加载作动器不同的加载组合进而控制X向的线位移、绕Z向的扭转角位移或X向的加载力。
4.根据权利要求1所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述反力框架包括设于所述加载平台Y向一侧的Y向反力架，所述Y向加载单元包括沿Y向设置的Y向加载作动器，所述Y向加载作动器的两端分别铰接于所述加载平台与所述Y向反力架之间。
5.根据权利要求4所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述加载平台的Y向同一侧至少设有两个所述Y向加载作动器，通过控制两个所述Y向加载作动器不同的加载组合进而控制Y向的线位移、绕Z向的扭转角位移或Y向的加载力。
6.根据权利要求1所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述反力框架包括设立于所述加载平台上方的柱式反力架，所述Z向加载单元包括沿Z向设置的Z向加载作动器，所述Z向加载作动器的两端分别铰接于所述加载平台与所述柱式反力架的反力梁之间。
7.根据权利要求6所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述加载平台的Z向同一侧至少设有四个所述Z向加载作动器，通过控制四个所述Z向加载作动器的动作进而控制所述加载平台在Z向的线位移或绕X向、Y向的转角位移或Z向空间的加载力。
8.根据权利要求6所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述反力框架包括可调节安装于所述柱式反力架水平方向的环向加载机构，所述绕Z轴环向加载单元包括至少一个绕Z轴环向加载作动器，所述绕Z轴环向加载作动器的两端分别铰接于所述加载平台与所述环向加载机构之间，所述环向加载机构包括与所述绕Z轴环向加载作动器铰接的连接体，所述连接体相对于所述环向加载机构的安装位置可绕Z轴调节改变进而所述绕Z轴环向加载作动器在绕Z向的各个变化角度内对试样构件进行拉压加载。
9.根据权利要求8所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述环向加载机构包括上横梁、下横梁以及立梁连接体，所述上横梁以及所述下横梁的两端分别固定安装于所述柱式反力架，所述上横梁以及所述下横梁的长度方向上间隔设有多个上下对应的调节安装孔，所述立梁连接体通过销轴配合紧固件可拆卸地安装于所述上横梁与所述下横梁的各个所述调节安装孔之间，所述绕Z轴环向加载作动器的一端可拆卸地铰接于所述立梁连接体。
10.根据权利要求1至9任一所述的多功能空间加载试验平台，其特征在于：所述试样构件固定安装于所述加载平台与所述底座之间，所述试样构件的两端分别通过固定卡座加以固定，所述固定卡座包括底板、限位挡板以及压梁杆，所述底板通过螺栓固定安装在所述底座上，所述试样构件的下端部设立于所述底板上，多块所述限位挡板固设于所述底板上且围绕夹紧于所述试样构件的底部四周，至少两个所述压梁杆跨设于所述底板的上方并分别夹紧于所述试样构件的下端部两侧，所述试样构件的上端部通过与所述下端部相同的倒置的所述固定卡座与所述加载平台固定连接，所述底座的一侧端设有反力凸起，所述固定卡座朝向所述反力凸起的一侧固设有一连梁杆，所述连梁杆向所述反力凸起延伸并顶紧固连。
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