CN108333063B - 支挡结构冲击荷载模拟试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种支挡结构冲击荷载模拟试验装置及试验方法，它包括试验台、加载容器和冲击机构，通过自由落体的砝码拉动钢丝绳在滑轮上滑动，拉动传力条带动挡板沿滑轨快速向上滑动开启加载容器，加载容器内的小钢珠快速涌出，通过小钢珠模拟侧向冲击载荷对支挡结构进行冲击，通过调节加载容器容量的大小、高度，或调整固定板与加载容器之间的距离可改变小钢珠对试验模型的冲击力大小。本发明克服了原支挡结构件冲击试验占用场地大，试验单一，不便于教学应用的问题，具有结构简单，冲击受力均匀，可重复使用，占地面积小，适合多种不同的模型，可模拟多种流体压力的冲击试验，适应性好，适合科研教学试验应用，其试验方法简单适用的特点。
Description
技术领域
本发明属于土木工程支撑结构强度试验技术领域，涉及一种支挡结构冲击荷载模拟试验装置及试验方法。
背景技术
以承受侧向压力为主的支挡结构（如拦挡坝、挡土墙、围堰等）在土木工程中应用广泛，结构型式多样。这类结构除了承受常规静荷载外，往往也会承受侧向冲击荷载作用，需要通过结构模型试验探讨支挡结构在侧向冲击力作用下的受力特点和破坏特点。现有的模型试验研究方案是建造一斜面冲击试验台架，利用一个或数个大直径钢球从斜槽滚下产生的动能来模拟大块固体对支挡结构的冲击，或设计固液两相分别供应系统来模拟水石流对支挡结构的冲击。其缺点是：（1）试验加载装置及试验模型庞大，对场地要求高，试验成本很高；（2）试验方法单一，所施加荷载主要针对泥沙流设计，不能模拟均匀流体压力对支挡结构的冲击作用；（3）试验模型一般为大型混凝土结构或钢结构，模型的制作复杂，在结构选型中不便于对结构模型反复修改制作，不适合在本科生实验教学中广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种支挡结构冲击荷载模拟试验装置及试验方法，结构简单，采用自由落体的砝码拉动钢丝绳带动挡板沿滑轨快速滑动开启加载容器，由加载容器内涌出的小钢珠模拟侧向冲击载荷对支挡结构的侧向进行冲击，受力均匀，可重复使用，占地面积小，适合多种不同的模型，可模拟多种流体压力的冲击试验，适应性好，适合科研教学试验应用，其试验方法简单适用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种支挡结构冲击荷载模拟试验装置，它包括试验台、加载容器和冲击机构；所述的试验台包括与支撑架连接的固定架、与固定架连接的固定板；所述的加载容器包括与容器本体连接的滑轨；所述的冲击机构包括与挡板连接的传力条、与传力条连接的钢丝绳、与钢丝绳连接的砝码，以及与钢丝绳配合的滑轮；加载容器和滑轮与支撑架连接固定，挡板与滑轨配合，砝码悬垂于支撑架的一侧。
所述的支撑架包括与水平框架两端连接的垂直框架，滑轮固定于垂直框架的顶部，加载容器固定于垂直框架底部靠近固定板。
所述的固定架为中空的框架结构，固定板位于框架的上平面靠近加载容器。
所述的固定板为平板，其上设有多个紧固件与固定架连接紧固。
所述的容器本体包括与斜板连接的垂直板、与斜板和垂直板两侧连接的侧板组成的开口盒体，侧板与滑轨连接。
所述的滑轨包括与一侧开口的滑槽连接的延展边，延展边上设有多个固定孔通过调节螺钉与支撑架上的螺纹孔配合，滑槽与容器本体两侧连接，两侧滑槽的开口相互对应。
所述的挡板为平板，两侧面设有滚轮与滑轨配合，上端与传力条连接；所述的滚轮包括与轮座配合的轮子，轮座与挡板的侧沿、正面和背面成U型布设。
所述的固定板上设有相互垂直的多个滑槽孔，与滑槽孔配合有多个滑块，滑块上设有自锁螺钉和锁紧螺栓。
所述支撑架侧面设有托板，托板可沿支撑架上下滑动调节高度，托板上设有开孔与可滑动抽拉的活动板配合，砝码位于活动板上；所述固定架底部设有收纳箱。
支挡结构冲击荷载模拟试验装置，其试验方法步骤是：
S1，实验前，将实验的支挡结构件模型固定在固定板上，固定板与固定架固定；
S2， 装料，加载容器处于闭合状态，将冲击用的小钢珠装入到加载容器内；
S3，蓄能，调节托板与支撑架的高度，确定砝码的高度；
S4，冲击，抽动托板上的活动板使砝码自由落体运动，砝码带动钢丝绳沿滑轮向下运动，拉动挡板沿滑轨快速滑动开启加载容器，加载容器中的小钢珠快速涌出给支挡结构件模型施加侧向冲击压力，完成加载；
S5，回收，与支挡结构件模型冲击后的小钢珠落入到固定架底部的收纳箱内收集。
一种支挡结构冲击荷载模拟试验装置，它包括试验台、加载容器和冲击机构；试验台包括与支撑架连接的固定架、与固定架连接的固定板；加载容器包括与容器本体连接的滑轨；冲击机构包括与挡板连接的传力条、与传力条连接的钢丝绳、与钢丝绳连接的砝码，以及与钢丝绳配合的滑轮；加载容器和滑轮与支撑架连接固定，挡板与滑轨配合，砝码悬垂于支撑架的一侧。结构简单，通过自由落体的砝码拉动钢丝绳在滑轮上滑动，拉动传力条带动挡板沿滑轨快速向上滑动开启加载容器，加载容器内的小钢珠快速涌出，通过小钢珠模拟侧向冲击载荷对支挡结构进行冲击，冲击受力均匀，可重复使用，占地面积小，适合多种不同的模型，可模拟多种流体压力的冲击试验，适应性好，适合科研教学试验应用，其试验方法简单适用。
在优选的方案中，支撑架包括与水平框架两端连接的垂直框架，滑轮固定于垂直框架的顶部，加载容器固定于垂直框架底部靠近固定板。结构简单，强度高，固定加载容器的垂直框架上设有多个垂直的螺纹孔，螺纹孔成模数布设与加载容器上安装孔对应，通过调节螺栓紧固，根据试验要求或试验模型的大小可调整加载容器的高度调整冲击力大小，适应性好。
在优选的方案中，固定架为中空的框架结构，固定板位于框架的上平面靠近加载容器。结构简单，强度高，固定架的上平面设有多个螺纹孔与固定板上的紧固件配合，螺纹孔与固定板上紧固件成模数布设，根据试验要求或试验模型的大小可调整水平方向的距离调整冲击力大小，适应性好，调节方便，安装快捷。
在优选的方案中，固定板为平板，其上设有多个紧固件与固定架连接紧固。结构简单，紧固件与固定架上的螺纹孔成模数对应，可根据试验要求或试验模型的大小调整水平方向的距离改变冲击力的大小，适应性好，调节、安装方便快捷。
在优选的方案中，容器本体包括与斜板连接的垂直板、与斜板和垂直板两侧连接的侧板组成的开口盒体，侧板与滑轨连接。结构简单，通过挡板与滑轨配合形成上部开口的中空结构体，试验时内部盛装小钢珠对实验模型形成势能，通过快速开启滑轨使小钢珠涌出对试验模型进行冲击，试验侧向冲击力，小钢珠从斜板向下倾泻时犹如泥沙流形成的冲击力，冲击力均匀，模拟效果逼真，容器本体可根据试验要求更换不同大小的容量。
在优选的方案中，滑轨包括与一侧开口的滑槽连接的延展边，延展边上设有多个固定孔通过调节螺钉与支撑架上的螺纹孔配合，滑槽与容器本体两侧连接，两侧滑槽的开口相互对应。结构简单，延展边上的固定孔与垂直框架上的螺纹孔对应成模数布设，便于调整加载容器的高度，达到调整冲击力大小满足不同试验模型的要求，挡板上的滚轮位于滑槽内滚动摩擦，阻力小，滚动灵活。
在优选的方案中，挡板为平板，两侧面设有滚轮与滑轨配合，上端与传力条连接；所述的滚轮包括与轮座配合的轮子，轮座与挡板的侧沿、正面和背面成U型布设。结构简单，传力条受力后拉动滚轮与滑轨上的滑槽配合滚动，侧沿、正面和背面的轮子与滑槽内壁接触滚动，挡板两侧沿上的轮子与滑槽内壁接触，防止挡板向上运动时倾斜卡阻，摩擦阻力小，滚动灵活。
在优选的方案中，固定板上设有相互垂直的多个滑槽孔，与滑槽孔配合有多个滑块，滑块上设有自锁螺钉和锁紧螺栓。结构简单，根据不同大小形状的试验模型，可选择推动不同方向的滑块靠近试验模型，自锁螺钉锁紧滑块，锁紧螺栓固定试验模型，安装方便快捷，试验效率高。
在优选的方案中，支撑架侧面设有托板，托板可沿支撑架上下滑动调节高度，托板上设有开孔与可滑动抽拉的活动板配合，砝码位于活动板上；固定架底部设有收纳箱。结构简单，通过托板支撑砝码，拉动活动板释放砝码，劳动强度低，更省力，通过调整托板的高度适应不同高度的加载容器，通过改变砝码的重量可改变挡板上升的速度。
在优选的方案中，支挡结构冲击荷载模拟试验装置，其试验方法步骤是：
S1，实验前，将实验的支挡结构件模型固定在固定板上，固定板与固定架固定；
S2， 装料，加载容器处于闭合状态，将冲击用的小钢珠装入到加载容器内；
S3，蓄能，调节托板与支撑架的高度，确定砝码的高度；
S4，冲击，抽动托板上的活动板使砝码自由落体运动，砝码带动钢丝绳沿滑轮向下运动，拉动挡板沿滑轨快速滑动开启加载容器，加载容器中的小钢珠快速涌出给支挡结构件模型施加侧向冲击压力，完成加载；
S5，回收，与支挡结构件模型冲击后的小钢珠落入到固定架底部的收纳箱内收集。以上方法简单适用，可通过调节加载容器容量的大小、高度，或调整固定板与加载容器之间的距离可改变小钢珠对试验模型的冲击力大小，小钢珠回收方便，便于下次利用。
一种支挡结构冲击荷载模拟试验装置及试验方法，它包括试验台、加载容器和冲击机构，通过自由落体的砝码拉动钢丝绳在滑轮上滑动，拉动传力条带动挡板沿滑轨快速向上滑动开启加载容器，加载容器内的小钢珠快速涌出，通过小钢珠模拟侧向冲击载荷对支挡结构进行冲击，通过调节加载容器容量的大小、高度，或调整固定板与加载容器之间的距离可改变小钢珠对试验模型的冲击力大小。本发明克服了原支挡结构件冲击试验占用场地大，试验单一，不便于教学应用的问题，具有结构简单，冲击受力均匀，可重复使用，占地面积小，适合多种不同的模型，可模拟多种流体压力的冲击试验，适应性好，适合科研教学试验应用，其试验方法简单适用的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明加载容器的结构示意图。
图3为本发明挡板的结构示意图。
图4为本发明使用状态图。
图中：试验台1，支撑架11，水平框架111，垂直框架112，固定架12，固定板13，紧固件131，加载容器2，容器本体21，斜板211，垂直板212，侧板213，滑轨22，滑槽221，延展边222，固定孔223，冲击机构3，挡板31，滚轮311，传力条32，钢丝绳33，砝码34，滑轮35。
具体实施方式
如图1~图4中，一种支挡结构冲击荷载模拟试验装置，它包括试验台1、加载容器2和冲击机构3；所述的试验台1包括与支撑架11连接的固定架12、与固定架12连接的固定板13；所述的加载容器2包括与容器本体21连接的滑轨22；所述的冲击机构3包括与挡板31连接的传力条32、与传力条32连接的钢丝绳33、与钢丝绳33连接的砝码34，以及与钢丝绳33配合的滑轮35；加载容器2和滑轮35与支撑架11连接固定，挡板31与滑轨22配合，砝码34悬垂于支撑架11的一侧。结构简单，通过自由落体的砝码34拉动钢丝绳33在滑轮35上滑动，拉动传力条32带动挡板31沿滑轨22快速向上滑动开启加载容器2，加载容器2内的小钢珠快速涌出，通过小钢珠模拟侧向冲击载荷对支挡结构进行冲击，冲击受力均匀，可重复使用，占地面积小，适合多种不同的模型，可模拟多种流体压力的冲击试验，适应性好，适合科研教学试验应用，其试验方法简单适用。
在优选的方案中，所述的支撑架11包括与水平框架111两端连接的垂直框架112，滑轮35固定于垂直框架112的顶部，加载容器2固定于垂直框架112底部靠近固定板13。结构简单，强度高，固定加载容器2的垂直框架112上设有多个垂直的螺纹孔，螺纹孔成模数布设与加载容器2上安装孔对应，通过调节螺栓紧固，根据试验要求或试验模型的大小可调整加载容器2的高度调整冲击力大小，适应性好。
在优选的方案中，所述的固定架12为中空的框架结构，固定板13位于框架的上平面靠近加载容器2。结构简单，强度高，固定架12的上平面设有多个螺纹孔与固定板13上的紧固件配合，螺纹孔与固定板13上紧固件成模数布设，根据试验要求或试验模型的大小可调整水平方向的距离调整冲击力大小，适应性好，调节方便，安装快捷。
在优选的方案中，所述的固定板13为平板，其上设有多个紧固件131与固定架12连接紧固。结构简单，紧固件131与固定架12上的螺纹孔成模数对应，可根据试验要求或试验模型的大小调整水平方向的距离改变冲击力的大小，适应性好，调节、安装方便快捷。
在优选的方案中，所述的容器本体21包括与斜板211连接的垂直板212、与斜板211和垂直板212两侧连接的侧板213组成的开口盒体，侧板213与滑轨22连接。结构简单，通过挡板31与滑轨22配合形成上部开口的中空结构体，试验时内部盛装小钢珠对实验模型形成势能，通过快速开启滑轨22使小钢珠涌出对试验模型进行冲击，试验侧向冲击力，小钢珠从斜板211向下倾泻时犹如泥沙流形成的冲击力，冲击力均匀，模拟效果逼真，容器本体21可根据试验要求更换不同大小的容量。
在优选的方案中，所述的滑轨22包括与一侧开口的滑槽221连接的延展边222，延展边222上设有多个固定孔223通过调节螺钉与支撑架11上的螺纹孔配合，滑槽221与容器本体21两侧连接，两侧滑槽221的开口相互对应。结构简单，延展边222上的固定孔223与垂直框架112上的螺纹孔对应成模数布设，便于调整加载容器2的高度，达到调整冲击力大小满足不同试验模型的要求，挡板31上的滚轮311位于滑槽221内滚动摩擦，阻力小，滚动灵活。
在优选的方案中，所述的挡板31为平板，两侧面设有滚轮311与滑轨22配合，上端与传力条32连接；所述的滚轮311包括与轮座配合的轮子，轮座与挡板31的侧沿、正面和背面成U型布设。结构简单，传力条32受力后拉动滚轮与滑轨上的滑槽221配合滚动，侧沿、正面和背面的轮子与滑槽221内壁接触滚动，挡板两侧沿上的轮子与滑槽内壁接触，防止挡板向上运动时倾斜卡阻，摩擦阻力小，滚动灵活。
在优选的方案中，所述的固定板13上设有相互垂直的多个滑槽孔，与滑槽孔配合有多个滑块，滑块上设有自锁螺钉和锁紧螺栓。结构简单，根据不同大小形状的试验模型，可选择推动不同方向的滑块靠近试验模型，自锁螺钉锁紧滑块，锁紧螺栓固定试验模型，安装方便快捷，试验效率高。
在优选的方案中，所述支撑架11侧面设有托板，托板可沿支撑架11上下滑动调节高度，托板上设有开孔与可滑动抽拉的活动板配合，砝码34位于活动板上；所述固定架12底部设有收纳箱。结构简单，通过托板支撑砝码34，拉动活动板释放砝码34，劳动强度低，更省力，通过调整托板的高度适应不同高度的加载容器2，通过改变砝码34的重量可改变挡板31上升的速度。
在优选的方案中，支挡结构冲击荷载模拟试验装置，其试验方法步骤是：
S1，实验前，将实验的支挡结构件模型固定在固定板13上，固定板13与固定架12固定；
S2， 装料，加载容器2处于闭合状态，将冲击用的小钢珠装入到加载容器2内；
S3，蓄能，调节托板与支撑架11的高度，确定砝码34的高度；
S4，冲击，抽动托板上的活动板使砝码34自由落体运动，砝码34带动钢丝绳33沿滑轮35向下运动，拉动挡板31沿滑轨22快速滑动开启加载容器2，加载容器2中的小钢珠快速涌出给支挡结构件模型施加侧向冲击压力，完成加载；
S5，回收，与支挡结构件模型冲击后的小钢珠落入到固定架12底部的收纳箱内收集。以上方法简单适用，可通过调节加载容器2容量的大小、高度，或调整固定板13与加载容器2之间的距离可改变小钢珠对试验模型的冲击力大小，小钢珠回收方便，便于下次利用。
如上所述的支挡结构冲击荷载模拟试验装置，操作时，支挡结构件模型固定在固定板13上，固定板13与固定架12固定，自由落体的砝码34拉动钢丝绳33在滑轮35上滑动，拉动传力条32带动挡板31沿滑轨22快速向上滑动开启加载容器2，加载容器2内的小钢珠快速涌出，小钢珠模拟侧向冲击载荷对支挡结构的侧向进行冲击。
根据试验要求或试验模型的大小可调整加载容器2的高度调整冲击力大小，适应性好。
根据试验要求或试验模型的大小可调整水平方向的距离调整冲击力大小，适应性好，调节方便，安装快捷。
通过快速开启滑轨22使小钢珠涌出对试验模型进行冲击，试验侧向冲击力，小钢珠从斜板211向下倾泻时犹如泥沙流形成的冲击力，冲击力均匀，模拟效果逼真，容器本体21可根据试验要求更换不同大小的容量。
传力条32受力后拉动滚轮与滑轨上的滑槽221配合滚动，侧沿、正面和背面的轮子与滑槽221内壁接触滚动，挡板两侧沿上的轮子与滑槽内壁接触，防止挡板向上运动时倾斜卡阻，摩擦阻力小，滚动灵活。
根据不同大小形状的试验模型，可选择推动不同方向的滑块靠近试验模型，自锁螺钉锁紧滑块，锁紧螺栓固定试验模型，安装方便快捷，试验效率高。
通过托板支撑砝码34，拉动活动板释放砝码34，劳动强度低，更省力，通过调整托板的高度适应不同高度的加载容器2，通过改变砝码34的重量可改变挡板31上升的速度。
可通过调节加载容器2容量的大小、高度，或调整固定板13与加载容器2之间的距离可改变小钢珠对试验模型的冲击力大小，小钢珠回收方便，便于下次利用。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种支挡结构冲击荷载模拟试验装置的试验方法，其特征是：试验装置包括试验台（1）、加载容器（2）和冲击机构（3）；所述的试验台（1）包括与支撑架（11）连接的固定架（12）、与固定架（12）连接的固定板（13）；所述的加载容器（2）包括与容器本体（21）连接的滑轨（22）；所述的冲击机构（3）包括与挡板（31）连接的传力条（32）、与传力条（32）连接的钢丝绳（33）、与钢丝绳（33）连接的砝码（34），以及与钢丝绳（33）配合的滑轮（35）；加载容器（2）和滑轮（35）与支撑架（11）连接固定，挡板（31）与滑轨（22）配合，砝码（34）悬垂于支撑架（11）的一侧；
所述的支撑架（11）包括与水平框架（111）两端连接的垂直框架（112），滑轮（35）固定于垂直框架（112）的顶部，加载容器（2）固定于垂直框架（112）底部靠近固定板（13）；
所述的容器本体（21）包括与斜板（211）连接的垂直板（212）、与斜板（211）和垂直板（212）两侧连接的侧板（213）组成的开口盒体，侧板（213）与滑轨（22）连接；
所述支撑架（11）侧面设有托板，托板可沿支撑架（11）上下滑动调节高度，托板上设有开孔与可滑动抽拉的活动板配合，砝码（34）位于活动板上；
调整加载容器（2）的高度调整冲击力大小；
调整固定板（13）水平方向的距离调整冲击力大小；
其试验方法步骤是：
S1，实验前，将实验的支挡结构件模型固定在固定板（13）上，固定板（13）与固定架（12）固定；
S2， 装料，加载容器（2）处于闭合状态，将冲击用的小钢珠装入到加载容器（2）内；
S3，蓄能，调节托板与支撑架（11）的高度，确定砝码（34）的高度；
S4，冲击，抽动托板上的活动板使砝码（34）自由落体运动，砝码（34）带动钢丝绳（33）沿滑轮（35）向下运动，拉动挡板（31）沿滑轨（22）快速滑动开启加载容器（2），加载容器（2）中的小钢珠快速涌出给支挡结构件模型施加侧向冲击压力，完成加载；
S5，回收，与支挡结构件模型冲击后的小钢珠落入到固定架（12）底部的收纳箱内收集。
2.根据权利要求1所述的支挡结构冲击荷载模拟试验装置的试验方法，其特征是：所述的固定架（12）为中空的框架结构，固定板（13）位于框架的上平面靠近加载容器（2）。
3.根据权利要求1所述的支挡结构冲击荷载模拟试验装置的试验方法，其特征是：所述的固定板（13）为平板，其上设有多个紧固件（131）与固定架（12）连接紧固。
4.根据权利要求1所述的支挡结构冲击荷载模拟试验装置的试验方法，其特征是：所述的滑轨（22）包括与一侧开口的滑槽（221）连接的延展边（222），延展边（222）上设有多个固定孔（223）通过调节螺钉与支撑架（11）上的螺纹孔配合，滑槽（221）与容器本体（21）两侧连接，两侧滑槽（221）的开口相互对应。
5.根据权利要求1所述的支挡结构冲击荷载模拟试验装置的试验方法，其特征是：所述的挡板（31）为平板，两侧面设有滚轮（311）与滑轨（22）配合，上端与传力条（32）连接；所述的滚轮（311）包括与轮座配合的轮子，轮座与挡板（31）的侧沿、正面和背面成U型布设。
6.根据权利要求2所述的支挡结构冲击荷载模拟试验装置的试验方法，其特征是：所述的固定板（13）上设有相互垂直的多个滑槽孔，与滑槽孔配合有多个滑块，滑块上设有自锁螺钉和锁紧螺栓。
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