CN109100210A - 一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了土木工程技术领域内的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，包括竖直加载部件、主体框架，还包括多个可将试验模型锁固在底部反力底座上的预应力锚固组件；该系统还包括顶部钢反力平台；竖直加载部件包括至少四组竖向加载爬升作动器；顶部钢反力平台下表面设有多条X向滑动导轨，顶部钢反力平台下表面还分布有多个与X向滑动导轨滑动安装的滑块，每个滑块上均安装有与X向滑动导轨空间垂直交错布置的Y向滑动导轨，每个滑块上均安装有可对试验模型进行竖直双向加载的、与Y向滑动导轨滑动配合的竖向加载作动器。显著提升该结构试验加载系统的加载精度、适用范围和使用效率。

Description

一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统。

背景技术

结构试验技术是推动土木工程学科发展的重要基础之一。随着我国社会经济的高速发展，大量高、大、特、重的土木工程结构陆续新建。这些结构体系新颖、受力复杂、设计难度大、无现行规范可供参考，其受力性能急需通过结构试验特别是大尺度、多维度的模型试验加以明确。与此同时，随着我国土木工程学科研究水平的不断提升，大量长期困扰科学界的重大科学问题正在通过机理性的、精细化结构试验逐步得到解决，从而为土木工程学科的基础理论发展提供了重要的支撑。

近20年来，我国的结构试验技术与装备得到了长足的发展，大量大吨位多功能结构试验机陆续研制成功并投入使用。但总体而言，现有的多功能结构试验机大多采用门式刚架结构形式，竖向设置1个2000t甚至5000t的大吨位作动器，水平一般设置1个或2个100t～300t的作动器。上述多功能结构试验机可实现对梁、柱、墙、节点和框架的平面加载，但也存在以下突出问题：①竖向作动器为适应大尺度构件的要求而设计了较大的加载吨位，当进行更多的小尺度结构构件的机理性试验时，该作动器的加载控制精度往往难以满足要求，从而大幅降低了上市试验机的利用效率；②由于试验机主体结构普遍采用门式刚架结构，其两侧立柱不但需要承担竖向反力还需要承担水平反力，这导致两侧立柱尺寸巨大，进而使得试验空间较为局促，试验模型尺寸受到较大限制；③由于试验机主体结构普遍采用门式刚架结构，水平作动器及地锚系统仅可单向布置，这使得上述试验机一般仅能进行平面加载，而无法开展空间结构和节点的试验。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，显著提升该结构试验加载系统的加载精度、适用范围和使用效率。

本发明的目的是这样实现的：一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，包括可对试验模型进行竖向加载的竖直加载部件，还包括主体框架，所述竖直加载部件与主体框架配套安装，所述主体框架包括固定设置的侧向主座，还包括布置有多个锚孔的底部反力底座，还包括多个可将试验模型锁固在底部反力底座上的、与锚孔相配合的预应力锚固组件；该系统还包括处于试验模型正上方的顶部钢反力平台，所述顶部钢反力平台可竖直滑动地安装在侧向主座上；所述竖直加载部件包括至少四组对称布置的竖向加载爬升作动器，所有竖向加载爬升作动器的动力输出端与顶部钢反力平台相连；所述顶部钢反力平台下表面设有多条水平延伸、且相互平行的X向滑动导轨，所述顶部钢反力平台下表面还分布有多个与X向滑动导轨滑动配合的滑块，每个滑块上均设有与X向滑动导轨空间垂直交错的Y向滑动导轨，每个滑块上均可拆卸地安装有可对试验模型施加竖向荷载的、与Y向滑动导轨滑动配合的竖向加载作动器。

进一步地，所述侧向主座上至少安装有一套可对试验模型施加水平方向荷载的水平加载作动器，所述水平加载作动器的输出端朝向试验模型。

进一步地，所述底部反力底座上固定安装有多套可对试验模型施加荷载的附加加载作动器。

进一步地，所述竖直加载部件还包括至少四组对称布置的、与竖向加载爬升作动器一一配套的、用于驱使竖向加载爬升作动器进行竖直移动的竖向加载爬升驱动机构。

进一步地，所述竖向加载爬升驱动机构包括与竖向加载爬升作动器相配合的、竖直设置的丝杆，还包括用于驱使丝杆进行绕轴旋转的升降驱动器，所述竖向加载爬升作动器内设与丝杆相配的丝母，所述升降驱动器的动力输出端与丝杆传动配合。

进一步地，所述水平加载作动器的动力输出端朝向与X向滑动导轨的长度方向相平行。

进一步地，所述水平加载作动器的动力输出端朝向与Y向滑动导轨的长度方向相平行。

进一步地，所述水平加载作动器设有两组并分别平行于X向滑动导轨、Y向滑动导轨。

进一步地，所述侧向主座上安装有与顶部钢反力平台活动配合的、竖直延伸的竖向导轨。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：其一，由于设置了大吨位的竖向加载爬升作动器和小吨位的竖向加载作动器，可进行分级加载，两者可协同使用，能够实现竖向高精度、大吨位加载，并且由于竖向加载作动器设有多个，可进行多点、小吨位加载，能够灵活适应小规格试验模型的加载作业；其二，可保证竖向加载作动器的互换性，由于竖向加载作动器可拆卸地安装在滑块上，可根据不同试验模型的加载要求灵活更换不同规格的竖向加载作动器；其三，由于滑块与X向滑动导轨滑动配合，且滑块上设置Y向滑动导轨，因此在竖向加载作动器和水平加载作动器进行加载使试验模型产生水平方向上的偏移时，竖向加载作动器本身可在顶部钢反力平台下表面进行任意方向的移动以适应水平方向上的偏移动作；其四，通过丝杆传动的方式驱使竖向加载爬升作动器进行高度位置的调整，使用便捷，并且由于丝杆传动本身具有很强的自锁性能，能够适应高强度的加载作业；其五，由于设置了预应力锚固组件和附加加载作动器，可实现对空间结构和节点的加载；其六，在试验模型高度相差不大、竖向荷载总和满足要求的情况下，该试验加载系统可同时开展多个试验。

附图说明

图1为本发明实施例一中的多功能结构试验加载系统的示意图。

图2为本发明实施例二中的多功能结构试验加载系统的示意图。

图3为本发明中顶部钢反力平台以及竖向加载作动器的布置示意图。

其中，1顶部钢反力平台，2底部反力底座，3升降驱动器，4侧向主座，5竖向加载爬升作动器，6丝杆，7X向滑动导轨，8滑块，8aY向滑动导轨，9竖向加载作动器，10水平加载作动器，11竖向导轨，12锚孔，13预应力锚固组件，14试验模型，15附加加载作动器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

结合图1-3所示，一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，包括可对试验模型14进行竖向加载的竖直加载部件，还包括主体框架，竖直加载部件与主体框架配套安装，主体框架包括固定设置的侧向主座4，还包括布置有多个锚孔12的底部反力底座2，还包括多个可将试验模型14锁固在底部反力底座2上的、与锚孔12相配合的预应力锚固组件13。

该系统还包括处于试验模型14正上方的顶部钢反力平台1，顶部钢反力平台1可竖直滑动地安装在侧向主座4上。

上述竖直加载部件包括至少四组对称布置的竖向加载爬升作动器5，所有竖向加载爬升作动器5的动力输出端与顶部钢反力平台1相连。

上述顶部钢反力平台1下表面设有多条水平延伸、且相互平行的X向滑动导轨7，顶部钢反力平台1下表面还分布有多个与X向滑动导轨7滑动配合的滑块8，每个滑块8上均设有与X向滑动导轨7空间垂直交错的Y向滑动导轨8a，每个滑块8上均可拆卸地安装有可对试验模型14施加竖向荷载的、与Y向滑动导轨8a滑动配合的竖向加载作动器9。

上述侧向主座4上安装有与顶部钢反力平台1活动配合的、竖直延伸的竖向导轨11。

上述预应力锚固组件13可以由螺杆式的预应力锚杆、螺母式的预应力锚具组成，安装时预应力锚杆穿过试验模型14脚部，然后将预应力锚具套装在预应力锚杆，拧紧预应力锚具并给予试验模型14、底部反力底座2较大的压力，该压力可产生较大的水平摩擦力，以抵抗施加在试验模型上的水平荷载。

如图1示出了第一种实施例，主要针对规格不大的试验模型14。

在第一种实施例中，侧向主座4上安装有四个可对试验模型14进行水平方向加载的水平加载作动器10，水平加载作动器10的输出端朝向试验模型14；在进行试验时，水平加载作动器10可以平行于X向滑动导轨7，也可以平行于Y向滑动导轨8a，也可以根据需要加设两组分别平行于X向滑动导轨7、Y向滑动导轨8a的水平加载作动器10。

在进行试验时，利用竖向加载爬升作动器5驱使顶部钢反力平台1向下移动并接近试验模型14，调整滑块8的位置，使得四个安装在各自对应的滑块8上的竖向加载作动器9分别正对四个框架柱顶，并同步地对四个框架柱顶施加竖向恒定载荷，启动水平加载作动器10对试验模型14施加水平方向上的荷载；在试验模型14受载产生形变时，滑块8会因为试验模型14的形变产生沿着X向滑动导轨7的适应性移动，使用非常便捷。

如图2示出了第二种实施例，主要针对包括一较粗的中心立柱、四个与中心立柱垂直相交的横梁的试验模型14，该试验模型14形成一个双向梁柱相交的空间十字形节点。

在第二种实施例中，上述底部反力底座2上固定安装有多套可对试验模型14施加压载的附加加载作动器15；竖直加载部件还包括至少四组对称布置的、与竖向加载爬升作动器5一一配套的、用于驱使竖向加载爬升作动器5进行竖直移动的竖向加载爬升驱动机构；所述竖向加载爬升驱动机构包括与竖向加载爬升作动器5相配合的、竖直设置的丝杆6，还包括用于驱使丝杆6进行绕轴旋转的升降驱动器3，竖向加载爬升作动器5内设与丝杆6相配的丝母，升降驱动器3的动力输出端与丝杆6传动配合，可减少竖向加载爬升作动器5的输出行程；附加加载作动器15下端固定安装在底部反力底座2上。

在试验时，利用预应力锚固组件13将试验模型14固定在底部反力底座2上，四个附加加载作动器15分别对应四个横梁并可同时对四个横梁施加竖向的反复荷载，四个附加加载作动器15可安装在底部反力底座2上。由于中心立柱较粗，规格较大，需要加大恒定竖向荷载，因此将两个滑块8合并在一起，使得两个竖向加载作动器9相互靠近并同步地对中心立柱顶部施加竖向荷载。竖向加载作动器9、附加加载作动器15、竖向加载爬升作动器5协同使用，使用非常便捷。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，包括可对试验模型(14)进行竖向加载的竖直加载部件，还包括主体框架，所述竖直加载部件与主体框架配套安装，其特征在于：所述主体框架包括固定设置的侧向主座(4)，还包括布置有多个锚孔(12)的底部反力底座(2)，还包括多个可将试验模型(14)锁固在底部反力底座(2)上的、与锚孔(12)相配合的预应力锚固组件(13)；

该系统还包括处于试验模型(14)正上方的顶部钢反力平台(1)，所述顶部钢反力平台(1)可竖直滑动地安装在侧向主座(4)上；

所述竖直加载部件包括至少四组对称布置的竖向加载爬升作动器(5)，所有竖向加载爬升作动器(5)的动力输出端与顶部钢反力平台(1)相连；

所述顶部钢反力平台(1)下表面设有多条水平延伸、且相互平行的X向滑动导轨(7)，所述顶部钢反力平台(1)下表面还分布有多个与X向滑动导轨(7)滑动配合的滑块(8)，每个滑块(8)上均设有与X向滑动导轨(7)空间垂直交错的Y向滑动导轨(8a)，每个滑块(8)上均可拆卸地安装有可对试验模型(14)施加竖向荷载的、与Y向滑动导轨(8a)滑动配合的竖向加载作动器(9)。

2.根据权利要求1所述的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，其特征在于：所述侧向主座(4)上至少安装有一套可对试验模型(14)施加水平方向荷载的水平加载作动器(10)，所述水平加载作动器(10)的输出端朝向试验模型(14)。

3.根据权利要求1所述的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，其特征在于：所述底部反力底座(2)上固定安装有多套可对试验模型(14)施加荷载的附加加载作动器(15)。

4.根据权利要求1所述的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，其特征在于：所述竖直加载部件还包括至少四组对称布置的、与竖向加载爬升作动器(5)一一配套的、用于驱使竖向加载爬升作动器(5)进行竖直移动的竖向加载爬升驱动机构。

5.根据权利要求4所述的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，其特征在于：所述竖向加载爬升驱动机构包括与竖向加载爬升作动器(5)相配合的、竖直设置的丝杆(6)，还包括用于驱使丝杆(6)进行绕轴旋转的升降驱动器(3)，所述竖向加载爬升作动器(5)内设与丝杆(6)相配的丝母，所述升降驱动器(3)的动力输出端与丝杆(6)传动配合。

6.根据权利要求2所述的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，其特征在于：所述水平加载作动器(10)的动力输出端朝向与X向滑动导轨(7)的长度方向相平行。

7.根据权利要求2所述的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，其特征在于：所述水平加载作动器(10)的动力输出端朝向与Y向滑动导轨(8a)的长度方向相平行。

8.根据权利要求2所述的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，其特征在于：所述水平加载作动器(10)设有两组并分别平行于X向滑动导轨(7)、Y向滑动导轨(8a)。

9.根据权利要求1所述的一种兼顾加载吨位和加载精度的多功能结构试验加载系统，其特征在于：所述侧向主座(4)上安装有与顶部钢反力平台(1)活动配合的、竖直延伸的竖向导轨(11)。