CN109540650A - 一种模块化多功能自平衡反力架加载装置及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化多功能自平衡反力架加载装置及其应用方法，包括固定框架、与固定框架连接的移动横梁装置、限位装置、加载装置、腐蚀试验装置；固定框架包括与横梁角块连接的支柱，以及位于横梁角块内侧的横梁连接块；移动横梁装置包括位于横梁连接块上的移动横梁和吊杆，吊杆两端分别与移动横梁，以及固定试件的夹板连接，通过改变吊杆的纵向高度来改变试件的高度；限位装置包括分布在移动横梁两侧的限位块；加载装置包括对试件加载的作动头；腐蚀试验装置包括水槽。本发明不需与地面锚固，利用自身反力对试件加载，解决了固定难、移动难以及对不同尺寸试件加载难的问题；可同时进行疲劳和腐蚀加载试验，提高了利用率、装置可移动的能力。

Description

一种模块化多功能自平衡反力架加载装置及其应用方法
技术领域
本发明涉及实验加载装置领域，尤其涉及一种模块化多功能自平衡反力架加载装置及其应用方法。
背景技术
钢桥因其具有质轻、刚度大、抗风稳定性好、跨越能力强等优点，在国内外大跨桥梁中得到了广泛的应用。但是钢桥构造复杂、焊接细节较多、受焊接残余应力、焊接缺陷等不利因素的影响，在长期的车辆荷载作用下易产生疲劳裂纹，对结构安全造成不利影响。疲劳裂纹是当前钢桥产生破坏重要病害之一，由于前期阶段很难被发现并难以避免，严重时甚至会导致钢桥坍塌。
再者钢桥所处的环境空气湿度通常较大，各构件间采用焊缝进行连接，焊缝存在缝隙缺陷就成了腐蚀的敏感区。大气中存在的CO2、SO2和氯化物等酸性元素通过钢桥缺陷部位，与钢桥产生电化学反应，从而发生腐蚀病害。钢桥构件的腐蚀会加重疲劳裂纹的开裂，现阶段国内外学者针对钢桥面板焊缝的疲劳性能，开展了大量的试验研究，但却很少考虑构件腐蚀的，或者说考虑构件腐蚀的试验缺少对疲劳裂纹的实验研究。构件腐蚀和疲劳裂纹是钢桥在服役期间会同时出现的两种病害，如果单一考虑影响因素，会使试验缺乏真实性。
其次，现有的疲劳试验方法共有两类：1、MTS液压伺服装置；2、振动型疲劳试验机。其中MTS液压伺服实验装置缺点在于实验成本高，实验器材过于昂贵，且装置与地面锚固，缺乏移动性；振动型疲劳试验机的加载试件尺寸过于单一、且不方便移动。以上两类疲劳试验方法共同的缺点在于不能把腐蚀影响因素考虑在内，只考虑构件的疲劳裂纹过于单一。
发明内容
发明目的：本发明针对现有试验加载装置中存在的以上不足之处，提供一种模块化多功能自平衡反力架加载装置及其应用方法，通过在装置内产生自身反力来达到加载的效果，该装置由多个模块拼接而成，可以不用与地面锚固，通过产生自身反力从而对试件进行有效的加载。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明包括固定框架，以及与固定框架连接的移动横梁装置、限位装置、加载装置和腐蚀试验装置；固定框架包括通过框架连接块与横梁角块连接的支柱，以及多个位于横梁角块内侧的横梁连接块，移动横梁装置包括位于横梁连接块上的移动横梁和悬吊试件的吊杆，吊杆两端分别与移动横梁，以及固定试件的夹板连接，通过改变吊杆的纵向高度来改变试件的高度；限位装置包括分布在移动横梁两侧的限位块；加载装置包括位于横梁连接块下方、对试件加载的作动头；腐蚀试验装置包括带有水阀的水槽。
移动横梁装置包括移动横梁、移动横梁滑块、吊杆、夹板以及连接螺帽；横梁连接块上有凹槽，移动横梁上设有在凹槽内滑动的横梁滑块，移动横梁在横梁连接块上纵向移动以调节试件的悬吊位置。
为了加载装置在地面上的稳定，所述支柱采用多层镂空式矩形构造，底部为三角构造，平放在地面不需要锚固；顶部有四个螺栓孔与框架连接块通过螺栓连接。
为了保证模块化多功能自平衡反力架加载装置拆卸、移动、安装方便，所述框架包括框架连接块、横梁角块、横梁连接块，通过螺栓进行连接。可以通过增加或减少横梁连接块达到增大或减小横梁纵向的长度来适应加载试件的尺寸。所述的横梁角块、横梁连接块上部还有凹槽与其固结。凹槽提供轨道供移动横梁移动。
为了能够适应不同加载试件的尺寸，所述移动横梁采用中空式矩形构造，其上部与下部两侧分别设有两个螺栓孔，共8个，与吊杆之间用螺帽进行连接。移动横梁下设有移动横梁滑块可以在凹槽中沿着横梁纵向移动。
为了实现固定移动横梁的位置，所述工字型限位块嵌在凹槽内，分部在移动横梁两侧，用于限制移动横梁沿横梁纵向移动，从而固定移动横梁位置。工字型限位块上设有四个螺纹孔，分别用螺栓与凹槽连接。
吊杆用于悬吊试件，吊杆两端分别与移动横梁和夹板以及U肋试件连接，可以通过改变螺帽在吊杆上的竖向位置来改变吊杆的有效长度，从而起到改变U肋试件的高度。
加载装置包括作动头、作动头柱头、作动头底座、垫块；所述作动头底座四周边缘开设4个螺栓孔与横梁连接块通过螺栓来连接；作动头底座与作动头固结，作动头柱头对U肋试件进行加载，其与试件之间放置一垫块。作动头柱头对U肋试件加载的位置分布在试件沿纵向的中心线上。
腐蚀试验装置包括水槽、水阀，水槽为中空上不封顶的箱体结构，在下部开设一个排水孔，排水孔外设置一个水阀与水槽固结控制水槽中水量的大小。试件可放置在水槽中进行构件腐蚀，腐蚀完成后再对构件进行疲劳加载，实现多功能效果。
本发明的模块化多功能自平衡反力架加载装置的应用方法为，按照顺序分别将固定框架、移动横梁装置、限位装置以及加载装置安装完成后，直接进行疲劳试验加载。若要对试件进行疲劳和腐蚀加载试验，即将腐蚀试验装置放置在框架正下方，放入适量的水并放入待加载试件，对试件进行腐蚀完成后即可进行疲劳加载试验。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本发明通过在装置内产生自身反力来达到加载的效果，整体装置中各主要部件可拆卸固定连接，模块化的拆卸方式便于维修和更换，大大提高了装置的可移动性；2、实现了装置不用与地面锚固就能对试件进行加载的功能；3、实现了多功能即疲劳与腐蚀同时试验的功能；4、该装置还设有横梁移动轨道，能够调节移动横梁的位置、吊杆的高度对不同尺寸的试件进行加载；5、提高了加载装置的实用效率、移动能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中腐蚀试验轴视图；
图3为本发明中框架连接示意图；
图4为本发明中移动横梁部分连接示意图；
图5为本发明中加载装置部分连接示意图；
图6为本发明中吊杆与试件部分连接示意图；
图7为本发明中支柱的轴视图；
图8为本发明中支柱的立面剖视图；
图9为本发明中框架连接块的轴视图；
图10为本发明中横梁角块的轴视图；
图11为本发明中横梁连接块的轴视图；
图12为本发明中移动横梁的轴视图；
图13为本发明中移动横梁的侧面剖视图；
图14为本发明中吊杆装置的轴视图；
图15为本发明中夹板的轴视图；
图16为本发明中限位装置的轴视图；
图17为本发明中加载装置的轴视图；
图18为本发明中腐蚀试验装置的轴视图。
具体实施方式
如图1至图18所示，本发明实施例的模块化多功能自平衡反力架加载装置，包括固定框架装置、移动横梁装置、限位装置、加载装置以及腐蚀试验装置。
其中，如图3、7-11所示，固定框架装置包括支柱1、框架连接块2、横梁角块3、横梁连接块4以及连接螺栓12。横梁角块3和横梁连接块4之间还包括螺栓孔和凹槽用于与其他结构进行连接。其中的支柱1，共2个，设有5层镂空式矩形结构，下部与地面接触面积增大以提供支柱1的稳定性，支柱1下部与地面直接接触，不需要进行锚固等措施。支柱1上部开设4个螺栓孔1a，形成与上面框架连接块2用螺栓12进行连接的可拆卸装置。框架连接块2，共2个，上部和下部都设有4个螺栓孔2a，分别与上面横梁角块3和下面支柱1用螺栓12连接。横梁角块3，共2个，右侧和下部分别设有4个螺栓孔3b分别与位于内侧的横梁连接块4和下面的框架连接块2用螺栓12连接，其上还有凹槽3a与其固结，用于移动横梁5的轨道。横梁连接块4，共8个，左右两侧各设有4个螺栓孔4b，分别与两侧的横梁角块3和横梁连接块4用螺栓12连接，横梁连接块4上有凹槽4a与其固结以提供移动横梁5的轨道。
如图4、6、12-15所示，移动横梁装置包括移动横梁5、吊杆6、夹板7以及连接螺帽6a。移动横梁5，共2个，中空结构，上部和下部开各开设4个螺栓孔5b，共8个，用于和吊杆的连接，移动横梁下部设有横梁滑块5a与其固结，放置在凹槽4a内可以沿横梁纵向移动调节悬吊位置。吊杆6两端设有螺纹，左右各4根，共8根。吊杆6上部与移动横梁5、下部与夹板7和试件用螺帽6a连接，通过调节吊杆的有效长度可以调节U肋试件10的高度。夹板7，左右各2块，共4块，夹板上开设6个螺栓孔，用于夹在试件上下两侧。螺帽6a，左右各16个，共32个，分布于移动横梁5上下侧和夹板7上下侧。
如图4、16所示，限位装置包括工字型限位块8和限位螺栓8a。工字型限位块8分布于移动横梁5两侧，共4个，用于限制移动横梁5纵向位移，固定移动横梁5位置，其上部开设4个螺纹孔用限位螺栓8a与横梁连接块4的凹槽4a连接，可在凹槽4a中纵向移动。
如图5、17所示，加载装置包括作动头9，作动头柱头9a，作动头底座9b，垫块11以及螺栓13。作动头9与作动头底座9b固结，与作动头柱头9a滑动连接。作动头底座9b四周开设四个螺栓孔与上部横梁连接块4用螺栓13进行连接，形成可拆装置。作动头柱头9a通过伸缩对与试件接触的垫块11进行加载。
如图2、18所示，腐蚀试验装置包括水槽14，水阀14a。所述水槽为中空上不封顶的箱体结构，在下部开设一个排水孔，排水孔外设置一个水阀与水槽固结控制水槽中水量的大小。试件可放置在水槽中进行构件腐蚀，腐蚀完成后再对构件进行疲劳加载，实现多功能效果。
本发明提出的模块化多功能自平衡反力架加载装置的应用方法如下：
(1)装置安装：
按照顺序依次将支柱1、框架连接块2、横梁角块3、横梁连接块4用螺栓12进行连接，形成固定框架。再从凹槽3a两侧分别嵌入工字型限位块8、移动横梁5、工字型限位块8，将移动横梁5布置在与中心点对称的位置上，用螺栓8a预先固定工字型限位块8以固定移动横梁5的位置。然后将吊杆6用螺帽6a固定在移动横梁5上。最后用螺栓13将作动头9固定在框架上完成模块化多功能自平衡反力架加载装置的安装。
(2)疲劳试验(图1)：
(2-1)安装试件：
在预加载的试件两侧贴上夹板7用螺帽6a与吊杆6的下部进行连接，可调节试件的高度来提高加载效率。
(2-2)加载试件：
加载之前，将垫块11放置在作动头9之下的试件上，通过启动作动头9来对试件进行加载，实时记录加载的力与试件。
(3)疲劳与腐蚀试验(图2)：
(3-1)腐蚀试验：
关闭水阀14a，在水槽14中放入适量水，将小试件放入水中浸泡，同时放入一些铁锈等加快试件的腐蚀，待试件腐蚀完成后取出试件。
(3-2)安装试件：
在预加载的试件两侧贴上夹板7用螺帽6a与吊杆6的下部进行连接，可调节试件的高度来提高加载效率。
(3-2)加载试件：
加载之前，将垫块11放置在作动头9之下的试件上，通过启动作动头9来对试件进行加载，实时记录加载的力与试件。

Claims (10)

1.一种模块化多功能自平衡反力架加载装置，其特征在于：包括固定框架、与固定框架连接的移动横梁装置、限位装置、加载装置，以及腐蚀试验装置；所述的固定框架包括通过框架连接块(2)与横梁角块(3)连接的支柱(1)，以及多个位于横梁角块(3)内侧的横梁连接块(4)，所述移动横梁装置包括位于横梁连接块(4)上的移动横梁(5)和悬吊试件(10)的吊杆(6)，所述吊杆(6)两端分别与移动横梁(5)，以及固定试件(10)的夹板(7)连接，通过改变所述吊杆的纵向高度来改变试件的高度；所述限位装置包括分布在移动横梁两侧的限位块(8)；所述加载装置包括位于横梁连接块下方、对试件加载的作动头(9)；所述的腐蚀试验装置包括带有水阀(14a)的水槽(14)。
2.根据权利要求1所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置，其特征在于：所述横梁连接块(4)上有凹槽(4a)，所述移动横梁(5)上设有在凹槽(4a)内滑动的横梁滑块(5a)，所述移动横梁(5)在横梁连接块(4)上纵向移动以调节试件(10)的悬吊位置。
3.根据权利要求1所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置，其特征在于：所述支柱(1)采用多层镂空式矩形结构；顶部通过螺栓(12)与框架连接块(2)连接。
4.根据权利要求1所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置，其特征在于：所述作动头(9)包括位于试件纵向中心线上的作动头柱头(9a)，所述作动头(9)通过自身伸缩对试件加载。
5.根据权利要求1所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置，其特征在于：移动横梁(5)采用中空式矩形结构。
6.根据权利要求1所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置，其特征在于：所述限位块(8)为工字形，嵌在凹槽(4a)内，分部在移动横梁(5)两侧，用于限制移动横梁(5)沿横梁纵向移动，固定移动横梁(5)位置。
7.根据权利要求1所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置，其特征在于：所述加载装置中的作动头柱头(9a)对U肋试件(10)进行加载，其与试件之间放置一垫块(11)，作动头柱头(9a)加载的位置分布在试件沿纵向的中心线上。
8.根据权利要求1所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置，其特征在于：所述水槽(14)为中空上不封顶的箱体结构，在水槽右下角处开一带有水阀(14a)的排水孔。
9.一种采用如权利要求1所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置的应用方法，其特征在于：按照顺序分别将固定框架、移动横梁装置、限位装置以及加载装置安装完成后，直接进行疲劳试验加载。
10.根据权利要求9所述的模块化多功能自平衡反力架加载装置的应用方法，其特征在于：对试件同时进行疲劳和腐蚀加载试验时，将腐蚀试验装置放置在框架正下方，放入水并放入待加载试件，对试件进行腐蚀完成后即可进行疲劳加载试验。
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