CN110174232B - 一种模拟构件受长期轴向荷载和冲击耦合灾害的试验装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于试验器材技术领域，具体涉及一种模拟构件受长期轴向荷载和冲击耦合灾害的试验装置、系统及方法。本发明包括冲击试验装置、轴力加载试验装置和长期轴向荷载加载装置。冲击试验装置包括落锤试验机、试件支座、试件、反力架、刚性板、刚性板支座、普通螺母和地栓螺杆。其中落锤试验机主要由外围钢架、电葫芦吊机、脱钩器、锤体、锤头、落锤防护架组成。轴力加载装置包括轴力传感器、弹簧组、液压千斤顶以及弹簧支座组成。通过该实验装置可以模拟构件在长期的轴力和冲击力耦合下的实际情况。即先施加长期的水平轴向荷载，持荷达到一定预定时间后，直接将长期加载装置安装在冲击试验装置上，进行长期轴向荷载和冲击荷载下的耦合下的试验。

Description

一种模拟构件受长期轴向荷载和冲击耦合灾害的试验装置、 系统及方法

技术领域

本发明属于构件灾害模拟装置技术领域，具体涉及一种模拟构件受长期轴向荷载和冲击耦合灾害的试验装置、系统及方法。

背景技术

近十几年来，为了满足交通出行，促进人们生活质量的提高，我国大力发展桥梁工程和高层建筑。越来越多的高架桥出现在城市中，随之产生的高架桥墩受汽车撞击事件也不断发生，据统计北京的百分之五十以上的高架桥桥墩都遭受过超高车辆的撞击，同时轮船撞击大桥桥墩，飞机撞击建筑物的情况也时有发生。然而在实际工程中，建筑结构构件不仅要承受地震 、撞击、冲击荷载，还需要考虑它会承受结构自重等长期荷载作用下的情况。因此在这种情况下，需考虑建筑结构构件在轴向的长期荷载和冲击荷载共同作用下的设计，以提高结构的整体性和抗倒塌能力。

目前，有见到给构件施加长期的轴向荷载的装置，但是尚未见到有可实现构件在长期轴向荷载和冲击荷载共同作用下的试验加载装置。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种适用性强，方便组装，构件更换方便且能够保证构件受各种情况长期轴向荷载和冲击耦合灾害试验的试验装置、试验系统及方法。为了实现模拟建筑结构构件的实际受力情况，即先施加长期轴向荷载，持荷至预定时间后直接将长期加载装置安置在冲击试验装置上，进行长期轴向荷载和冲击荷载下的耦合下的试验。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种模拟构件受长期轴向荷载和冲击耦合灾害的试验装置、系统及方法所采用的技术方案如下：包括长期轴向荷载加载装置；所述长期轴向荷载加载装置包括一对试件支座，每个试件支座均包括用于夹持构件的上下支座且上下支座之间通过地栓螺栓固定；位于左侧的试件支座的左侧固定有一个刚性板支座，右侧的试件支座的右侧也固定有一个刚性板支座，左右两个刚性板支座上均放置有一个刚性板，所述刚性板均呈前后走向；左右两个刚性板之间连接有一对呈左右走向并与刚性板垂直且分别穿过一对刚性板的对拉螺栓杆，两个对拉螺栓杆以两个刚性板中心连线为轴前后对称设置；对拉螺栓杆的左端固定在左侧的刚性板上，对拉螺栓杆的右端在伸出右侧刚性板右端的部分自左向右分别套装有压力传感器、薄性垫片和加力螺母。

该装置属于试验器材技术领域，用于对构件进行长期轴向荷载加载装置。构件定位在支座上且夹在一对刚性板之间，通过拧动对拉螺栓杆上的加力螺母调节构件两端受到的长期荷载力，压力传感器用于采集构件受到的压力数据。

进一步的，还包括位于试件支座上方的落锤防护架；所述落锤防护架包括上下贯通的筒体以及固定在筒体两侧的一对连接架；一对连接架分别固定在左右两个试件支座位于对角的地栓螺栓杆上。落锤防护架用于确保冲击试验装置通过防护架落至构件上，防止冲击试验装置落到其它部件上造成部件损伤。

本发明所述的一种试验系统所采用的技术方案如下：包括轴力加载装置和冲击试验装置；所述轴力加载装置包括轴力传感器、弹簧组片、液压千斤顶、左右两个反力架以及顺次安装在右侧刚性板的右侧的弹簧支座和液压千斤顶支架；水平放置的弹簧组片和液压千斤顶分别安装在弹簧支座和液压千斤顶支架上，右侧的刚性板右侧面设有浅圆形凹槽，轴力传感器的一端顶在浅圆形凹槽内，另一端位于弹簧支座上且与弹簧组实现压紧；液压千斤顶的左侧活动杆与弹簧组实现压紧； 左侧的反力架顶住左侧刚性板，右侧的反力架顶住液压千斤顶右侧；

所述冲击试验装置包括通过左右反力架支撑的横梁；横梁上活动安装有电葫芦吊机；电葫芦吊机通过伸缩的吊索连接有脱钩机，脱钩机下方连接有能够穿过落锤防护架筒体的落锤，落锤的下方连接有冲击力传感器，冲击力传感器外接计算机。

通过该试验装置可以模拟构件在长期的轴力和冲击力耦合下的实际情况。即先施加长期的水平轴向荷载，持荷达到一定预定时间后，可对构件进行轴力夹在，然后通过电葫芦吊机调整落锤到长期轴向荷载加载装置上方（具体来讲是构件上方），进行长期轴向荷载和冲击荷载下的耦合下的试验。

落锤防护架正上方是落锤。锤头的冲击力传感器外接计算机，落锤固定在脱钩器上，脱钩器和电葫芦机通过可伸缩的吊索连接。带压力传感器这边的刚性板的最外边中间设有浅圆形凹槽。

弹簧组片后面连接液压千斤顶，用于精确施加轴向力。

本发明所述的一种试验方法所采用的技术方案如下：将加过长期荷载的构件放置在两个试件支座的下支座上，构件上面再对应放置两个上支座，上下两两支座通过地栓螺栓固定；左右两侧的刚性板抵住构件左右两端；通过大力扳手拧加力螺母给构件进行预压，施加初始荷载，观察压力传感器的示数，当预压达到规定值时，停止拧动加力螺母；通过压力传感器检测构件的轴向压力值；

待持荷时间满足预定要求后，将落锤调整到构件上方，然后通过慢慢调整轴向加载装置的液压千斤顶，构件受到的水平轴力逐渐增大，轴力传感器的示数慢慢变大，同时松开压力传感器边上的加力螺母，压力传感器的示数慢慢减小，直到轴向加载装置施加荷载达到试验要求时，同时压力传感器的示数变为零，将对拉螺栓杆和加力螺母卸掉，此时对拉螺栓杆和加力螺母失去加载作用，此时再控制进行冲击试验。

为了保持构件载值的恒定，需不定期通过拧紧对拉螺栓杆上的加力螺母对构件进行荷载补加；此长期轴向荷载加载装置根据构件的大小和加载的大小，适当的增加螺栓杆和加力螺母的数量。

所述构件的截面形式是圆形、矩形或多边形。

与现有技术相比，本发明的具体列优点主要表现在以下几个方面：

1、为了实现模拟建筑结构构件的实际受力情况，即先施加长期轴向荷载，持荷至预定时间后直接将构件及刚性板安置在冲击试验装置，进行长期轴向荷载和冲击荷载下的耦合下的试验。

2、可适用于包括钢筋混凝土柱、铜管混凝土柱、型钢混凝土柱在内的等各种常见类型的结构柱。

3、安装、拆卸方便，施工速度快；受力合理可靠。

附图说明

图1为落锤防护架的详图；

图2为本发明的主体结构示意图；

图3为轴向长期加载装置俯视示意图；

图4为轴向长期加载装置正视示意图；

图5为本发明的主体结构B-B截面示意图；

图6为本发明的主体结构A-A截面示意图。

1-吊索，2-电葫芦吊机，3-落锤，4-轴力传感器，5-脱钩器，6-弹簧组片，7-液压千斤顶，8-地栓螺栓，9-试件支座，10-刚性板支座，11-构件，12-对拉螺栓杆，13-落锤防护架，14-锤头，15-弹簧支座，16-刚性板，17-反力架，18-加力螺母，19-压力传感器，20-薄性垫片，21-液压千斤顶支座，22-地栓螺母，23-横梁。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方案一：下面结合图3、4、5具体说明本实施方案。本实施方案所述的是一种模拟构件长期轴向荷载加载装置，所述装置包括两个压力传感器19、两个对拉螺栓杆12、两个刚性板16、四个加力螺母18、构件11、和两个薄性垫片20。其特征是每个刚性板16有两个对称的预留的螺栓孔，每个薄性垫片中间也用预留的螺栓孔，传感器是特制的，每个传感器中间也有预留孔洞。将构件放置加载平台（试件支座），构件11两端安置刚性板16，刚性板一端端安置压力传感器19，带压力传感器这边的刚性板的最外边中间设有浅圆形凹槽，还有薄性垫片20和加力螺母 18，另外一个刚性板的另一端钢制另外的加力螺母 。用对拉螺栓杆12贯穿于压力传感器19、薄性垫片20和加力螺母18。通过用大力扳手拧加力螺母18给试件11进行预压，施加初始荷载，通过观察压力传感器19的示数。当预压达到规定值时，停止拧动加力螺母。通过压力传感器19用于检测构件的轴向压力值。为了保持试件所受荷载值的恒定，需不定期通过拧紧对拉螺栓上的加力螺母18对试件进行荷载补加。此长期加载装置根据试件的大小和加载的大小，适当的增加螺栓杆和加力螺母的数量。

具体实施方案二：下面结合图2~6具体说明本实施方案。本实施方案所述是一种模拟构件受长期荷载和冲击耦合灾害试验的试验装置，将加过长期荷载的试件装置安装在下面两个试件支座上9，构件上面再对应放置两个试件支座9，其中上下两两支座通过地栓螺栓8固定。试件支座9两端设有刚性板支座10，将刚性板16和刚性板支座10固定。支座上方有落锤防护架13，落锤防护架固定在对角的地栓螺栓杆8上。落锤防护架13正上方是冲击力传感器、落锤3。锤头的传感器外接计算机，落锤固定在脱钩器5上，脱钩器5和电葫芦吊机2通过可伸缩的吊索1连接。带压力传感器这边的刚性板的最外边中间设有浅圆形凹槽。刚性板的右侧是轴力加载装置。其特征是由轴力传感器、弹簧组片、液压千斤顶以及弹簧支座组成。弹簧组片固定在弹簧支座上，弹簧组片和设有浅圆形凹槽的刚性板之间留有一定距离用于放置轴力传感器。弹簧组片后面连接液压千斤顶，用于精确施加轴向力。在长期轴向荷载作用下，试件将发生变形，通过压力传感器19检测构件的轴向压力，并不断补充加载，使其稳定在预定施加的轴向荷载。待持荷时间满足预定要求后，将长期轴向荷载加载装置安装在冲击试验装置下方，安装就位后，可慢慢调整轴向加载装置，水平轴力逐渐增大，轴力传感器4的示数慢慢变大，同时松开压力传感器19边上的加力螺母18，压力传感器19的示数慢慢减小。直达轴向加载装置施加荷载达到试验要求时，同时压力传感器19的示数变为零，将对拉螺栓杆12和加力螺母18卸掉，此时对拉螺栓杆12和加力螺母18失去加载作用，可再进行冲击试验。

还包括位于试件支座9上方的落锤防护架13；所述落锤防护架13包括上下贯通的筒体以及固定在筒体两侧的一对连接杆；图1为落锤防护架的俯视结构示意图，两侧的连接杆斜向且对称布置，图5中可知一对连接杆分别固定在左右两个试件支座9位于对角的地栓螺栓杆8上，连接杆的水平面投影与构件斜向交叉。

图5所示，每个试件支座9的上下支座之间通过位于支座四角的四根地栓螺栓杆8实现连接。

每个刚性板16有两个对称的预留的螺栓孔，每个薄性垫片中间也用预留的螺栓孔，压力传感器中间也有预留孔洞；对拉螺栓杆12的右端依次贯穿于压力传感器19、薄性垫片20和加力螺母18。

压力传感器及其安装连接方式采用中国专利201110052985.9中所记载的内容。对拉螺栓杆可以穿过压力传感器中间的孔，或者与压力传感器平行设置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种试验方法，采用试验系统来实现；所述试验系统，采用一种模拟构件受长期轴向荷载和冲击耦合灾害的试验装置，该试验装置包括长期轴向荷载加载装置；所述长期轴向荷载加载装置包括一对试件支座（9），每个试件支座（9）均包括用于夹持构件（11）的上下支座且上下支座之间通过地栓螺栓（8）固定；位于左侧的试件支座（9）的左侧固定有一个刚性板支座（10），右侧的试件支座（9）的右侧也固定有一个刚性板支座（10），左右两个刚性板支座（10）上均放置有一个刚性板（16），所述刚性板（16）均呈前后走向；左右两个刚性板（16）之间连接有一对呈左右走向并与刚性板（16）垂直且分别穿过一对刚性板（16）的对拉螺栓杆（12），两个对拉螺栓杆（12）以两个刚性板（16）中心连线为轴前后对称设置；对拉螺栓杆（12）的左端固定在左侧的刚性板（16）上，对拉螺栓杆（12）的右端在伸出右侧刚性板（16）右端的部分自左向右分别套装有压力传感器（19）、薄性垫片（20）和加力螺母（18）；

还包括位于试件支座（9）上方的落锤防护架（13）；所述落锤防护架（13）包括上下贯通的筒体以及固定在筒体两侧的一对连接杆；一对连接杆分别固定在左右两个试件支座（9）位于对角的地栓螺栓杆（8）上；

每个试件支座（9）的上下支座之间通过位于支座四角的四根地栓螺栓杆（8）实现连接；

每个刚性板（16）有两个对称的预留的螺栓孔，每个薄性垫片中间也用预留的螺栓孔，压力传感器（19）中间也有预留孔洞；对拉螺栓杆（12）的右端依次贯穿于压力传感器（19）、薄性垫片（20）和加力螺母（18）；

还包括轴力加载装置和冲击试验装置；所述轴力加载装置包括轴力传感器（4）、弹簧组片（6）、液压千斤顶（7）、左右两个反力架（17）以及顺次安装在右侧刚性板（16）的右侧的弹簧支座（15）和液压千斤顶支架（21）；水平放置的弹簧组片（6）和液压千斤顶（7）分别安装在弹簧支座（15）和液压千斤顶支架（21）上，右侧的刚性板（16）右侧面设有浅圆形凹槽，轴力传感器（4）的一端顶在浅圆形凹槽内，另一端位于弹簧支座（15）上且与弹簧组片（6）实现压紧；液压千斤顶（7）的左侧活动杆与弹簧组（6）实现压紧； 左侧的反力架（17）顶住左侧刚性板（16），右侧的反力架（17）顶住液压千斤顶（7）右侧；

所述冲击试验装置包括通过左右反力架（17）支撑的横梁（23）；横梁（23）上活动安装有电葫芦吊机（2）；电葫芦吊机（2）通过伸缩的吊索（1）连接有脱钩器（5），脱钩器（5）下方连接有落锤（3），落锤（3）的下方连接有冲击力传感器，冲击力传感器外接计算机；

其特征在于，所述试验方法包括如下步骤：

将加过长期荷载的构件（11）放置在两个试件支座（9）的下支座上，构件（11）上面再对应放置两个上支座，上下两两支座通过地栓螺栓（8）固定；左右两侧的刚性板（16）抵住构件（11）左右两端；通过大力扳手拧加力螺母（18）给构件（11）进行预压，施加初始荷载，观察压力传感器（19）的示数，当预压达到规定值时，停止拧动加力螺母（18）；通过压力传感器（19）检测构件的轴向压力值；

待持荷时间满足预定要求后，将落锤（3）调整到构件（11）上方，然后通过慢慢调整轴向加载装置的液压千斤顶（7），构件（11）受到的水平轴力逐渐增大，轴力传感器（4）的示数慢慢变大，同时松开压力传感器（19）边上的加力螺母（18），压力传感器（19）的示数慢慢减小，直到轴向加载装置施加荷载达到试验要求时，同时压力传感器（19）的示数变为零，将对拉螺栓杆（12）和加力螺母（18）卸掉，此时对拉螺栓杆（12）和加力螺母（18）失去加载作用，此时再控制进行冲击试验。

2.如权利要求1所述的一种试验方法，其特征在于，为了保持构件载值的恒定，需不定期通过拧紧对拉螺栓杆（12）上的加力螺母（18）对构件（11）进行荷载补加；此长期轴向荷载加载装置根据构件（11）的大小和加载的大小，适当的增加螺栓杆和加力螺母的数量。

3.如权利要求1或2所述的一种试验方法，其特征是，所述构件（11）的截面形式是圆形、矩形或多边形。

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