CN111220369B - 一种大型悬臂柱的受压加载装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型悬臂柱的受压加载装置及方法，所述装置包括反力架、加载端和加载平台。反力架固定在实验室的反力地面上，反力架面向反力墙的一端固接有加载端。可滑动的加载端包括反力支座、聚四氟乙烯板、千斤顶、球铰和力传感器。反力支座固定在反力架上，反力支座上设置有矩形凹槽，矩形凹槽内设置涂有润滑脂的聚四氟乙烯板。千斤顶一端与聚四氟乙烯板涂抹有润滑脂的板面接触，另一端通过球铰与力传感器铰接，力传感器通过螺栓固定在加载平台。加载平台与大型悬臂柱的柱顶连接，大型悬臂柱的柱脚固定在反力墙上。本加载装置精度较高，简单实用，可用于大型柱和悬臂柱的轴压、偏压试验加载。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型悬臂柱的受压加载装置及方法。
背景技术
现有对柱的轴压、偏压试验，一般采用两柱或四柱压力机，采用刀铰来实现加载时柱两端的铰接状态，同时保证加载过程中柱子端部的位移。能够对常规尺寸、形状相对规则的柱子轴压偏压加载。
但是这种加载装置能提供的空间有限、安装方式固定，不能实现悬臂柱的受压加载，也无法完成对受力面较大的大型柱的轴压以及偏压试验的加载，主要原因是受力空间狭小、无法安装，以及无法解决大型柱和悬臂柱大位移行程问题。
随着我国工程建设的迅速发展，目前缺乏关于大型柱如树杈柱的受压实验装置，也缺乏关于悬臂柱的受压实验手段，因此，有必要研发一种能对大型柱进行受压试验的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种能对大型柱和悬臂柱进行受压加载试验的装置及方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种大型悬臂柱的受压加载装置，包括安装于实验室内的反力架、加载端和加载平台。
所述实验室内设置有反力地面和反力墙，反力地面呈水平状，反力墙与反力地面垂直。
所述反力架的下端固定在反力地面上，反力架与反力墙之间存在间隙，反力架面向反力墙的一侧固接有若干加载端。
所述加载端包括反力支座、聚四氟乙烯板、千斤顶、球铰和力传感器。所述反力支座为矩形板，反力支座的一个板面通过螺栓固定在反力架上，另一个板面上设置有矩形凹槽，矩形凹槽上方的侧壁设置有供聚四氟乙烯板穿过的预留缝隙，预留缝隙贯穿矩形凹槽的内外侧。
所述聚四氟乙烯板从上方穿过预留缝隙后安装到矩形凹槽内，聚四氟乙烯板的下端与矩形凹槽下方的侧壁抵紧。
所述千斤顶水平设置，千斤顶一端与聚四氟乙烯板接触，另一端通过球铰与力传感器铰接，力传感器通过螺栓固定在加载平台上。所述聚四氟乙烯板与千斤顶接触的板面上涂抹有润滑脂。
所述加载平台面向反力墙的板面与大型悬臂柱的柱顶连接，大型悬臂柱的柱脚固定在反力墙上。
初始状态时，若干所述千斤顶的轴线与柱脚的轴线在同一水平面上，若干千斤顶与聚四氟乙烯板的上部分接触。
若干所述千斤顶加载过程中，千斤顶沿聚四氟乙烯板向下滑动，球铰转动。若干所述千斤顶继续向下滑动，直到与矩形凹槽下方的侧壁抵紧。
进一步，所述反力架通过若干高强锚杆锚固在反力地面上，大型悬臂柱的柱脚通过若干高强锚杆锚固在反力墙上，每个高强锚杆加上预紧力。
进一步，每个所述力传感器上设置有N个贯穿其两侧的螺栓孔Ⅰ，N＞0。所述加载平台上间隔设置有若干个螺栓孔组，每个螺栓孔组包括N个螺栓孔Ⅱ，通过N个螺栓将力传感器固定在任意一个螺栓孔组对应的位置上。
一种大型悬臂柱的受压加载方法，基于上述的加载装置，包括以下步骤：
1)将所述大型悬臂柱安装到加载装置上，确保若干千斤顶的轴线与柱脚的轴线在同一水平面上。
2)若干所述千斤顶对加载平台和大型悬臂柱施加持续的水平力。
3)直到完成加载或所述大型悬臂柱被破坏，所有千斤顶停止施力，从而完成大型悬臂柱的轴压加载试验。
一种大型悬臂柱的受压加载方法，基于上述的加载装置，包括以下步骤：
1)将所述大型悬臂柱安装到加载装置上，确保若干千斤顶的轴线在同一水平面上，且柱脚位于若干千斤顶的上方。
2)若干所述千斤顶对加载平台和大型悬臂柱施加持续的水平力。
3)所述大型悬臂柱受水平力产生压弯变形，大型悬臂柱的悬臂端、加载平台和力传感器绕着柱脚同步旋转，球铰转动，球铰带动千斤顶向下滑动。
4)若干所述千斤顶与矩形凹槽下方的侧壁抵紧。
5)直到完成加载或所述大型悬臂柱被破坏，所有千斤顶停止施力，从而完成大型悬臂柱的偏压加载试验。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明通过可滑动的加载端、球铰转动和千斤顶的竖向滑动，实现了大型悬臂柱在加载过程中加载端的滑动行程，保证了整个加载过程的连续性，从而实现了大型柱和悬臂柱轴压、偏压加载的功能。本加载装置精度较高，简单实用，试验结果准确，可用于大型柱和悬臂柱的轴压、偏压试验加载，解决了常规电液伺服压力试验机空间狭小、无法安装而导致的无法完成对受力面较大的大型柱和悬臂柱受压试验的问题，同时也解决了大型柱和悬臂柱受压试验大位移行程问题；试件的安装空间、安装方式也相对自由，可以根据自己的需要进行试件的定位锚固安装，不必拘泥于传统的常规电液伺服压力试验机的安装形式，具有更多更大的自主发挥的空间，可以针对类似于这种树杈柱类型的大型柱和悬臂柱开展轴压、偏压试验研究。
附图说明
图1为大型悬臂柱的轴压试验装置示意图；
图2为大型悬臂柱的偏压试验装置示意图；
图3为可滑动的加载端的示意图；
图4为聚四氟乙烯板与反力支座的装配图；
图5为加载平台示意图；
图6为大型悬臂柱示意图。
图中：反力架1、加载端2、反力支座201、矩形凹槽2011、预留缝隙2012、聚四氟乙烯板202、千斤顶203、球铰204、力传感器205、螺栓孔Ⅰ2051、加载平台3、螺栓孔Ⅱ301、反力地面4、反力墙5、大型悬臂柱6、柱脚601和高强锚杆7。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开了一种大型悬臂柱的受压加载装置，包括安装于实验室内的反力架1、加载端2和加载平台3。
所述实验室内设置有反力地面4和反力墙5，反力地面4呈水平状，反力墙5与反力地面4垂直。
参见图1或2，所述反力架1通过若干高强锚杆7锚固在实验室的反力地面4上，每个高强锚杆7加上预紧力，保证反力架1在整个加载过程中的抗滑移性能。
所述反力架1采用20mm厚的Q345钢板制作，其中端板处采用50mm厚的钢板，反力架1的整体外观呈三角架，中部镂空。
所述反力架1与实验室的反力墙5之间存在间隙，反力架1面向反力墙5的一端固接有加载端2。
参见图3或4，所述加载端2包括反力支座201、聚四氟乙烯板202、千斤顶203、球铰204和力传感器205。所述反力支座201为竖直设置的矩形板，反力支座201的一个板面通过螺栓固定在反力架1上，另一个板面上设置有矩形凹槽2011，矩形凹槽2011上方的侧壁设置有供聚四氟乙烯板202穿过的预留缝隙2012，预留缝隙2012贯穿矩形凹槽2011的内外侧。
所述聚四氟乙烯板202从上方穿过预留缝隙2012后安装到矩形凹槽2011内，聚四氟乙烯板202的下端与矩形凹槽2011下方的侧壁抵紧。
参见图1或2，所述千斤顶203水平设置，千斤顶203一端与聚四氟乙烯板202接触，另一端通过球铰204与力传感器205铰接，力传感器205通过螺栓固定在加载平台3。所述聚四氟乙烯板202与千斤顶203接触的板面上涂抹有润滑脂。
参见图3，所述力传感器205上设置有4个贯穿其两侧的螺栓孔Ⅰ2051。参见图5，所述加载平台3上间隔设置有若干个螺栓孔组，每个螺栓孔组包括4个螺栓孔Ⅱ301，通过4个螺栓将力传感器205固定在任意一个螺栓孔组对应的位置上。所述加载平台3采用20mm厚的Q345钢板进行切割、拼接，在受力较大位置设置了一定的加劲肋，实现了较大的整体刚度，节省了钢材。
所述加载平台3面向反力墙5的板面与大型悬臂柱6的柱顶连接，大型悬臂柱6的柱脚601通过若干高强锚杆7锚固在实验室的反力墙5上，每个高强锚杆7加上预紧力，保证柱脚601在整个加载过程中的抗滑移性能。参见图6，为大型悬臂柱6示意图。
参见图1，对所述大型悬臂柱6进行轴压加载试验时，确保柱脚601和若干千斤顶203的轴线均保持在同一水平面上，千斤顶203对加载平台3和大型悬臂柱6施加水平力。由于不可避免的偶然偏心，千斤顶203在整个装置传力平衡后也可发生滑动，直到完成对大型悬臂柱6的加载，从而实现了大型柱和悬臂柱轴压加载的功能。
参见图2，对所述大型悬臂柱6进行偏压加载试验时，确保若干千斤顶203的轴线处于同一水平面上，柱脚601位于若干千斤顶203的上方，千斤顶203对加载平台3和大型悬臂柱6施加水平力。
在对所述大型悬臂柱6偏压加载时，随着千斤顶203施加的荷载增大，大型悬臂柱6受水平力产生压弯变形，大型悬臂柱6的悬臂端、加载平台3和力传感器205绕着一起绕着柱脚601某点同步旋转，大型悬臂柱6以及加载平台3的竖向位移增加。由于所述力传感器205通过螺栓与加载平台3固定，所以力传感器205也随加载平台3一起转动，从而力传感器205与竖直方向产生一定的倾角，此时的球铰204产生转动，保证了加载过程中柱子端部的位移，即实现了和传统受压试验采用的加载装置中的刀铰相同的功能，进而可保证千斤顶203在继续传力的同时，使千斤顶203整体以保持水平状态向下作铅直运动，直到下滑至矩形凹槽2011的下边缘，千斤顶203的行程大小可根据试验要求进行设计，实现了预期可滑动加载端的目标，保证了整个加载过程的连续性，从而实现了大型悬臂柱偏压加载的功能。
实施例2：
基于实施例1所述的加载装置，本实施例公开了一种大型悬臂柱的受压加载方法，包括以下步骤：
1)将所述大型悬臂柱6安装到加载装置上，确保若干千斤顶203的轴线与柱脚601的轴线在同一水平面上。
2)若干所述千斤顶203对加载平台3和大型悬臂柱6施加持续的水平力。由于不可避免的偶然偏心，施力过程中，所述千斤顶203在整个装置传力平衡后也可发生滑动。
3)直到完成加载或所述大型悬臂柱6被破坏，所有千斤顶203停止施力，从而完成大型悬臂柱6的轴压加载试验。
实施例3：
基于实施例1所述的加载装置，本实施例公开了一种大型悬臂柱的受压加载方法，包括以下步骤：
1)将所述大型悬臂柱6安装到加载装置上，确保若干千斤顶203的轴线在同一水平面上，且柱脚601位于若干千斤顶203的上方。
2)若干所述千斤顶203对加载平台3和大型悬臂柱6施加持续的水平力。
3)所述大型悬臂柱6受水平力产生压弯变形，大型悬臂柱6的悬臂端、加载平台3和力传感器205绕着柱脚601同步旋转，球铰204转动，球铰204带动千斤顶203向下滑动。
4)若干所述千斤顶203与矩形凹槽2011下方的侧壁抵紧。
5)直到完成加载或所述大型悬臂柱6被破坏，所有千斤顶203停止施力，从而完成大型悬臂柱6的偏压加载试验。
实施例4：
本实施例公开了一种大型悬臂柱的受压加载装置，包括安装于实验室内的反力架1、加载端2和加载平台3。
所述实验室内设置有反力地面4和反力墙5，反力地面4呈水平状，反力墙5与反力地面4垂直。
参见图1或2，所述反力架1的下端固定在实验室的反力地面4上，反力架1与实验室的反力墙5之间存在间隙，反力架1面向反力墙5的一端固接有加载端2。
参见图3或4，所述加载端2包括反力支座201、聚四氟乙烯板202、千斤顶203、球铰204和力传感器205。所述反力支座201为竖直设置的矩形板，反力支座201的一个板面通过螺栓固定在反力架1上，另一个板面上设置有矩形凹槽2011，矩形凹槽2011上方的侧壁设置有供聚四氟乙烯板202穿过的预留缝隙2012，预留缝隙2012贯穿矩形凹槽2011的内外侧。
所述聚四氟乙烯板202从上方穿过预留缝隙2012后安装到矩形凹槽2011内，聚四氟乙烯板202的下端与矩形凹槽2011下方的侧壁抵紧。
参见图1或2，所述千斤顶203水平设置，千斤顶203一端与聚四氟乙烯板202接触，另一端通过球铰204与力传感器205铰接，力传感器205通过螺栓固定在加载平台3上。所述聚四氟乙烯板202与千斤顶203接触的板面上涂抹有润滑脂。
所述加载平台3面向反力墙5的板面与大型悬臂柱6的柱顶连接，大型悬臂柱6的柱脚601固定在反力墙5上。参见图6，为大型悬臂柱6示意图。
初始状态时，若干所述千斤顶203的轴线与柱脚601的轴线在同一水平面上，若干千斤顶203与聚四氟乙烯板202的上部分接触。
若干所述千斤顶203加载过程中，千斤顶203沿聚四氟乙烯板202向下滑动，球铰204转动。若干所述千斤顶203继续向下滑动，直到与矩形凹槽2011下方的侧壁抵紧。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例4，进一步，参见图1或2，所述反力架1通过若干高强锚杆7锚固在反力地面4上，大型悬臂柱6的柱脚601通过若干高强锚杆7锚固在反力墙5上，每个高强锚杆7加上预紧力。
实施例6：
本实施例主要结构同实施例5，进一步，所述力传感器205上设置有N个贯穿其两侧的螺栓孔Ⅰ2051，N＞0。参见图5，所述加载平台3上间隔设置有若干个螺栓孔组，每个螺栓孔组包括N个螺栓孔Ⅱ301，通过N个螺栓将力传感器205固定在任意一个螺栓孔组对应的位置上，可在不同的加载试验中多次使用，即可完成悬臂柱的轴压偏压试验。
Claims (5)
1.一种大型悬臂柱的受压加载装置，其特征在于：包括安装于实验室内的反力架(1)、加载端(2)和加载平台(3)；
所述实验室内设置有反力地面(4)和反力墙(5)，反力地面(4)呈水平状，反力墙(5)与反力地面(4)垂直；
所述反力架(1)的下端固定在反力地面(4)上，反力架(1)与反力墙(5)之间存在间隙，反力架(1)面向反力墙(5)的一侧固接有若干加载端(2)；
所述加载端(2)包括反力支座(201)、聚四氟乙烯板(202)、千斤顶(203)、球铰(204)和力传感器(205)；所述反力支座(201)为矩形板，反力支座(201)的一个板面通过螺栓固定在反力架(1)上，另一个板面上设置有矩形凹槽(2011)，矩形凹槽(2011)上方的侧壁设置有供聚四氟乙烯板(202)穿过的预留缝隙(2012)，预留缝隙(2012)贯穿矩形凹槽(2011)的内外侧；
所述聚四氟乙烯板(202)从上方穿过预留缝隙(2012)后安装到矩形凹槽(2011)内，聚四氟乙烯板(202)的下端与矩形凹槽(2011)下方的侧壁抵紧；
所述千斤顶(203)水平设置，千斤顶(203)一端与聚四氟乙烯板(202)接触，另一端通过球铰(204)与力传感器(205)铰接，力传感器(205)通过螺栓固定在加载平台(3)上；所述聚四氟乙烯板(202)与千斤顶(203)接触的板面上涂抹有润滑脂；
所述大型悬臂柱(6)为树杈柱型悬臂柱；所述加载平台(3)面向反力墙(5)的板面与大型悬臂柱(6)的柱顶连接，大型悬臂柱(6)的柱脚(601)固定在反力墙(5)上；
初始状态时，若干所述千斤顶(203)的轴线与柱脚(601)的轴线在同一水平面上，若干千斤顶(203)与聚四氟乙烯板(202)的上部分接触；
若干所述千斤顶(203)加载过程中，千斤顶(203)沿聚四氟乙烯板(202)向下滑动，球铰(204)转动；若干所述千斤顶(203)继续向下滑动，直到与矩形凹槽(2011)下方的侧壁抵紧。
2.根据权利要求1所述的一种大型悬臂柱的受压加载装置，其特征在于：所述反力架(1)通过若干高强锚杆(7)锚固在反力地面(4)上，大型悬臂柱(6)的柱脚(601)通过若干高强锚杆(7)锚固在反力墙(5)上，每个高强锚杆(7)加上预紧力。
3.根据权利要求2所述的一种大型悬臂柱的受压加载装置，其特征在于：每个所述力传感器(205)上设置有N个贯穿其两侧的螺栓孔Ⅰ(2051)，N＞0；所述加载平台(3)上间隔设置有若干个螺栓孔组，每个螺栓孔组包括N个螺栓孔Ⅱ(301)，通过N个螺栓将力传感器(205)固定在任意一个螺栓孔组对应的位置上。
4.一种大型悬臂柱的受压加载方法，基于权利要求1所述的大型悬臂柱的受压加载装置，其特征在于：包括以下步骤：
1)将所述大型悬臂柱(6)安装到大型悬臂柱的受压加载装置上，确保若干千斤顶(203)的轴线与柱脚(601)的轴线在同一水平面上；
2)若干所述千斤顶(203)对加载平台(3)和大型悬臂柱(6)施加持续的水平力；
3)直到完成加载或所述大型悬臂柱(6)被破坏，所有千斤顶(203)停止施力，从而完成大型悬臂柱(6)的轴压加载试验。
5.一种大型悬臂柱的受压加载方法，基于权利要求1所述的大型悬臂柱的受压加载装置，其特征在于：包括以下步骤：
1)将所述大型悬臂柱(6)安装到大型悬臂柱的受压加载装置上，确保若干千斤顶(203)的轴线在同一水平面上，且柱脚(601)位于若干千斤顶(203)的上方；
2)若干所述千斤顶(203)对加载平台(3)和大型悬臂柱(6)施加持续的水平力；
3)所述大型悬臂柱(6)受水平力产生压弯变形，大型悬臂柱(6)的悬臂端、加载平台(3)和力传感器(205)绕着柱脚(601)同步旋转，球铰(204)转动，球铰(204)带动千斤顶(203)向下滑动；
4)若干所述千斤顶(203)与矩形凹槽(2011)下方的侧壁抵紧；
5)直到完成加载或所述大型悬臂柱(6)被破坏，所有千斤顶(203)停止施力，从而完成大型悬臂柱(6)的偏压加载试验。
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