CN113740045A - 一种用于工程试验力的加载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于工程试验力的加载系统，包括水平力加载装置和竖向力加载装置；水平力加载装置包括水平传力组件和水平作力组件，水平传力组件包括水平力分配梁，所述水平力分配梁竖直设置，所述水平作力组件的输出端与分配梁连接，所述水平作力组件用于通过分配梁向实验模型施加水平方向的作用力；所述竖向力加载装置包括竖向传力组件和竖向作力组件，所述竖向传力组件包括竖向力分配梁，所述竖向力分配梁水平设置，所述竖向作力组件的输出端与分配梁连接。本发明通过一个水平作动器达到施加两个水平力的效果，且可通过自反力实现实验模型所需的竖向荷载，该加载系统具有明显的工程试验意义。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程实验装置技术领域，具体的讲是一种用于工程试验力的加载系统。
背景技术
在工程领域，尤其是土木工程领域，拟静力试验或者结构静力压强试验是比较常用的试验方法，其中拟静力试验是土木工程领域常用的试验，拟静力试验是模拟结构在地震作用下的受力状态，随着研究的不断深入，试验模型由单层的钢筋混凝土框架结构或者钢结构发展为双层或者多层框架结构，单层框架结构和独柱墩的拟静力试验只需要一个水平作动器和反力架结构就可以完成试验，而有些双层框架结构则需要两个水平作动器按比例对两层框架进行水平力的分级加载，如双层高架桥框架式桥墩不仅需要两个水平作动器同时在两层按比例分级施加水平力，且竖向荷载需要施加在框架梁的两端，此时反力架结构就不能满足试验要求。
目前并没有一种同时满足只使用一个水平作动器外加附属试验装置可以达到两个作动器同时使用的效果，且同时可以实现竖向荷载自反力的加载装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种用于工程试验力的加载系统，该加载装置可通过一个水平作动器达到施加多个水平力的效果，且可通过自反力提供实验模型所需的竖向载荷，该加载系统具有明显的工程试验意义。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于工程试验力的加载系统，包括水平力加载装置和竖向力加载装置；
所述水平力加载装置包括水平传力组件和水平作力组件，所述水平传力组件包括水平力分配梁，所述水平力分配梁竖直设置，所述水平作力组件的输出端与分配梁连接，所述水平作力组件用于通过分配梁向实验模型施加水平方向的作用力；
所述竖向力加载装置包括竖向传力组件和竖向作力组件，所述竖向传力组件包括竖向力分配梁，所述竖向力分配梁水平设置，所述竖向作力组件的输出端与分配梁连接，所述竖向作力组件用于通过分配梁向实验模型施加竖直方向的作用力。
进一步的，所述水平传力组件还水平力拉杆和夹板，所述水平力拉杆包括若干组，若干组水平力拉杆由上至下分布设置于水平力分配梁上，且一端设固定于水平力分配梁上，所述水平力拉杆均水平设置，每组水平力拉杆的另一端均有夹板。
进一步的，所述水平力分配梁上设置有若干垫块，所述垫块设置于竖直钢板的内侧且与夹板的位置对应。
进一步的，所述夹板与垫块的尺寸相同。
进一步的，所述水平作力组件包括反力墙和作动器，所述反力墙竖直设置，所述作动器水平设置且一端固定于反力墙上，另一端于水平力分配梁连接。
进一步的，所述竖向力分配梁包括若干个。
进一步的，所述竖向作力组件包括转接装置、竖向力拉杆、反力梁和顶升装置，每个竖向力分配梁的顶部均设置有顶升装置，所述顶升装置的顶部水平设置有反力梁，所述反力梁通过竖向力拉杆与转接装置连接，所述转接装置设置于实验模型的底部。
进一步的，所述转接装置通过预埋拉杆固定于实验模型的底部。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明可同时用于工程试验中水平力和竖向力的加载，水平加载装置可取代一个水平作动器，且可以达到两个水平作动器同时施加的效果，且得出的试验数据较少，处理相对简单，由于水平作动器价格昂贵，因此该加载装置可较大程度的节约试验成本；
竖向力的加载装置可替代反力架加载体系，其竖向力的加载装置不仅适用于竖向力作用在柱端的试验模型且适用于竖向力作用在梁端的试验模型，该装置不仅节约试验成本且其最大的优点是通用性较强；
该套加载装置结构合理，取材容易，容易加工。该套力的加载装置试验者可根据自身试验情况灵活选择其中的水平力加载装置或竖向力加载装置或使用全套加载装置。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为水平力加载装置的立体结构示意图；
图3为竖向力加载装置的立体结构示意图；
图4为力的加载示意图；
图5为力学推导图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
11、水平力分配梁；111、垫块；12、水平拉力杆；13、夹板；21、反力墙；22、作动器；31、竖向力分配梁；41、转接装置；42、竖向力拉杆；43、反力梁；44、顶升装置；45、预埋拉杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种用于工程试验力的加载系统，包括水平力加载装置和竖向力加载装置；
所述水平力加载装置包括水平传力组件和水平作力组件，所述水平传力组件包括水平力分配梁11，所述水平力分配梁11竖直设置，所述水平作力组件的输出端与分配梁连接，所述水平作力组件用于通过分配梁向实验模型施加水平方向的作用力；
所述竖向力加载装置包括竖向传力组件和竖向作力组件，所述竖向传力组件包括竖向力分配梁31，所述竖向力分配梁31水平设置，所述竖向作力组件的输出端与分配梁连接，所述竖向作力组件用于通过分配梁向实验模型施加竖直方向的作用力。
如图2所示，作为一种实施方式，所述水平传力组件还水平力拉杆12和夹板13，所述水平力拉杆12包括若干组，若干组水平力拉杆由上至下分布设置于水平力分配梁11上，且一端设固定于水平力分配梁11上，所述水平力拉杆12均水平设置，每组水平力拉杆的另一端均有夹板13；
所述水平力分配梁11上设置有若干垫块111，所述垫块111设置于竖直钢板111的内侧且与夹板13的位置对应，垫块的作用是防止水平力分配梁与试验模型直接接触，已达到理想的力的分配效果；
所述夹板13与垫块111的尺寸相同，指的是夹板13和垫块111左右视图的截面尺寸相同，且夹板13、垫块111和水平力分配梁11上均开设有用于穿过水平拉杆12的孔位；
在本实施例中，水平力拉杆12的两端开设有外螺纹，通过螺母使水平力分配梁11、垫块111、水平力拉杆12和夹板13相对固定，使得水平力传力组件可固定于实验模型上；
所述水平作力组件包括反力墙21和作动器22，所述反力墙21竖直设置，所述作动器22水平设置且一端固定于反力墙21上，另一端于水平力分配梁11连接，作动器的输出端通过两个夹板固定于水平力分配梁11上，两个夹板通过直杆与螺母固定；
水平力加载装置可以只使用一个水平作动器就可以达到两个水平作动器同时加载的试验效果，且可以优化实验数据，大量节省试验成本。
所述竖向力分配梁31包括若干个，水平力拉杆组和分配梁31的数量与实验模型的横梁的数量相同。
如图3所示，作为一种实施方式，所述竖向作力组件包括转接装置41、竖向力拉杆42、反力梁43和顶升装置44，每个竖向力分配梁31的顶部均设置有顶升装置44，所述顶升装置44的顶部水平设置有反力梁43，所述反力梁43通过竖向力拉杆42与转接装置41连接，所述转接装置41设置于实验模型的底部；
本实施例中，竖向力分配梁31通过支座和滚轴放置于实验模型上，支座可根据试验要求更换不同的支座类型；
在本实施例中，顶升装置为千斤顶，反力梁43、竖向力拉杆42和转接装置41通过螺母相对固定；
所述转接装置41通过预埋拉杆45固定于实验模型的底部，使用时，需要将预埋拉杆的底端预埋于实验模型的底座中，转接装置41通过螺母固定于预埋拉杆45上，预埋拉杆45的底端为90°弯钩，防止竖向力过大而被拔出。
该系统中所用的钢材可根据试验要求选择相应的钢材型号，水平力分配梁、竖向力分配梁、反力梁和转接装置均设置有加劲肋，加劲肋沿着装置的长边方向均匀设置，加劲肋的的作用主要是为了增加装置的整体刚度，使得水平力与竖向力更有效的传递。
本发明可以避免反力架架构只能对框架结构竖向荷载施加在柱端的局限性。该加载装置不仅可以替代反力架加载体系，且可以对多层框架结构中每层结构的竖向荷载进行施加，节省试验成本且操作简单，通用性较强。
本发明的力学推导：
如图4和图5所示，假设水平作动器(简化成集中力P)作用在水平力分配梁右侧上的O点，距水平分配梁顶端A端为L1，距底端B端为L2。此时模型相对应的反力分别为Fa，Fb，设Fa＝βFb，由力的平衡条件和力矩平衡条件得：
则有
因此实验者可以根据模型A、B处所需的力的比例关系确定加载点的位置，这样就实现了用一个水平作动器加载达到用两个作动器同时加载的效果。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于工程试验力的加载系统，其特征在于，包括水平力加载装置和竖向力加载装置；
所述水平力加载装置包括水平传力组件和水平作力组件，所述水平传力组件包括水平力分配梁(11)，所述水平力分配梁(11)竖直设置，所述水平作力组件的输出端与分配梁连接，所述水平作力组件用于通过分配梁向实验模型施加水平方向的作用力；
所述竖向力加载装置包括竖向传力组件和竖向作力组件，所述竖向传力组件包括竖向力分配梁(31)，所述竖向力分配梁(31)水平设置，所述竖向作力组件的输出端与分配梁连接，所述竖向作力组件用于通过分配梁向实验模型施加竖直方向的作用力。
2.根据权利要求1所述的用于工程试验力的加载系统，其特征在于，所述水平传力组件还水平力拉杆(12)和夹板(13)，所述水平力拉杆(12)包括若干组，若干组水平力拉杆由上至下分布设置于水平力分配梁(11)上，且一端设固定于水平力分配梁(11)上，所述水平力拉杆(12)均水平设置，每组水平力拉杆的另一端均有夹板(13)。
3.根据权利要求2所述的用于工程试验力的加载系统，其特征在于，所述水平力分配梁(11)上设置有若干垫块(111)，所述垫块(111)设置于竖直钢板(111)的内侧且与夹板(13)的位置对应。
4.根据权利要求3所述的用于工程试验力的加载系统，其特征在于，所述夹板(13)与垫块(111)的尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的用于工程试验力的加载系统，其特征在于，所述水平作力组件包括反力墙(21)和作动器(22)，所述反力墙(21)竖直设置，所述作动器(22)水平设置且一端固定于反力墙(21)上，另一端于水平力分配梁(11)连接。
6.根据权利要求1所述的用于工程试验力的加载系统，其特征在于，所述竖向力分配梁(31)包括若干个。
7.根据权利要求6所述的用于工程试验力的加载系统，其特征在于，所述竖向作力组件包括转接装置(41)、竖向力拉杆(42)、反力梁(43)和顶升装置(44)，每个竖向力分配梁(31)的顶部均设置有顶升装置(44)，所述顶升装置(44)的顶部水平设置有反力梁(43)，所述反力梁(43)通过竖向力拉杆(42)与转接装置(41)连接，所述转接装置(41)设置于实验模型的底部。
8.根据权利要求7所述的用于工程试验力的加载系统，其特征在于，所述转接装置(41)通过预埋拉杆(45)固定于实验模型的底部。
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| CN202111030810.8A CN113740045A (zh) | 2021-09-03 | 2021-09-03 | 一种用于工程试验力的加载系统 |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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