CN114235575A - 一种自平衡大跨度结构加载测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自平衡大跨度结构加载测试系统及测试方法，涉及工程结构测试领域，其特征在于，包括固定支架、滑动支架、平衡拉索、千斤顶和大尺度结构，其中，所述固定支架和所述滑动支架作为一对支座，所述平衡拉索两端分别与所述固定支架和所述滑动支架相连，所述大尺度结构两端分别与所述固定支架和所述滑动支架相连，所述平衡拉索受拉，所述大尺度结构受压，所述千斤顶施加力，构成一个拉压自平衡测试系统。本发明克服了常用大型结构试验需要实验室和大型专用固定反力墙、反力架的缺点，从而可以不受场地限制，灵活、快速实现大型结构试验。

Description

一种自平衡大跨度结构加载测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及工程结构测试领域，尤其涉及一种自平衡大跨度结构加载测试系统及测试方法。

背景技术

工程结构领域广泛，包括土木建筑、桥梁、航空航天等，其采用的大型结构承载性能往往需要经过一定结构试验，特别是针对新型结构体系、新材料、新节点、新工艺等应用，需要对工程结构进行基本的承载试验，包括轴向承压及稳定、弯曲等。

通常工程结构试验，特别是大尺度结构试验，都需要大型的实验室、专用加载设备和数据采集系统，即需要大型反力墙、反力架、地锚等固定设施。即使具备较好试验条件，这些设施的尺度还是容易受到限制，如跨度受限、反力受限，因此，工程测试经常采用缩比结构试验技术，按照相似原理设计试验对象，再进行试验和试验分析评价。

针对技术要求，由于制作工艺及相似性不符合，缩比试验仍然存在不能准确反应实际工程结构的性能，在航空等重要领域，仍需要进行大型结构的实物型式试验。在此技术需求下，同时又受制于传统实验室技术限制，

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的大尺度结构加载、测试技术，可不受场地跨度、反力限制，较灵活、快速进行各类结构试验。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何设计一种不受场地跨度、反力限制的自平衡大跨度结构加载测试系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，包括固定支架、滑动支架、平衡拉索、千斤顶和大尺度结构，其中，所述固定支架和所述滑动支架作为一对支座，所述平衡拉索两端分别与所述固定支架和所述滑动支架相连，所述大尺度结构两端分别与所述固定支架和所述滑动支架相连，所述平衡拉索受拉，所述大尺度结构受压，所述千斤顶施加力，构成一个拉压自平衡测试系统。

进一步地，所述固定支架呈倒T字形，所述固定支架是由固定支架竖框、固定支架底板、固定支架承压梁、固定支架斜角撑和L形支托组成支承和承载的刚性框架，所述固定支架通过设置于所述固定支架底板的L形角钢由固定支架膨胀螺栓连接地板，所述固定支架竖框的四格交点设有圆孔和承压板，所述平衡拉索穿过所述圆孔和所述承压板，通过螺母固定在所述固定支架上。

进一步地，所述大尺度结构为三角形截面梭形桁架，所述大尺度结构的端头为螺杆球头，所述大尺度结构通过球铰与所述固定支架和所述滑动支架相连。

进一步地，所述自平衡大跨度结构加载测试系统还包括力传感器，所述力传感器与所述固定支架和所述千斤顶相连。

进一步地，所述滑动支架呈倒T字形，所述滑动支架是由滑动支架竖框、滑动支架底板、滑动支架承压梁、滑动支架斜角撑组成支承和承载的刚性框架，所述滑动支架竖框的四格交点设有圆孔和承压板。

进一步地，所述滑动支架底板还设有定向滑轮，所述滑动支架与所述固定支架平行放置，可平行滑动。

进一步地，所述滑动支架底板还设有L形导向限位板，所述L形导向限位板通过滑动支架膨胀螺栓与地板相连。

进一步地，所述平衡拉索为4根互相平行且预紧力一致的高强钢拉索。

一种自平衡大跨度结构加载测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、在地面安装固定支架；

步骤2、在地面安装滑动支架，调校保证所述滑动支架与所述固定支架对中、平行，测定所述滑动支架和所述固定支架的距离符合测试对象大尺度结构的长度要求；

步骤3、在所述固定支架的支托上安装力传感器和千斤顶；

步骤4、安装所述大尺度结构，所述大尺度结构的两端通过球铰与所述滑动支架和所述固定支架相连；

步骤5、安装四根平衡拉索；

步骤6、通过所述千斤顶分级分步对所述大尺度结构轴向施加载荷，以及施加横向载荷。

进一步地，所述步骤5还包括：

步骤5.1、根据所述力传感器的数据和几何控制，通过所述平衡拉索的两端螺母调整所述平衡拉索的松紧和平行，保证四根所述平衡拉索预紧力一致。

本发明的自平衡大跨度结构加载测试系统，无需专用固定大型反力墙、反力架，场地布置灵活，采用的平衡拉索承载大、自重小、长度按需灵活调整，通过千斤顶施加轴向载荷，并可挂载施加横向载荷。试验系统制作、安装、试验操作简单，造价低。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的一种自平衡大跨度结构加载测试系统的透视图；

图2是本发明的一个较佳实施例的一种自平衡大跨度结构加载测试系统的固定支架端透视图；

图3是本发明的一个较佳实施例的一种自平衡大跨度结构加载测试系统的滑动支架端透视图；

图4是本发明的一个较佳实施例的一种自平衡大跨度结构加载测试系统的立面图；

图5是本发明的一个较佳实施例的一种自平衡大跨度结构加载测试系统的固定支架端侧视图；

图6是本发明的一个较佳实施例的一种自平衡大跨度结构加载测试系统的固定支架端剖视图；

其中，1-固定支架，2-滑动支架，3-平衡拉索，4-大尺度结构，5-千斤顶，6-力传感器，101-固定支架竖框，102-固定支架底板，103-固定支架承压梁，104-固定支架斜角撑，105-L形支托，106-L形角钢，107-固定支架膨胀螺栓，201-滑动支架竖框，202-滑动支架底板，203-滑动支架承压梁，204-滑动支架斜角撑，205-导向轮，206-L形导向限位板，207-滑动支架膨胀螺栓，208-球铰，501-液压千斤顶缸，502-柱状球铰。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，本发明的一个较佳实施例的自平衡大跨度结构加载测试系统透视图，包括固定支架1、滑动支架2、平衡拉索3、大尺度结构4和千斤顶5。固定支架1、滑动支架2作为一对支座，4个平衡拉索3受拉，1个大尺度结构4受压，千斤顶5施加力，构成一个拉压自平衡系统。大尺度结构4为一个三角形截面梭形桁架，中间段为边长900mm，两端为变截面三角形桁架，端头为螺杆球头。

如图2所示，本发明的一个较佳实施例的固定支架端透视图，包括固定支架1、平衡拉索3、大尺度结构4、千斤顶5和力传感器6。固定支架1呈倒T字形，由固定支架竖框101、固定支架底板102、固定支架承压梁103、固定支架斜角撑104、L形支托105组成支承和承载的刚性框架。固定支架底板102为矩形钢管焊接成的日字形框架，长边外侧设四个L形角钢106，通过固定支架膨胀螺栓107连接地板。固定支架竖框101为矩形钢管焊接成的目字形框架。固定支架竖框101和固定支架底板102焊接成倒T形刚构，两侧钢管间连接固定支架斜角撑104。固定支架承压梁103刚接于固定支架竖框101面两侧主钢管。L形支托105连接固定支架竖框101的横向格管，可竖向调节高度。固定支架竖框101的四格交点设圆孔和承压板。千斤顶5连接力传感器6和大尺度结构4，千斤顶5的液压千斤顶缸501搁置在固定支架1的L形支托105上，千斤顶5底座连接力传感器6，千斤顶5活塞杆端接柱状球铰502，柱状球铰502为凹形球窝。千斤顶5通过液压千斤顶缸501作用，使千斤顶活塞杆伸缩对大尺度结构4实现轴向加载。力传感器6一端连接固定支架1的固定支架承压梁103、一端连接千斤顶5底座，测定施加于大尺度结构4的轴向力。

如图3所示，本发明的一个较佳实施例的滑动支架端透视图，包括滑动支架2、平衡拉索3和大尺度结构4。滑动支架2呈倒T字形，整体结构与固定支架1一致，由滑动支架竖框201、滑动支架底板202、滑动支架承压梁203、滑动支架斜角撑204、球铰208组成支承和承载的刚性框架。滑动支架底板202的钢管下设四个定向导向轮205，两侧设四个L形导向限位板206，再由滑动支架膨胀螺栓207连接地板。球铰208呈柱状，球铰208底端连接滑动支架承压梁203，球铰208为凹形球窝，连接大尺度结构4。滑动支架竖框201的四格交点设圆孔和承压板。滑动支架2与固定支架1平行放置。平衡拉索3为四根平行高强拉索，连接固定支架1和滑动支架2，平衡拉索3采用钢绞索索体，两端采用螺杆接头，平衡拉索3穿过固定支架1和滑动支架2的竖框的四格交点的圆孔与承压板，通过螺母与固定支架1和滑动支架2相连。大尺度结构4两端为球铰，固定支架1和滑动支架2通过螺杆球头连接大尺度结构4两端的球铰的凹形球窝。

如图4所示，本发明的一个较佳实施例的自平衡大跨度结构加载测试系统正视图，包括固定支架1、滑动支架2、平衡拉索3和大尺度结构4。固定支架1和滑动支架2的净距离L1。平衡拉索长L2，为

钢绞索，索间高度900mm。大尺度结构4为三角形桁架，距离地面净高h1、重心高h2。

如图5所示，本发明的一个较佳实施例的固定支架端侧视图，包括固定支架1、平衡拉索3、大尺度结构4、千斤顶5和力传感器6。固定支架1的固定支架底板102长2×1060mm，固定支架竖框101的厚度为120mm，固定支架承压梁103截面为120mm。平衡拉索3为4根平行拉索，高度900mm。

如图6所示，本发明的一个较佳实施例的固定支架端剖视图，包括固定支架1、平衡拉索3和力传感器6。固定支架1的固定支架竖框101中心间距离2×300mm，平衡拉索3的水平距离600mm。

在本发明中，根据需要在大尺度结构4两端设置位移计可测定轴向变形，在大尺度结构4跨内设置位移计可测定横向变形；在大尺度结构4跨内设置不同挂载可实现横向载荷施加。

本发明的结构系统尺寸(跨度L1、拉索长L2、净高h1、h2，钢管尺寸、桁架构件尺寸等)、材料选择(钢材、CFRP)、性能参数(轴压加载、横向载荷值)，均可针对大尺度结构的具体几何与载荷参数，通过参数设计分析确定。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，包括固定支架、滑动支架、平衡拉索、千斤顶和大尺度结构，其中，所述固定支架和所述滑动支架作为一对支座，所述平衡拉索两端分别与所述固定支架和所述滑动支架相连，所述大尺度结构两端分别与所述固定支架和所述滑动支架相连，所述平衡拉索受拉，所述大尺度结构受压，所述千斤顶施加力，构成一个拉压自平衡测试系统。

2.如权利要求1所述的一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，所述固定支架呈倒T字形，所述固定支架是由固定支架竖框、固定支架底板、固定支架承压梁、固定支架斜角撑和L形支托组成支承和承载的刚性框架，所述固定支架通过设置于所述固定支架底板的L形角钢由固定支架膨胀螺栓连接地板，所述固定支架竖框的四格交点设有圆孔和承压板，所述平衡拉索穿过所述圆孔和所述承压板，通过螺母固定在所述固定支架上。

3.如权利要求1所述的一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，所述大尺度结构为三角形截面梭形桁架，所述大尺度结构的端头为螺杆球头，所述大尺度结构通过球铰与所述固定支架和所述滑动支架相连。

4.如权利要求1所述的一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，所述自平衡大跨度结构加载测试系统还包括力传感器，所述力传感器与所述固定支架和所述千斤顶相连。

5.如权利要求1所述的一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，所述滑动支架呈倒T字形，所述滑动支架是由滑动支架竖框、滑动支架底板、滑动支架承压梁、滑动支架斜角撑组成支承和承载的刚性框架，所述滑动支架竖框的四格交点设有圆孔和承压板。

6.如权利要求5所述的一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，所述滑动支架底板还设有定向滑轮，所述滑动支架与所述固定支架平行放置，可平行滑动。

7.如权利要求6所述的一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，所述滑动支架底板还设有L形导向限位板，所述L形导向限位板通过滑动支架膨胀螺栓与地板相连。

8.如权利要求1所述的一种自平衡大跨度结构加载测试系统，其特征在于，所述平衡拉索为4根互相平行且预紧力一致的高强钢拉索。

9.一种自平衡大跨度结构加载测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、在地面安装固定支架；

步骤2、在地面安装滑动支架，调校保证所述滑动支架与所述固定支架对中、平行，测定所述滑动支架和所述固定支架的距离符合测试对象大尺度结构的长度要求；

步骤3、在所述固定支架的支托上安装力传感器和千斤顶；

步骤4、安装所述大尺度结构，所述大尺度结构的两端通过球铰与所述滑动支架和所述固定支架相连；

步骤5、安装四根平衡拉索；

步骤6、通过所述千斤顶分级分步对所述大尺度结构轴向施加载荷，以及施加横向载荷。

10.如权利要求9所述的一种自平衡大跨度结构加载测试方法，其特征在于，所述步骤5还包括：

步骤5.1、根据所述力传感器的数据和几何控制，通过所述平衡拉索的两端螺母调整所述平衡拉索的松紧和平行，保证四根所述平衡拉索预紧力一致。

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