CN208999223U - 一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置 - Google Patents

一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置 Download PDF

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吕忠达
赵�卓
申磊
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Abstract

本实用新型公开了一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,包括多个加载器以及试验台架;试验台架包括固定试验台架和活动试验台架;每一加载器均连接有一根预应力钢棒,预应力钢棒的一端与活动试验台架固定相连接,预应力钢棒的另一端穿过固定试验台架与加载器相连接,加载器的环形底面与固定试验台架的外侧面相顶接;预应力钢棒在试验台架中呈上下两行设置,且每行中预应力钢棒间的间隔相等;试验模型放置在固定试验台架和活动试验台架之间,并位于下行的预应力钢棒之上和上行的预应力钢棒之下;加载器通过张拉预应力钢棒带动活动试验台架相对向固定试验台架水平移动将加载器输出的荷载施加至试验模型上。

Description

一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置
技术领域
本实用新型涉及试验加载技术领域,特别是适于对大尺寸结构模型进行静力加载试验的试验装置,具体地说是一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置。
背景技术
随着科学研究的发展,小构件、缩尺模型的结构试验由于尺寸效应、边界条件等问题,已逐渐不能满足科研的需要。足尺构件、全尺寸模型的结构试验逐渐成为研究的热点,其试验结果亦更具说服力。
在结构模型试验中,静力加载是最为普遍的试验工况,静力加载的一般方法有重力加载(利用重物直接加载或通过杠杆作用间接加载)、液压加载(利用千斤顶和液压试验机等加载)、机械加载(利用绞车、差动滑轮组、弹簧和螺旋千斤顶等机械设备进行加载)和气压加载(利用压缩空气或真空作用加载)四种方法,其中液压加载法是最常用的加载方法。提供加载的设备常用的有液压千斤顶和大型结构试验机,液压千斤顶操作简便、价格便宜,但所能提供的加载值有限,最大加载能力通常在500吨以内。而大型结构试验机可提供较大的加载值,但其价格昂贵、操作复杂、占地面积大,且对试验对象尺寸具有一定限制。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状,而提供安全稳定、操作简便、占地面积小、造价成本低的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:
一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,包括多个用于荷载施加输出的加载器以及用于放置试验模型的试验台架;试验台架包括固定设置的固定试验台架和能相对固定试验台架滑动设置的活动试验台架;每一加载器均连接有一根起传力作用的预应力钢棒,预应力钢棒的一端与活动试验台架穿设固定相连接,该预应力钢棒的另一端滑动地穿过固定试验台架与加载器套装相连接,加载器朝向固定试验台架一端的环形底面与固定试验台架的外侧面相顶接;预应力钢棒在试验台架中呈上下两行设置,且每行中预应力钢棒间的间隔相等;试验模型放置在固定试验台架和活动试验台架之间,并位于下行的预应力钢棒之上和上行的预应力钢棒之下。
为优化上述技术方案,采取的措施还包括:
上述的固定试验台架由固定在地面上的第一固定台和通过螺栓固定安装在第一固定台上的固定加载板组成;固定加载板的底部焊接有方便使固定加载板与第一固定台固定相连的连接板,连接板上等间隔地焊接有用于增强固定加载板与连接板间机械强度的三角加强筋板,连接板与第一固定台间垫设有由普通胶垫和胶垫骨架构成的橡胶垫支座。
上述的预应力钢棒的另一端滑动地穿过固定试验台架的固定加载板;固定加载板上对应每一预应力钢棒均加工有供该预应力钢棒穿设的通孔,每一通孔处均焊接有一块正方形用于防止通孔变形开裂的加固板。
上述的活动试验台架由固定在地面上的第二固定台、四氟滑板橡胶支座和活动加载板组成;活动加载板与固定加载板的结构相同,四氟滑板橡胶支座滑动地设置在第二固定台的滑槽中,并且四氟滑板橡胶支座通过螺栓与活动加载板的连接板固定相连接。
上述的预应力钢棒的一端固定在活动试验台架的活动加载板上,预应力钢棒穿设在活动加载板上的通孔中。
上述的加载器为能套装在预应力钢棒上的千斤顶,预应力钢棒的两端均加工有螺纹,该预应力钢棒的一端穿过活动加载板上的通孔通过锚固螺母与活动加载板螺旋紧固相连接;预应力钢棒的另一端依次穿过固定加载板的通孔和千斤顶的轴心通孔与锁紧螺母螺纹固定相连接,千斤顶通过锁紧螺母压装在固定加载板的外侧面,千斤顶的活塞杆的前端环形面与锁紧螺母相顶接,千斤顶的缸体的环形底面与固定加载板的外侧面相顶接;千斤顶通过活塞杆的伸出实现对预应力钢棒的张拉。
上述的固定加载板的内侧面与试验模型的接触面间以及活动加载板的内侧面与试验模型的接触面间均垫配有用于保证两者接触面平整防止局部应力集中的橡胶皮层,橡胶皮层的厚度为5毫米。
上述的千斤顶与固定加载板间以及锚固螺母与活动加载板间均垫配有垫片,预应力钢棒由两根标准长度为6米的单元预应力钢棒通过锚具锚接相连成一体。
上述的固定加载板的外侧面共顶接有八台千斤顶,八台千斤顶呈上下两行每行四个分布,每个千斤顶均为同一型号的500吨级的千斤顶。
八台千斤顶共联有用于控制八台千斤顶同步加载或卸载的同步加载控制系统。
与现有技术相比,本实用新型主要由加载器、预应力钢棒和试验台架组成;加载器用荷载施加输出,加载器通过张拉预应力钢棒使试验台架将加载器施加的荷载施加到试验模型上,从而实现对试验模型的大吨位静力加载试验。本实用新型结构简单,能够现场组装,并且占地面积小,操作容易,能满足大尺寸结构模型的大吨位静力加载试验。
附图说明
图1是本实用新型的正视结构示意图;
图2是本实用新型固定加载板的正视图;
图3是图2固定加载板右视图;
图4是本实用新型预应力钢棒的结构示意图;
图5是图1中试验模型的侧视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。
图1至图4为本实用新型的结构示意图。
其中的附图标记为:试验模型T、固定试验台架1、固定加载板11、滑孔11a、第一固定台12、第一连接板13、三角加强筋板14、橡胶垫支座15、活动试验台架2、活动加载板21、第二固定台22、四氟滑板橡胶支座23、加载器3、千斤顶31、预应力钢棒4、单元预应力钢棒41、锚具42、锚固螺母5、锁紧螺母6、垫片7、加固板8。
图1至图4公开了一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,该试验装置能在施工现场就地组装以对试验模型T进行大吨位的静力加载试验,试验模型T为大尺寸的钢箱梁节段,其长×宽×高的对应尺寸为10.5×3.2×1.1m,本实用新型为考察钢箱梁节段的稳定性能,设计出拟对一个钢箱梁节段模型进行静力加载的试验装置。
试验装置包括多个用于荷载施加输出的加载器3以及用于放置试验模型T的试验台架;试验台架包括固定设置的固定试验台架1和能相对固定试验台架1滑动设置的活动试验台架2。固定试验台架1设置在试验模型T一端,活动试验台架2设置在试验模型T的另一端,固定试验台架1和活动试验台架2将试验模型T夹持在中间以便荷载施加。加载器3为液压驱动的加载装置,每一加载器3均连接有一根起传力作用的预应力钢棒4,加载器3施加的液压荷载力通过预应力钢棒4传递给试验台架。预应力钢棒4的一端与活动试验台架2穿设固定相连接,该预应力钢棒4的另一端滑动地穿过固定试验台架1与加载器3套装相连接。从图1可以看出,加载器3套装连接在预应力钢棒4上。加载器3朝向固定试验台架1一端的环形底面与固定试验台架1的外侧面相顶。预应力钢棒4在试验台架中呈上下两行设置,且每行中预应力钢棒4间的间隔相等。预应力钢棒4的这种设置使固定试验台架1和活动试验台架2的受力均匀。试验模型T放置在固定试验台架1和活动试验台架2之间,并位于下行的预应力钢棒4之上和上行的预应力钢棒4之下。加载器3通过张拉预应力钢棒4带动活动试验台架2相对向固定试验台架1水平移动将加载器3输出的荷载施加至试验模型T上。
本实用新型利用加载器3通过张拉预应力钢棒4将荷载传递给固定试验台架1和活动试验台架2,固定试验台架1和活动试验台架2再将荷载施加至试验模型T上,从而完成对试验模型T的上大吨位静力加载试验,以检测试验模型T的稳定性。
实施中,固定试验台架1由固定在地面上的第一固定台12和通过螺栓固定安装在第一固定台12上的固定加载板11组成;固定加载板11的底部焊接有方便使固定加载板11与第一固定台12固定相连的连接板13,连接板13上等间隔地焊接有用于增强固定加载板11与连接板13间机械强度的三角加强筋板14,连接板13与第一固定台12间垫设有由普通胶垫和胶垫骨架构成的橡胶垫支座15。为了防止第一固定台12过重,不便安装和搬运,固定加载板11可以由三个第一固定台12支撑。
实施中,预应力钢棒4的另一端滑动地穿过固定试验台架1的固定加载板11;固定加载板11上对应每一预应力钢棒4均加工有供该预应力钢棒4穿设的通孔11a,每一通孔11a处均焊接有一块正方形用于防止通孔11a变形开裂的加固板8。预应力钢棒4能在加载器3张拉预应力钢棒4时在通孔11a中滑动。
实施中,活动试验台架2由固定在地面上的第二固定台22、四氟滑板橡胶支座23和活动加载板21组成。本实用新型的活动加载板21与固定加载板11的结构完全相同,两者为对称放置的同一种板。四氟滑板橡胶支座23滑动地设置在第二固定台22的滑槽中,并且四氟滑板橡胶支座23通过螺栓与活动加载板21的连接板固定相连接。第二固定台22也可以与第一固定台12的结构完全相同,当第二固定台22也可以与第一固定台12的结构完全相同时,四氟滑板橡胶支座23应能在第二固定台22上滑动,以保证活动加载板21能对相对固定加载板11移动,完成对中间的试验模型T的荷载加载。
实施中,预应力钢棒4的一端固定在活动试验台架2的活动加载板21上,预应力钢棒4穿设在活动加载板21上的通孔中。
实施中,加载器3为能套装在预应力钢棒4上的千斤顶31,预应力钢棒4的两端均加工有螺纹,该预应力钢棒4的一端穿过活动加载板21上的通孔通过锚固螺母5与活动加载板21螺旋紧固相连接,预应力钢棒4的另一端依次穿过固定加载板11的通孔11a和千斤顶31的轴心通孔与锁紧螺母6螺纹固定相连接。本实用新型的千斤顶31为轴向成型有轴心通孔的千斤顶,千斤顶31的缸体和柱塞均为圆环形的柱形体。千斤顶31通过锁紧螺母6压装在固定加载板11的外侧面,千斤顶31的活塞杆的前端环形面与锁紧螺母6相顶接,千斤顶31的缸体的环形底面与固定加载板11的外侧面相顶接;千斤顶31通过活塞杆的伸出实现对预应力钢棒4的张拉。
实施中,固定加载板11的内侧面与试验模型T的接触面间以及活动加载板21的内侧面与试验模型T的接触面间均垫配有用于保证两者接触面平整防止局部应力集中的橡胶皮层,橡胶皮层的厚度为5毫米。橡胶皮层在本实用新型的各图中均末示出,橡胶皮层可起到良好的调平作用,确保了荷载能通过试验台架均匀传至试验模型T。
实施中,千斤顶31与固定加载板11间以及锚固螺母5与活动加载板21间均垫配有垫片7,预应力钢棒4由两根标准长度为6米的单元预应力钢棒41通过锚具42锚接相连成一体。单元预应力钢棒41通过锚具42连接拆卸方便,组成简单。
实施中,固定加载板11的外侧面共顶接有八台千斤顶31,八台千斤顶31呈上下两行每行四个分布,每个千斤顶31均为同一型号的500吨级的千斤顶。
八台千斤顶31共联有用于控制八台千斤顶31同步加载或卸载的同步加载控制系统。
本实用新型试验模型T进行荷载加载试验所需的加载值为2160吨,500吨级的千斤顶,最大加载能力为4000吨。预应力钢棒4的材质为16Mncr5,预应力钢棒4的屈服强度为1187MPa。试验所需每台千斤31顶最大加载吨位约为300吨,考虑加载可能存在偏心或加载不同步等问题,预应力钢棒4应考虑较大的安全系数,这里取2.5,因此P=300×2.5=750吨。
预应力钢棒截面半径的确定:
其中,P=7.5×104 N,n=8,fy=1187 MPa。
由式得,R≈45mm,因此预应力钢棒半径取45mm。
本实用新型试验装置的试验加载分为两个循环,第一循环逐级加载至设计荷载,加载吨位为1680吨;第二循环逐级加载至试验模型T破坏,最终的加载吨位为2160吨,此时试验模型T端部底板发生局部屈曲失稳。
整个试验过程加载平稳,安全可控。两个循环加载过程共持续了7个小时左右,加载效率极高。通过试验数据分析可知,本实用新型模型截面受力均匀,实测值与理论值吻合较好,表明加载过程无应力集中,且加载效率高,荷载损失小。
以上所述,仅为本实用新型优选实施方式,但本实用新型保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖于本实用新型保护范围内。

Claims (10)

1.一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,包括多个用于荷载施加输出的加载器(3)以及用于放置试验模型(T)的试验台架;其特征是:所述的试验台架包括固定设置的固定试验台架(1)和能相对固定试验台架(1)滑动设置的活动试验台架(2);每一所述的加载器(3)均连接有一根起传力作用的预应力钢棒(4),所述的预应力钢棒(4)的一端与活动试验台架(2)穿设固定相连接,该预应力钢棒(4)的另一端滑动地穿过固定试验台架(1)与加载器(3)套装相连接,所述的加载器(3)朝向固定试验台架(1)一端的环形底面与固定试验台架(1)的外侧面相顶接;所述的预应力钢棒(4)在试验台架中呈上下两行设置,且每行中预应力钢棒(4)间的间隔相等;所述的试验模型(T)放置在固定试验台架(1)和活动试验台架(2)之间,并位于下行的预应力钢棒(4)之上和上行的预应力钢棒(4)之下。
2.根据权利要求1所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:所述的固定试验台架(1)由固定在地面上的第一固定台(12)和通过螺栓固定安装在第一固定台(12)上的固定加载板(11)组成;所述的固定加载板(11)的底部焊接有方便使固定加载板(11)与第一固定台(12)固定相连的连接板(13),所述的连接板(13)上等间隔地焊接有用于增强固定加载板(11)与连接板(13)间机械强度的三角加强筋板(14),所述的连接板(13)与第一固定台(12)间垫设有由普通胶垫和胶垫骨架构成的橡胶垫支座(15)。
3.根据权利要求2所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:所述的预应力钢棒(4)的另一端滑动地穿过固定试验台架(1)的固定加载板(11);所述的固定加载板(11)上对应每一预应力钢棒(4)均加工有供该预应力钢棒(4)穿设的通孔(11a),每一所述的通孔(11a)处均焊接有一块正方形用于防止通孔(11a)变形开裂的加固板(8)。
4.根据权利要求3所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:所述的活动试验台架(2)由固定在地面上的第二固定台(22)、四氟滑板橡胶支座(23)和活动加载板(21)组成;所述的活动加载板(21)与固定加载板(11)的结构相同,所述的四氟滑板橡胶支座(23)滑动地设置在第二固定台(22)的滑槽中,并且四氟滑板橡胶支座(23)通过螺栓与活动加载板(21)的连接板固定相连接。
5.根据权利要求4所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:所述的预应力钢棒(4)的一端固定在活动试验台架(2)的活动加载板(21)上,所述预应力钢棒(4)穿设在活动加载板(21)上的通孔中。
6.根据权利要求5所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:所述的加载器(3)为能套装在预应力钢棒(4)上的千斤顶(31),所述的预应力钢棒(4)的两端均加工有螺纹,该预应力钢棒(4)的一端穿过活动加载板(21)上的通孔通过锚固螺母(5)与活动加载板(21)螺旋紧固相连接,所述的预应力钢棒(4)的另一端依次穿过固定加载板(11)的通孔(11a)和千斤顶(31)的轴心通孔与锁紧螺母(6)螺纹固定相连接,所述的千斤顶(31)通过锁紧螺母(6)压装在固定加载板(11)的外侧面,所述的千斤顶(31)的活塞杆的前端环形面与锁紧螺母(6)相顶接,所述的千斤顶(31)的缸体的环形底面与固定加载板(11)的外侧面相顶接;所述的千斤顶(31)通过活塞杆的伸出实现对预应力钢棒(4)的张拉。
7.根据权利要求6所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:所述的固定加载板(11)的内侧面与试验模型(T)的接触面间以及活动加载板(21)的内侧面与试验模型(T)的接触面间均垫配有用于保证两者接触面平整防止局部应力集中的橡胶皮层,所述的橡胶皮层的厚度为5毫米。
8.根据权利要求7所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:所述的千斤顶(31)与固定加载板(11)间以及锚固螺母(5)与活动加载板(21)间均垫配有垫片(7),所述的预应力钢棒(4)由两根标准长度为6米的单元预应力钢棒(41)通过锚具(42)锚接相连成一体。
9.根据权利要求7所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:所述的固定加载板(11)的外侧面共顶接有八台千斤顶(31),八台所述的千斤顶(31)呈上下两行每行四个分布,每个千斤顶(31)均为同一型号的500吨级的千斤顶。
10.根据权利要求7所述的一套适用于大尺寸模型的大吨位静力加载试验装置,其特征是:八台所述的千斤顶(31)共联有用于控制八台千斤顶(31)同步加载或卸载的同步加载控制系统。
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