CN210269445U - 多维加载综合试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及试验装置技术领域，具体是多维加载综合试验系统，本实用新型用于解决现有试验设备不能同时对试件进行竖向拉压荷载、水平剪力、不同方向角度的弯矩、扭矩检测的问题，本实用新型包括压力试验主机、转角试验系统和框架地基平台，任一所述框架地基平台上安装有反力柱，所述反力柱上安装有水平加载高度调节系统，所述水平加载高度调节系统上安装有水平加载系统。本实用新型通过压力试验主机可以检测试件的竖向拉压荷载；通过压力试验主机与水平加载系统的搭配使用可以检测试件的水平剪力；通过压力试验主机与转角试验系统的搭配可以检测试件不同方向角度的弯矩、扭矩，并且上述三种试验可以同时进行。

Description

多维加载综合试验系统

技术领域

本实用新型涉及试验装置技术领域，更具体的是涉及多维加载综合试验系统。

背景技术

结构工程是隶属于土木工程一级学科的二级学科，主要运用力学方法对结构物进行分析与设计，并进行有关服役状态的评估，广义的结构工程研究对象是指地球表面或浅表地壳内的一切人工构筑物，狭义的结构工程则主要包括工业与民用建筑。结构工程的需要进行相应的检测，而检测结构工程会用到相应的试验设备。

现有技术中结构工程的试验设备还主要包括长柱压力试验机和多点加载试验系统，这两类机型在试验过程中都不具备同时施加多维度复杂荷载的能力，也无法对桥梁普通支座的各项力学性能检测。而在对某些试件如大型钢构件、钢混结构、梁柱节点、十字梁等进行复合加载试验时，试件需要同时受到竖向拉压荷载、水平剪力、不同方向角度的弯矩、扭矩，而在现有压力试验机和多点加载试验系统均无法同时对这些各种受力耦合的试验工况进行检测。因此，我们迫切的需要一种可以对试件同时进行竖向拉压荷载、水平剪力、不同方向角度弯矩、扭矩检测的综合试验系统。

发明内容

基于以上问题，本实用新型提供了多维加载综合试验系统，用于解决现有试验设备不能同时对试件进行竖向拉压荷载、水平剪力、不同方向角度弯矩、扭矩检测检测的问题。本实用新型通过压力试验主机可以检测试件的竖向拉压荷载；通过压力试验主机与水平加载系统的搭配使用可以检测试件的水平剪力；通过压力试验主机与转角试验系统的搭配可以检测试件不同方向的角度弯矩、扭矩，并且上述三种试验可以同时进行。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

多维加载综合试验系统，包括用于测量试件拉压载荷的压力试验主机，所述压力试验主机的一侧安装有用于测量试件弯矩或扭矩的转角试验系统，所述转角试验系统与压力试验主机搭配使用，所述压力试验主机的四侧均安装有框架地基平台，任一所述框架地基平台上安装有反力柱，所述反力柱上安装有水平加载高度调节系统，所述水平加载高度调节系统上安装有用于测量试件水平剪力的水平加载系统，所述水平加载系统与压力试验主机搭配使用。

作为一种优选的方式，所述压力试验主机包括底座，所述底座的顶面安装有多根竖直丝杠，多根所述竖直丝杠上均安装有位于同一水平面上的竖直螺母，多个所述竖直螺母上安装有同一竖直横梁，所述竖直横梁的底面安装有上压板，所述竖直丝杠的下部安装有可带动竖直丝杠旋转的旋转机构；所述底座的顶面中部还安装有竖直液压缸，所述竖直液压缸内安装有竖直载荷传感器。

作为一种优选的方式，所述竖直液压缸的活塞上安装有导向装置，所述导向装置上设有第一自调心机构，所述第一自调心机构包括开在导向装置顶面的球窝。

作为一种优选的方式，所述旋转机构包括安装在底座上的液压马达，所述液压马达上安装有第一主动链轮，多根所述竖直丝杠的下部均安装有第一从动链轮，所述第一从动链轮与第一主动链轮间通过第一链条连接，所述竖直丝杠与框架地基平台间连接有下缓冲机构，所述上压板上安装有与反力柱接触的上缓冲机构。

作为一种优选的方式，所述下缓冲机构包括通过轴承安装在竖直丝杠上的导向套，所述导向套上连接有固定支杆，所述固定支杆的另一端与框架地基平台连接。

作为一种优选的方式，所述上缓冲机构包括连接在上压板上的可调顶杆，所述可调顶杆的另一端安装有可调螺母，所述可调螺母上安装有可与反力柱连接的螺母卡块。

作为一种优选的方式，所述水平加载高度调节系统包括安装在框架地基平台上的多根水平丝杠，所述水平加载系统通过水平螺母安装在水平丝杠上，所述水平丝杠的上端安装有第二从动链轮，所述反力柱的上端安装有减速机，所述减速机上安装有第二主动链轮，所述第二主动链轮与第二从动链轮间通过第二链条连接。

作为一种优选的方式，所述水平加载系统包括前反力框架和后反力框架，所述前反力框架和后反力框架的上部和下部间均连接有滑杆，所述后反力框架的侧面上安装有位于两个所述滑杆间的水平载荷传感器，所述水平载荷传感器上安装有水平液压缸，所述水平液压缸安装在水平横梁内，所述水平横梁的顶面和底面均通过滑动轮组与滑杆连接，所述前反力框架的前端可拆卸的连接有穿过试验主机的剪切板，所述水平横梁通过水平螺母与水平丝杠连接，所述水平横梁上还安装有与反力柱接触的导向机构。

作为一种优选的方式，所述导向机构为安装在水平横梁上且与反力柱接触的导向轮组。

作为一种优选的方式，所述转角试验系统包括安装在底座上的转角液压缸，所述转角液压缸内安装有转角传感器，所述转角传感器上安装有转角顶杆，所述转角顶杆的顶面设有第二自调心机构，所述第二自调心机构包括设在转角顶杆顶面的球头。

本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型通过压力试验主机可以检测试件的竖向拉压荷载；通过压力试验主机与水平加载系统的搭配使用可以检测试件的水平剪力；通过压力试验主机与转角试验系统的搭配可以检测试件不同方向的角度弯矩、扭矩，并且上述三种试验可以同时进行。

(2)本实用新型中用压力试验主机测量试件的竖向拉压荷载时，通过液压马达带动竖直丝杠旋转，竖直丝杠再带动竖直横梁及上压板向下移动，直到与安装在送样小车上的试件接触，再启动竖直液压缸对试件施加压力，安装于竖直液压缸内的竖直载荷传感器即可测量出试件的竖向拉压载荷。

(3)本实用新型中用水平加载系统测量试件的水平剪力时，先用压力试验主机测试件竖向拉压荷载的方式，使竖向液压缸给被侧试件一定的竖向载荷，再启动水平液压缸带动剪切板给试件施加水平载荷，由水平载荷传感器测出试件所受的水平剪力。

(4)本实用新型用转角试验系统测量试件不同方向的角度弯矩、扭矩时，先用压力试验主机测试件竖向拉压荷载的方式，使竖向液压缸给被侧试件一定的竖向载荷，再启动转角液压缸，带动转角杆与安装在试件上的转角板接触，利用转角板的刚性形成力臂，从而对试件施加不同角度的扭矩，由转角传感器即可测出试件不同方向的角度弯矩或扭矩。

(5)本实用新型中通过在承载试件的送样小车的底面设有第一球头，第一球头与导向装置上的球窝组成第一自调心机构，当送样小车的试件受到压力时，通过该第一球头与第一球窝的灵活转动，修正试件与竖直液压缸的同轴度误差，适应偏斜夹角，使压缩试验加载过程中送样小车可以根据试件实际形状自行调整与竖直液压缸中心对正，使试件整体受力均匀，保证试验结果更加真实有效。

(6)本实用新型中转角顶杆顶面的第二球头与安装在试件上的转角板底面的第二球窝组成第二自调心机构，在试验过程中随转角板转动，第二球头与第二球窝自动调心，使试件整体受力均匀，保证试验结果更加真实有效。

(7)本实用新型通过上缓冲机构和下缓冲机构，可以使压力试验机主机强化固定在框架地基平台和反力柱上，从而可以消减试验加载过程中产生的水平向分力对压力试验机主机的影响，达到自平衡效果。

附图说明

图1为本实用新型的正面结构简图；

图2为本实用新型的俯视结构简图；

图3为本实用新型框架地基平台和反力柱连接在一起时的正面结构简图；

图4为本实用新型框架地基平台和反力柱连接在一起时的俯视结构简图；

图5为本实用新型压力试验主机的正面结构简图；

图6为本实用新型压力试验主机的侧面结构简图；

图7为本实用新型压力试验主机的俯视结构简图；

图8为本实用新型水平加载高度调节系统的正面结构简图；

图9为本实用新型水平加载高度调节系统的侧面结构简图；

图10为本实用新型水平加载系统的立体结构简图；

图11为本实用新型水平加载系统的俯视结构简图；

图12为本实用新型图11中A-A处的剖视结构简图；

图13为本实用新型转角试验系统的正面剖视结构简图；

图14为本实用新型图1中B处的放大示意图；

附图标记：1框架地基平台，2转角试验系统，21转角液压缸，22转角传感器，23转角顶杆，231第二球头，3压力试验主机，31底座，32竖直液压缸，33导向套，34竖直丝杠， 35竖直横梁，36竖直螺母，37第一从动链轮，38第一链条，39第一主动链轮，310液压马达，311上压板，312导向装置，3121第一球窝，4水平加载高度调节系统，41水平丝杠， 42第二主动链轮，43第二从动链轮，44第二链条，45第二主动链轮，46减速机，5反力柱，6水平加载系统，61水平横梁，62水平螺母，63后反力框架，64滑杆，65导向轮组， 66前反力框架，67剪切板，68滑动轮组，69水平液压缸，610水平载荷传感器，7上缓冲机构，71可调顶杆，72可调螺母，73螺母卡块，8固定支杆。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1：

如图1-7所示，多维加载综合试验系统，括用于测量试件拉压载荷的压力试验主机3，压力试验主机3的一侧安装有用于测量试件弯矩或扭矩的转角试验系统2，转角试验系统2 与压力试验主机3搭配使用，压力试验主机3的四侧均安装有框架地基平台1，任一框架地基平台1上安装有反力柱5，反力柱5上安装有水平加载高度调节系统4，水平加载高度调节系统4上安装有用于测量试件水平剪力的水平加载系统6，水平加载系统6与压力试验主机3搭配使用。

优选的，压力试验主机3包括底座31，底座31的顶面安装有多根竖直丝杠34，多根竖直丝杠34上均安装有位于同一水平面上的竖直螺母36，多个竖直螺母36上安装有同一竖直横梁35，竖直横梁35的底面安装有上压板311，竖直丝杠34的下部安装有可带动竖直丝杠34旋转的旋转机构；底座31的顶面中部还安装有竖直液压缸32，竖直液压缸32内安装有竖直载荷传感器。竖直载荷传感器安装在竖直液压缸32内测量试件所受载荷，通过常规手段可以实现。

优选的，竖直液压缸32的活塞上安装有导向装置312，导向装置312上设有第一自调心机构，第一自调心机构包括开在导向装置312顶面的球窝。

优选的，旋转机构包括安装在底座31上的液压马达310，液压马达310上安装有第一主动链轮39，多根竖直丝杠34的下部均安装有第一从动链轮37，第一从动链轮37与第一主动链轮39间通过第一链条38连接，竖直丝杠34与框架地基平台1间连接有下缓冲机构，上压板311上安装有与反力柱5接触的上缓冲机构7。

优选的，下缓冲机构包括通过轴承安装在竖直丝杠34上的导向套33，导向套33上连接有固定支杆8，固定支杆8的另一端与框架地基平台1连接。

优选的，上缓冲机构7包括连接在上压板311上的可调顶杆71，可调顶杆71的另一端安装有可调螺母72，可调螺母72上安装有可与反力柱5连接的螺母卡块73。

本实施例中给出了测量试件竖向拉压荷载的具体机构，其工作原理为：试验时先将试件放在送样小车的中心位置，然后手动控制将送样小车开到试验位置，优选的试样小车可以通过轨道开导需要试样的位置。再根据试件的高度，通过液压马达310带动第一主动链轮39 旋转，第一主动链轮39通过第一链条38带动安装在竖直丝杠34上的第一从动链轮37旋转，从而带动竖直丝杠34同步转动，竖直螺母36旋转的同时会带水平横梁61和上压板311上升或下降，直到上压板311完全接触试件时，再使竖直液压缸32升起，竖直液压缸 32的活塞带动导向装置312升起，导向装置312顶面的第一球窝3121与送样小车底面的第一球头组成第一自调心机构，当送样小车的试件受到压力时，通过该第一球头与第一球窝 3121的灵活转动，修正试件与竖直液压缸32的同轴度误差，适应偏斜夹角，使压缩试验加载过程中送样小车可以根据试件实际形状自行调整与竖直液压缸32中心对正，使试件整体受力均匀，保证试验结果更加真实有效。竖直液压缸32对试件施加竖直向压载荷，通过竖直向液压缸内安装的竖直载荷传感器即可测量出试件所受竖向拉压载荷。

其中，底座31、水平横梁61均为整体铸钢箱型结构，使其具有很高的强度和刚性，竖直液压缸32对试件施加竖直向荷载。竖直丝杠34采用调质结构钢制造，竖直丝杠34的数量优选四根，竖直丝杠34与竖直丝母配合精密，使得水平横梁61升降时平稳、噪音小。水平横梁61和上压板311相互连接具有很高刚性；这里的液压马达310的型号可以选择 JMD616-2000B型大扭矩低速液压马达310，竖直载荷传感器可以选择CZLYB-4BH-30000kN，竖直液压缸32的最大出力可达30000kN。

另外，通过上缓冲机构7和下缓冲机构，可以使压力试验机主机强化固定在框架地基平台1和反力柱5上，从而可以消减试验加载过程中产生的水平向分力对压力试验机主机的影响，达到自平衡效果。一般做水平剪切试验时，反力柱5通过调节可调螺母72，使可调螺母72前端与反力柱5相抵，通过反力柱5来平衡水平剪切时对压力试验主机3的水平分力，但测量角度弯矩、扭矩时，将可调螺母72用螺母卡块73将可调顶杆71通过螺栓固定在反力柱5上，这样可以通过反力柱5平衡试验时压力试验主机3受的拉向载荷、弯矩等侧向力。

实施例2：

如图1-12所示，在实施例1的基础上本实施例给出了水平加载系统的一种优选机构，即水平加载高度调节系统4包括安装在框架地基平台1上的多根水平丝杠41，水平加载系统6通过水平螺母62安装在水平丝杠41上，水平丝杠41的上端安装有第二从动链轮43，反力柱5的上端安装有减速机46，减速机46上安装有第二主动链轮42，第二主动链轮42 与第二从动链轮43间通过第二链条44连接。

优选的，水平加载系统6包括前反力框架66和后反力框架63，前反力框架66和后反力框架63的上部和下部间均连接有滑杆64，后反力框架63的侧面上安装有位于两个滑杆64间的水平载荷传感器610，水平载荷传感器610上安装有水平液压缸69，水平液压缸69 安装在水平横梁61内，水平横梁61的顶面和底面均通过滑动轮组68与滑杆64连接，前反力框架66的前端可拆卸的连接有穿过试验主机的剪切板67，水平横梁61通过水平螺母62 与水平丝杠41连接，水平横梁61上还安装有与反力柱5接触的导向机构。

优选的，导向机构为安装在水平横梁61上且与反力柱5接触的导向轮组65。

本实施例的工作原理：水平加载试验时，先将试件放在送样小车的中心位置，再将送样小车开到试验位置，同时将剪切板67前端的单耳穿销处插入前反力框架66前端双耳中，对准穿销孔，将两支剪切销穿入，即可将剪切板67安装在前反力框架66上。在调节上压板 311的可调螺母72，使可调螺母72前端与反力柱5相抵，从而可以消减水平试验加载过程中产生的水平向分力对压力试验机主机的影响，达到自平衡效果。

以上调节好后，根据试件的高度，先用压力试验主机3测试件竖向拉压荷载的方式，使竖向液压缸给被侧试件一定的竖向载荷，待竖向载荷达到目标值后，启动水平液压缸69，使安装在水平横梁61底面和顶面的滑动轮组68在滑动上滑动，从而带动前反力框架66向前伸出，最终带动剪切板67对试件施加水平向荷载，由水平载荷传感器610测出试件所受的水平剪力。其中水平载荷传感器610型号可以选择1936-2000kN轮辐式力传感器，减速机46的型号可以选择BWY22-71-2.2摆线针轮减速机，水平液压缸69的最大出力可达 2000kN。

本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。

实施例3：

如图1-14所示，在实施例1的基础上本实施例给出了转角试验系统的一种优选机构，即转角试验系统2包括安装在底座31上的转角液压缸21，转角液压缸21内安装有转角传感器22，转角传感器22上安装有转角顶杆23，转角顶杆23的顶面设有第二自调心机构，第二自调心机构包括设在转角顶杆23顶面的球头。

本实施例的工作原理为：转角试验时，先将转角顶杆23安装在转角液压缸21上，然后在转角板上边放一个试件，转角板下边放一个试件，从上到下顺序为：上压板311、试件、转角板、试件、送样小车，如此将试件安装好后，将送样小车开到试验位置。试验时，先根据试件高度，先用压力试验主机3测试件竖向拉压荷载的方式，使竖向液压缸给被侧试件一定的竖向载荷，待竖向载荷达到目标值后，升起转角液压缸21，通过转角顶杆23与转角板接触，利用转角板的刚性形成力臂，从而对试件施加不同角度的扭矩，由转角传感器22即可测出试件不同方向的角度弯矩或扭矩。另外，转角顶杆23顶面的第二球头231与安装在试件上的转角板底面的第二球窝组成第二自调心机构，在试验过程中随转角板转动，第二球头231与第二球窝自动调心，使试件整体受力均匀，保证试验结果更加真实有效，要求转角液压缸21的最大出力为600kN，具体型号可自行选择。

本实施例的其他部分与实施例1相同，这里就不再赘述。

如上即为本实用新型的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.多维加载综合试验系统，其特征在于：包括用于测量试件拉压载荷的压力试验主机(3)，所述压力试验主机(3)的一侧安装有用于测量试件弯矩或扭矩的转角试验系统(2)，所述转角试验系统(2)与压力试验主机(3)搭配使用，所述压力试验主机(3)的四侧均安装有框架地基平台(1)，任一所述框架地基平台(1)上安装有反力柱(5)，所述反力柱(5)上安装有水平加载高度调节系统(4)，所述水平加载高度调节系统(4)上安装有用于测量试件水平剪力的水平加载系统(6)，所述水平加载系统(6)与压力试验主机(3)搭配使用。

2.根据权利要求1所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述压力试验主机(3)包括底座(31)，所述底座(31)的顶面安装有多根竖直丝杠(34)，多根所述竖直丝杠(34)上均安装有位于同一水平面上的竖直螺母(36)，多个所述竖直螺母(36)上安装有同一竖直横梁(35)，所述竖直横梁(35)的底面安装有上压板(311)，所述竖直丝杠(34)的下部安装有可带动竖直丝杠(34)旋转的旋转机构；所述底座(31)的顶面中部还安装有竖直液压缸(32)，所述竖直液压缸(32)内安装有竖直载荷传感器。

3.根据权利要求2所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述竖直液压缸(32)的活塞上安装有导向装置(312)，所述导向装置(312)上设有第一自调心机构，所述第一自调心机构包括开在导向装置(312)顶面的第一球窝(3121)。

4.根据权利要求2所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述旋转机构包括安装在底座(31)上的液压马达(310)，所述液压马达(310)上安装有第一主动链轮(39)，多根所述竖直丝杠(34)的下部均安装有第一从动链轮(37)，所述第一从动链轮(37)与第一主动链轮(39)间通过第一链条(38)连接，所述竖直丝杠(34)与框架地基平台(1)间连接有下缓冲机构，所述上压板(311)上安装有与反力柱(5)接触的上缓冲机构(7)。

5.根据权利要求4所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述下缓冲机构包括通过轴承安装在竖直丝杠(34)上的导向套(33)，所述导向套(33)上连接有固定支杆(8)，所述固定支杆(8)的另一端与框架地基平台(1)连接。

6.根据权利要求4所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述上缓冲机构(7)包括连接在上压板(311)上的可调顶杆(71)，所述可调顶杆(71)的另一端安装有可调螺母(72)，所述可调螺母(72)上安装有可与反力柱(5)连接的螺母卡块(73)。

7.根据权利要求1所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述水平加载高度调节系统(4)包括安装在框架地基平台(1)上的多根水平丝杠(41)，所述水平加载系统(6)通过水平螺母(62)安装在水平丝杠(41)上，所述水平丝杠(41)的上端安装有第二从动链轮(43)，所述反力柱(5)的上端安装有减速机(46)，所述减速机(46)上安装有第二主动链轮(42)，所述第二主动链轮(42)与第二从动链轮(43)间通过第二链条(44)连接。

8.根据权利要求7所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述水平加载系统(6)包括前反力框架(66)和后反力框架(63)，所述前反力框架(66)和后反力框架(63)的上部和下部间均连接有滑杆(64)，所述后反力框架(63)的侧面上安装有位于两个所述滑杆(64)间的水平载荷传感器(610)，所述水平载荷传感器(610)上安装有水平液压缸(69)，所述水平液压缸(69)安装在水平横梁(61)内，所述水平横梁(61)的顶面和底面均通过滑动轮组(68)与滑杆(64)连接，所述前反力框架(66)的前端可拆卸的连接有穿过试验主机的剪切板(67)，所述水平横梁(61)通过水平螺母(62)与水平丝杠(41)连接，所述水平横梁(61)上还安装有与反力柱(5)接触的导向机构。

9.根据权利要求8所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述导向机构为安装在水平横梁(61)上且与反力柱(5)接触的导向轮组(65)。

10.根据权利要求1所述的多维加载综合试验系统，其特征在于：所述转角试验系统(2)包括安装在底座(31)上的转角液压缸(21)，所述转角液压缸(21)内安装有转角传感器(22)，所述转角传感器(22)上安装有转角顶杆(23)，所述转角顶杆(23)的顶面设有第二自调心机构，所述第二自调心机构包括设在转角顶杆(23)顶面的第二球头(231)。

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