[發明專利]一種用于結構構件三維獨立加載的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201710112372.7
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106644327A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 肖巖;孫意斌;徐金俊
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明涉及一種用于結構構件的加載方法及裝置，尤其是涉及一種用于結構構件模擬雙向側向力和軸向力和位移的加載方法及裝置。

背景技術

在土木工程領域，常常需要進行復雜結構及構件的實驗研究。特別重要的是針對承受豎向力及側向力的構件，如結構柱、承重墻體等關鍵構件在地震作用下的力學性能的實驗研究。

進行結構及構件的地震模擬加載時，需要同時模擬側向力和由重力引起的軸向力。軸向力的施加主要通過三種方法實現：(1)用千斤頂張拉固定于結構構件兩端的高強螺栓或拉桿向結構構件模型施加軸向力；(2)設置加載框架，將千斤頂置于結構構件端部與加載框架之間來施加軸向力，千斤頂的一端與結構構件端部鉸接，另一端與加載框架鉸接，在側向力(水平力)作用下結構構件端部移動時，千斤頂隨之擺動；(3)類似前述方法(2)，但在結構構件端部與千斤頂之間或千斤頂端部與加載框架之間設置滑動軸承機構，在側向力(水平力)作用下結構構件端部移動時，千斤頂保持方向不變。

這些既有方法的缺陷為：第一種方法和第二種方法在加載時，軸向加載的千斤頂或拉桿隨側向加載而改變方向，因而產生側向加載分量，該分量隨水平加載位移的變化而變化，量測構件所承受的側向力時須對其進行修正；在第三種方法中，構件所承受的實際側向力也須從施加的側向力中扣除摩擦力才能獲得，而且由于摩擦力的存在使得加載裝置千斤頂受到側向力作用產生彎曲，有可能損壞千斤頂。總之，在這些加載方法中，施加給構件的實際側向力都不能被直接測得，必須通過修正施加的側向力間接獲得，由此增加了試驗分析的難度，降低了測試結果的可信度，并隨著試驗構件尺寸的增大而愈加嚴重。只有發明人的專利(201110264595.8)針對這些問題提出了一種解決方案，但該方案只針對雙向加載，無法進行三向地震力模擬實驗。該方法采用了豎向雙鉸連桿支撐加載架，水平加載時，加載架下面的連桿圍繞下端的鉸旋轉，因此加載架實際上是在進行弧線平動，與水平位移的同時在其豎向也必定產生位移，從而增加了軸向力加載的控制難度。此外，連桿在零位垂直狀態屬于不穩定平衡態。實際地震力是三向作用，包含兩個水平方向和一個豎向，其模擬更為復雜，目前未見有相應的解決方法。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述不足，提供一種能夠兩個側向相互垂直的且軸向方向獨立實施的、并能直接測得施加到結構構件模型的三個方向的力、又能保證測試結果是可信的加載裝置及方法。

本發明采用的技術方案為：一種用于結構構件三維獨立加載的試驗裝置，包括用于側向力加載的加載架、用于軸向力加載的剛性蓋板、反力基礎；試驗用的結構構件下部固定在反力基礎上，上部與剛性蓋板相連；

所述加載架通過低阻力滑動軸承支座與反力基礎連接，加載架由與側向力平行的雙向水平部件和與軸向力平行的豎向部件一、豎向部件二固定連接而成；

所述水平部件上面設置有對結構構件施加軸向力的千斤頂一，其可隨側向加載架平動并保持豎直向下，千斤頂一內置測量結構構件所承受的軸向力的傳感器，千斤頂一上部與剛性蓋板連接；

所述豎向部件一與反力基礎之間設有側向力加載用的千斤頂二，豎向部件一與剛性蓋板之間設有向結構構件傳遞側向力并測量結構構件所承受的側向力的力傳感器一；

所述豎向部件二與反力基礎之間設有側向力加載用的千斤頂三，豎向部件二與剛性蓋板之間設有向結構構件傳遞側向力并直接測量結構構件所承受的側向力的力傳感器二。

作為優選，所述千斤頂一、千斤頂二、千斤頂三均為電動控制液壓式千斤頂。

一種采用上述用于結構構件三維獨立加載的試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：

1)將試驗用的結構構件固定在反力基礎上，再將軸向力加載系統的千斤頂一安裝在結構構件的加力端剛性蓋板與可隨結構構件側向移動的加載架的水平部件之間，通過千斤頂一對結構構件施加軸向力，軸向力及相應的軸線變形通過設在千斤頂一內的測力及測變形傳感器直接測得；

2)兩個相互垂直方向的側向力先通過千斤頂二與千斤頂三施加在加載架的豎向部件一、豎向部件二上，再通過設置在加載架的豎向部件一、豎向部件二和剛性蓋板之間的力傳感器一與力傳感器二來向結構構件施加，側向力通過力傳感器一與力傳感器二直接測得。

本發明在加載時，將兩個方向的側向力加載和軸向力加載分離，軸向力加載因為通過了一個可以隨側向加載而移動的加載架施加，其方向在側向力加載過程中保持不變，從而更為真實的模擬軸力或豎向重力作用，并且能直接測得施加給結構構件的實際側向力及軸向力，為結構模型實驗提供更為可靠的加載方法及裝置。