[發(fā)明專利]一種自平衡式空間往復(fù)加載系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810148092.6
• 申請(qǐng)日: 2018-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN108534974A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程欣;王惠剛;段德馨;徐培紅;王濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/06
• 分類號(hào): G01M7/06
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發(fā)明公開了一種自平衡式空間往復(fù)加載系統(tǒng)和方法。該加載系統(tǒng)包括待加載試件、反力框架、液壓作動(dòng)器、萬向球鉸端頭和萬向鉸支座；反力框架由臥式反力框架和豎向反力框架組成；待加載試件平躺于臥式反力框架中，一端與反力框架固結(jié)，另一端通過萬向球鉸端頭與液壓作動(dòng)器連接；液壓作動(dòng)器的另一端分別通過萬向鉸支座與反力框架連接。萬向鉸支座包括端板、耳板、底座、銷軸、萬向軸承和軸承座；萬向球鉸端頭包括端板、凸緣法蘭、墊盤、兩個(gè)空心半球、核心球和球鉸底座。本發(fā)明使用臥式反力框架實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)加載時(shí)力的自平衡，使用萬向鉸支座和萬向球鉸支座實(shí)現(xiàn)液壓作動(dòng)器在空間加載時(shí)的空間轉(zhuǎn)動(dòng)及試件的自由扭轉(zhuǎn)，具有準(zhǔn)確、穩(wěn)定、便于測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自平衡式空間往復(fù)加載系統(tǒng)及方法，屬于土木結(jié)構(gòu)試驗(yàn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于地震動(dòng)是多維的，建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的空間反應(yīng)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件會(huì)承受軸力、雙向水平力、雙向彎矩、甚至扭矩作用。從結(jié)構(gòu)多維抗震設(shè)計(jì)的角度看，考慮雙向水平地震作用比僅考慮單向水平地震作用更能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的真實(shí)地震狀況。在試驗(yàn)中模擬雙向地震作用常常假設(shè)試件懸臂自由的邊界條件，沿主副軸進(jìn)行位移加載。這就要求在試件頂部釋放所有的轉(zhuǎn)動(dòng)約束，對(duì)試驗(yàn)裝置提出了新的要求。

現(xiàn)有的模擬雙向水平地震作用的空間加載試驗(yàn)很多都是對(duì)于混凝土構(gòu)件進(jìn)行的，其抗扭剛度大，轉(zhuǎn)動(dòng)約束影響較小；隨著針對(duì)鋼構(gòu)件的空間加載試驗(yàn)日益增多，加載過程帶來的附加彎矩扭矩影響越發(fā)難以忽視，而且要實(shí)現(xiàn)試件頂部懸臂自由的邊界條件。有的試驗(yàn)采用萬向鉸跟動(dòng)裝置來考慮這一影響，但是試驗(yàn)采用的作動(dòng)器一般都很笨重，跟動(dòng)效果很差；有的試驗(yàn)作動(dòng)器與試件采用銷鉸等裝置來實(shí)現(xiàn)鉸接，但是會(huì)犧牲精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種自平衡式空間往復(fù)加載系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行空間循環(huán)加載試驗(yàn)時(shí)，頂部萬向球鉸端頭可以釋放轉(zhuǎn)動(dòng)約束，保證加載端懸臂自由的邊界條件。

本發(fā)明通過使用臥式反力框架實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)加載時(shí)力的自平衡，使用萬向鉸支座和萬向球鉸支座實(shí)現(xiàn)液壓作動(dòng)器在空間加載時(shí)的空間轉(zhuǎn)動(dòng)及待測(cè)試件的自由扭轉(zhuǎn)，滿足了待測(cè)試件加載時(shí)懸臂自由的邊界條件，具有準(zhǔn)確、穩(wěn)定、便于測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明根據(jù)需要選取做作動(dòng)器的個(gè)數(shù)，當(dāng)采用雙向加載時(shí)，分為一個(gè)側(cè)向力作動(dòng)器一個(gè)軸心力作動(dòng)器或兩個(gè)側(cè)向力作動(dòng)器兩種情況，這時(shí)組裝萬向球鉸端頭時(shí)只需要兩個(gè)對(duì)應(yīng)方向的凸緣法蘭即可。當(dāng)采用單向加載時(shí)，同理，只需要一個(gè)方向的凸緣法蘭和作動(dòng)器。當(dāng)采用三向加載時(shí)，三個(gè)液壓作動(dòng)器分別為x軸作動(dòng)器、y軸作動(dòng)器、z軸作動(dòng)器，三個(gè)液壓作動(dòng)器兩兩垂直布置，三個(gè)液壓作動(dòng)器分別和萬向球鉸端頭的三個(gè)端板通過高強(qiáng)螺栓連接。

本發(fā)明提供了一種自平衡式空間往復(fù)加載系統(tǒng)，包括反力框架、液壓作動(dòng)器、萬向球鉸端頭、萬向鉸支座；

反力框架由臥式反力框架和豎向反力框架組成；待加載試件水平置于臥式反力框架中，試件一端與反力框架固結(jié)，另一端通過萬向球鉸端頭與液壓作動(dòng)器連接；液壓作動(dòng)器的另一端分別通過萬向鉸支座與反力框架連接；作動(dòng)器的內(nèi)側(cè)通過萬向球鉸端頭連接，作動(dòng)器的外側(cè)通過萬向鉸支座與反力框架固定；萬向球鉸端頭固定在試件上；

所述萬向球鉸端頭包含一個(gè)核心球、兩個(gè)空心半球、球鉸底座、三個(gè)墊盤、三個(gè)凸緣法蘭、三個(gè)端板；兩個(gè)空心半球組成一個(gè)空心外球，核心球位于空心外球的中間；萬向球鉸端頭的核心球球面和空心外球的球面是同心球面；兩個(gè)空心半球與核心球之間通過墊盤和凸緣法蘭固定位置連接；空心外球和球鉸底座通過內(nèi)六角螺栓連接，端板設(shè)置在球體的外側(cè)，且兩兩垂直設(shè)置；空心外球通過凸緣法蘭連接端板；

萬向鉸支座包括：軸承座、萬向軸承、第一銷軸和第二銷軸、兩個(gè)耳板、底座、連接端板；兩個(gè)耳板和軸承座中心設(shè)有孔，兩個(gè)耳板固定在連接端板上，軸承座固定在底座上，萬向軸承位于軸承座的孔內(nèi)，兩端連接銷軸，銷軸穿過耳板的孔，將耳板、軸承座連接為一個(gè)整體；

液壓作動(dòng)器和萬向球鉸端頭的端板通過高強(qiáng)螺栓連接，液壓作動(dòng)器的另一端分別與反力框架連接。