一种框架结构的等效竖向分布荷载加载装置及加载方法 |
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| 申请号 | CN201710601311.7 | 申请日 | 2017-07-21 | 公开(公告)号 | CN107246976A | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
| 申请人 | 西安建筑科技大学; | 发明人 | 薛建阳; 戚亮杰; 隋龚; 周超锋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 框架 结构的等效竖向分布荷载加载装置及加载方法，包括分配梁、 力 传感器 、加劲肋、 液压千斤顶 、高强 螺栓 、竖向荷载模拟桁架、加固梁、加固 角 钢 、 支撑 钢框架、油源、油管、 控制器 及电脑；在试件梁的加载点处固定力传感器，力传感器一端和梁底端固结，另一端和分配梁上端固定；分配梁底端和液压千斤顶上表面固结；液压千斤顶下端和竖向荷载模拟桁架紧密连接，支撑钢框架和地面通过 地脚螺栓 紧固，力传感器可以读取实时竖向力的大小。本发明克服了对框架结构进行多点加载时的一些难题，如：多个液压千斤顶同时操作相对复杂，液压千斤顶无法保证竖向荷载的力竖直性，悬挂荷载方式较为危险等等。因此，其具有较强的现实应用价值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种框架结构的等效竖向分布荷载加载装置，其特征在于，包括数据采集系统，以及设置在试件(13)的试件梁(13-1)正下方并与试件(13)处于同一平面的分配梁(1)和竖向荷载模拟桁架(4)，分配梁(1)的顶部间隔对称设置有至少两个力传感器(2)，力传感器(2)的上端与试件梁(13-1)的加载点连接，加载点关于试件梁(13-1)的中部对称分布，分配梁(1)底部的中部连接有液压千斤顶(10)；液压千斤顶(10)下端与竖向荷载模拟桁架(4)连接，竖向荷载模拟桁架(4)的底部固定设置；液压千斤顶(10)与数据采集系统连接。 |
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| 说明书全文 | 一种框架结构的等效竖向分布荷载加载装置及加载方法【技术领域】 [0001] 本发明属于荷载试验加载技术领域，涉及一种框架结构的等效竖向分布荷载加载装置及加载方法。【背景技术】 [0002] 结构试验是发展结构理论的重要手段，随着计算机技术的发展，结构试验仍然是解决工程问题和进行科学研究的重要方法。从确定结构材料的力学性能到验证梁、板、柱等单个构件的计算方法及至建立复杂结构体系的计算理论，都离不开试验研究，在结构层次的研究中，框架是最小的研究单元。准确掌握框架结构在荷载作用下的反应是对复杂及超高结构进行研究的基础。对于框架结构来说，上部通常承受恒荷载、活荷载及雪荷载等均布荷载，为了试验的简便，通常简化为多点分布荷载。现阶段，结构构件在滞回加载过程中的竖向荷载通常保持不变，即竖向荷载是恒定的，竖向力主要采用悬挂重物的方式或通过液压千斤顶施加压力的方法实现。当悬挂较大荷载的时候，结构容易发生突然失稳，危险系数较高；而当结构发生侧移时，液压千斤顶施加的压力存在无法保持固定的数值，同时存在不易固定的难题。这些问题都会直接影响结构试验的准确性。【发明内容】 [0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种框架结构的等效竖向分布荷载加载装置及加载方法，本发明能够通过加载装置对框架结构进行多点分布竖向荷载的施加，其可以准确得到各点的竖向荷载值，具有结构试验准确性好的优点。 [0004] 为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案： [0005] 一种框架结构的等效竖向分布荷载加载装置，包括数据采集系统，以及设置在试件的试件梁正下方并与试件处于同一平面的分配梁和竖向荷载模拟桁架，分配梁的顶部间隔对称设置有至少两个力传感器，力传感器的上端与试件梁的加载点连接，加载点关于试件梁的中部对称分布，分配梁底部的中部连接有液压千斤顶；液压千斤顶下端与竖向荷载模拟桁架连接，竖向荷载模拟桁架的底部固定设置；液压千斤顶与数据采集系统连接。 [0006] 所述竖向荷载模拟桁架包括V型杆，V型杆顶端向下，自由端向上，液压千斤顶的下端与V型杆顶端连接，V型杆的自由端上均铰接有连杆，连杆的下端与固定设置的固定铰铰接，连杆关于V型杆对称。 [0007] 所述竖向荷载模拟桁架连接的固定铰之间连接有加固梁。 [0009] 还包括横向梁，所述固定铰固定设置在横向梁的中部，横向梁的两端固定连接有支撑钢框架，支撑钢框架的下端固定于地面上。 [0010] 所述数据采集系统包括控制器，控制器上连接有油源和电脑，油源通过油管与液压千斤顶连接。 [0011] 所述液压千斤顶的顶部通过连接头与分配梁的下端连接。 [0012] 所述分配梁为工字梁，分配梁在设置力传感器处的腹板上设置有加劲肋。 [0013] 一种框架结构的等效竖向分布荷载加载方法： [0014] 将框架结构的等效竖向分布荷载加载装置与试件连接后，通过数据采集系统控制液压千斤顶收缩，液压千斤顶收缩过程中向下拉动分配梁，分配梁通过力传感器对试件的试件梁施加力，试件发生水平位移时，竖向荷载模拟桁架通过变形来使试件梁的受力方向始终竖直向下。 [0015] 当试件发生水平位移时，竖向荷载模拟桁架的V型杆与连杆在铰接部发生旋转，连杆与固定铰发生旋转，通过V型杆与连杆之间的旋转以及连杆与固定铰之间的旋转能够释放竖向荷载模拟桁架因试件的水平位移而产生的扭矩，进而使试件梁的受力方向始终竖直向下。 [0016] 本发明具有以下有益效果： [0017] 本发明竖向分布荷载加载装置由液压千斤顶进行施加，并通过一个分配梁将集中点荷载进行分解，从而达到多个点荷载施加的目的，通过调节数据采集系统对液压千斤顶的供油量可灵活调节液压千斤顶的行程，在加载过程中通过数据采集系统能够实现高精度控制；液压千斤顶的下端与能够使试件梁在受竖向力过程中保持承受恒定的竖向力的竖向荷载模拟桁架连接，因此，即使在试件发生水平位移时，竖向荷载模拟桁架能够同时发生变位，以保持恒定的竖向力，本发明测试装置拆卸和组装方便、安全和可靠，使框架试件的受力满足预定要求。本发明克服了对框架结构进行多点加载时的一些难题，如：多个液压千斤顶同时操作相对复杂，液压千斤顶无法保证竖向荷载的力竖直性，悬挂荷载方式较为危险等等。因此，其具有较强的现实应用价值。 [0019] 图1是本发明的整体结构立体图； [0020] 图2是本发明的正面图； [0021] 图3是本发明的数据采集系统示意图； [0022] 图4是本发明的受力示意图。 [0023] 其中，1为分配梁、2为力传感器、3为加劲肋、4为竖向荷载模拟桁架，4-1为V型杆、4-2为连杆、5为高强螺栓、6为加固梁、7为可移动铰、8为固定铰、9为横向梁、10为液压千斤顶、11为加固角钢、12为支撑钢框架、13为试件、13-1为试件梁、14为油管、15为油源、16为导线、17为控制器、18为电脑、19第二高强螺栓。 【具体实施方式】 [0024] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 [0025] 参考图1-图3，本发明的框架结构的等效竖向分布荷载加载装置包括数据采集系统，以及设置在试件13的试件梁13-1正下方并与试件13处于同一平面的分配梁1和竖向荷载模拟桁架4，分配梁1的顶部间隔对称设置有至少两个能够读取实时竖向力大小的力传感器2，力传感器2的上端与试件梁13-1的加载点连接，加载点关于试件梁13-1的中部对称分布，分配梁1为工字梁，分配梁1在设置力传感器2处的腹板上设置有加劲肋3，加劲肋3能够增大局部刚度，从而保证在较大竖向力的作用下分配梁的稳固，分配梁1底部的中部连接有液压千斤顶10；液压千斤顶10下端与能够使试件梁13-1在受竖向力过程中保持承受恒定的竖向力的竖向荷载模拟桁架4连接，竖向荷载模拟桁架4的底部固定设置；液压千斤顶10与能够为液压千斤顶10提供动力的数据采集系统连接，数据采集系统包括控制器17，控制器17上连接有油源15和电脑18，油源15通过油管14与液压千斤顶10连接。 [0026] 如图1和图2所示，竖向荷载模拟桁架4包括V型杆4-1，V型杆4-1顶端向下，自由端向上，V型杆4-1的自由端之间连接有加固角钢11，液压千斤顶10的下端与V型杆4-1顶端连接，V型杆4-1的自由端上均铰接有连杆4-2，连杆4-2的下端与固定设置的固定铰8铰接，连杆4-2关于V型杆4-1对称且呈倒V型设置，竖向荷载模拟桁架4连接的固定铰8之间连接有加固梁6，加固梁6与固定铰8焊接。 [0027] 固定铰8固定设置在横向梁9的中部，横向梁9的两端固定连接有支撑钢框架12，支撑钢框架12的下端固定于地面上。 [0028] 本发明的支撑钢框架12通过地脚螺栓固定安装在地面上，竖向荷载模拟桁架4底部的固定铰8和横向梁9的顶部通过第二高强螺栓19紧固连接；根据试件梁13-1的高度变化情况，在液压千斤顶10的顶端设计连接头，连接头通过高强螺栓5与试件梁13-1进行连接。 [0029] 参考图4，其中虚线为试件13未变形时竖向荷载模拟桁架4的情况，在试件13发生水平位移时，竖向荷载模拟桁架4如实线所示。其中P1为试件13未变位时的分布点荷载值，P2为试件13变位后的分布点荷载值，荷载值大小保持不变，即P1＝P2；在试件13发生变位的过程中，其承受的竖向力受力方向始终竖直向下，有效地解决了其他加载方式的竖向力方向发生变化的缺点。 [0030] 通过本发明的框架结构的等效竖向分布荷载加载装置的加载方法： [0031] 将框架结构的等效竖向分布荷载加载装置与试件13连接后，通过数据采集系统控制液压千斤顶10收缩，液压千斤顶10收缩过程中向下拉动分配梁1，分配梁1通过力传感器2对试件13的试件梁13-1施加力，试件13发生水平位移时，竖向荷载模拟桁架4通过变形来使试件梁13-1的受力方向始终竖直向下。 [0032] 当试件13发生水平位移时，竖向荷载模拟桁架4的V型杆4-1与连杆4-2在铰接部发生旋转，连杆4-2与固定铰8发生旋转，通过V型杆4-1与连杆4-2之间的旋转以及连杆4-2与固定铰8之间的旋转能够释放竖向荷载模拟桁架4因试件13的水平位移而产生的扭矩，进而使试件梁13-1的受力方向始终竖直向下。 [0033] 本发明具有以下有益效果： [0034] 本发明竖向荷载装置由液压千斤顶进行施加，并通过一个分配梁将集中点荷载进行分解，从而达到多个点荷载施加的目的。千斤顶装置都带有稳压系统，即使在试件发生水平位移时，也能保持恒定的竖向力，通过调节油源的出油量可灵活调节液压千斤顶的行程，在加载过程中通过电脑实现高精度控制；在竖向荷载模拟桁架的顶端设置两个可移动铰支座，在试件发生水平位移时，竖向荷载模拟桁架可以同时发生变位，保持了荷载的竖直方向。通过调节横向梁的高度或在液压千斤顶端部设置加载头，可以满足不同高度框架试件的加载要求。本发明测试装置拆卸和组装方便、安全和可靠，使框架试件的受力满足预定要求。 [0035] 本发明克服了对框架结构进行多点加载时的一些难题，如：多个液压千斤顶同时操作相对复杂，液压千斤顶无法保证竖向荷载的力竖直性，悬挂荷载方式较为危险等等。因此，其具有较强的现实应用价值。 |
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