【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于荷載試驗(yàn)加載技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種框架結(jié)構(gòu)的等效豎向分布荷載加載裝置及加載方法。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是發(fā)展結(jié)構(gòu)理論的重要手段，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)仍然是解決工程問(wèn)題和進(jìn)行科學(xué)研究的重要方法。從確定結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能到驗(yàn)證梁、板、柱等單個(gè)構(gòu)件的計(jì)算方法及至建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算理論，都離不開(kāi)試驗(yàn)研究，在結(jié)構(gòu)層次的研究中，框架是最小的研究單元。準(zhǔn)確掌握框架結(jié)構(gòu)在荷載作用下的反應(yīng)是對(duì)復(fù)雜及超高結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，上部通常承受恒荷載、活荷載及雪荷載等均布荷載，為了試驗(yàn)的簡(jiǎn)便，通常簡(jiǎn)化為多點(diǎn)分布荷載?，F(xiàn)階段，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在滯回加載過(guò)程中的豎向荷載通常保持不變，即豎向荷載是恒定的，豎向力主要采用懸掛重物的方式或通過(guò)液壓千斤頂施加壓力的方法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)懸掛較大荷載的時(shí)候，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生突然失穩(wěn)，危險(xiǎn)系數(shù)較高；而當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)移時(shí)，液壓千斤頂施加的壓力存在無(wú)法保持固定的數(shù)值，同時(shí)存在不易固定的難題。這些問(wèn)題都會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種框架結(jié)構(gòu)的等效豎向分布荷載加載裝置及加載方法，本發(fā)明能夠通過(guò)加載裝置對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行多點(diǎn)分布豎向荷載的施加，其可以準(zhǔn)確得到各點(diǎn)的豎向荷載值，具有結(jié)構(gòu)試驗(yàn)準(zhǔn)確性好的優(yōu)點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案：

一種框架結(jié)構(gòu)的等效豎向分布荷載加載裝置，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及設(shè)置在試件的試件梁正下方并與試件處于同一平面的分配梁和豎向荷載模擬桁架，分配梁的頂部間隔對(duì)稱設(shè)置有至少兩個(gè)力傳感器，力傳感器的上端與試件梁的加載點(diǎn)連接，加載點(diǎn)關(guān)于試件梁的中部對(duì)稱分布，分配梁底部的中部連接有液壓千斤頂；液壓千斤頂下端與豎向荷載模擬桁架連接，豎向荷載模擬桁架的底部固定設(shè)置；液壓千斤頂與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。

所述豎向荷載模擬桁架包括v型桿，v型桿頂端向下，自由端向上，液壓千斤頂?shù)南露伺cv型桿頂端連接，v型桿的自由端上均鉸接有連桿，連桿的下端與固定設(shè)置的固定鉸鉸接，連桿關(guān)于v型桿對(duì)稱。

所述豎向荷載模擬桁架連接的固定鉸之間連接有加固梁。

所述v型桿的自由端之間連接有加固角鋼。

還包括橫向梁，所述固定鉸固定設(shè)置在橫向梁的中部，橫向梁的兩端固定連接有支撐鋼框架，支撐鋼框架的下端固定于地面上。

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括控制器，控制器上連接有油源和電腦，油源通過(guò)油管與液壓千斤頂連接。

所述液壓千斤頂?shù)捻敳客ㄟ^(guò)連接頭與分配梁的下端連接。

所述分配梁為工字梁，分配梁在設(shè)置力傳感器處的腹板上設(shè)置有加勁肋。

一種框架結(jié)構(gòu)的等效豎向分布荷載加載方法：

將框架結(jié)構(gòu)的等效豎向分布荷載加載裝置與試件連接后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制液壓千斤頂收縮，液壓千斤頂收縮過(guò)程中向下拉動(dòng)分配梁，分配梁通過(guò)力傳感器對(duì)試件的試件梁施加力，試件發(fā)生水平位移時(shí)，豎向荷載模擬桁架通過(guò)變形來(lái)使試件梁的受力方向始終豎直向下。

當(dāng)試件發(fā)生水平位移時(shí)，豎向荷載模擬桁架的v型桿與連桿在鉸接部發(fā)生旋轉(zhuǎn)，連桿與固定鉸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過(guò)v型桿與連桿之間的旋轉(zhuǎn)以及連桿與固定鉸之間的旋轉(zhuǎn)能夠釋放豎向荷載模擬桁架因試件的水平位移而產(chǎn)生的扭矩，進(jìn)而使試件梁的受力方向始終豎直向下。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明豎向分布荷載加載裝置由液壓千斤頂進(jìn)行施加，并通過(guò)一個(gè)分配梁將集中點(diǎn)荷載進(jìn)行分解，從而達(dá)到多個(gè)點(diǎn)荷載施加的目的，通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)液壓千斤頂?shù)墓┯土靠伸`活調(diào)節(jié)液壓千斤頂?shù)男谐?，在加載過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度控制；液壓千斤頂?shù)南露伺c能夠使試件梁在受豎向力過(guò)程中保持承受恒定的豎向力的豎向荷載模擬桁架連接，因此，即使在試件發(fā)生水平位移時(shí)，豎向荷載模擬桁架能夠同時(shí)發(fā)生變位，以保持恒定的豎向力，本發(fā)明測(cè)試裝置拆卸和組裝方便、安全和可靠，使框架試件的受力滿足預(yù)定要求。本發(fā)明克服了對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行多點(diǎn)加載時(shí)的一些難題，如：多個(gè)液壓千斤頂同時(shí)操作相對(duì)復(fù)雜，液壓千斤頂無(wú)法保證豎向荷載的力豎直性，懸掛荷載方式較為危險(xiǎn)等等。因此，其具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還能夠通過(guò)調(diào)節(jié)橫向梁的高度或在液壓千斤頂端部設(shè)置加載頭，能夠滿足不同高度框架試件的加載要求。

【附圖說(shuō)明】

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2是本發(fā)明的正面圖；

圖3是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖；

圖4是本發(fā)明的受力示意圖。

其中，1為分配梁、2為力傳感器、3為加勁肋、4為豎向荷載模擬桁架，4-1為v型桿、4-2為連桿、5為高強(qiáng)螺栓、6為加固梁、7為可移動(dòng)鉸、8為固定鉸、9為橫向梁、10為液壓千斤頂、11為加固角鋼、12為支撐鋼框架、13為試件、13-1為試件梁、14為油管、15為油源、16為導(dǎo)線、17為控制器、18為電腦、19第二高強(qiáng)螺栓。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參考圖1-圖3，本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)的等效豎向分布荷載加載裝置包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以及設(shè)置在試件13的試件梁13-1正下方并與試件13處于同一平面的分配梁1和豎向荷載模擬桁架4，分配梁1的頂部間隔對(duì)稱設(shè)置有至少兩個(gè)能夠讀取實(shí)時(shí)豎向力大小的力傳感器2，力傳感器2的上端與試件梁13-1的加載點(diǎn)連接，加載點(diǎn)關(guān)于試件梁13-1的中部對(duì)稱分布，分配梁1為工字梁，分配梁1在設(shè)置力傳感器2處的腹板上設(shè)置有加勁肋3，加勁肋3能夠增大局部剛度，從而保證在較大豎向力的作用下分配梁的穩(wěn)固，分配梁1底部的中部連接有液壓千斤頂10；液壓千斤頂10下端與能夠使試件梁13-1在受豎向力過(guò)程中保持承受恒定的豎向力的豎向荷載模擬桁架4連接，豎向荷載模擬桁架4的底部固定設(shè)置；液壓千斤頂10與能夠?yàn)橐簤呵Ы镯?0提供動(dòng)力的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括控制器17，控制器17上連接有油源15和電腦18，油源15通過(guò)油管14與液壓千斤頂10連接。

如圖1和圖2所示，豎向荷載模擬桁架4包括v型桿4-1，v型桿4-1頂端向下，自由端向上，v型桿4-1的自由端之間連接有加固角鋼11，液壓千斤頂10的下端與v型桿4-1頂端連接，v型桿4-1的自由端上均鉸接有連桿4-2，連桿4-2的下端與固定設(shè)置的固定鉸8鉸接，連桿4-2關(guān)于v型桿4-1對(duì)稱且呈倒v型設(shè)置，豎向荷載模擬桁架4連接的固定鉸8之間連接有加固梁6，加固梁6與固定鉸8焊接。

固定鉸8固定設(shè)置在橫向梁9的中部，橫向梁9的兩端固定連接有支撐鋼框架12，支撐鋼框架12的下端固定于地面上。

本發(fā)明的支撐鋼框架12通過(guò)地腳螺栓固定安裝在地面上，豎向荷載模擬桁架4底部的固定鉸8和橫向梁9的頂部通過(guò)第二高強(qiáng)螺栓19緊固連接；根據(jù)試件梁13-1的高度變化情況，在液壓千斤頂10的頂端設(shè)計(jì)連接頭，連接頭通過(guò)高強(qiáng)螺栓5與試件梁13-1進(jìn)行連接。

參考圖4，其中虛線為試件13未變形時(shí)豎向荷載模擬桁架4的情況，在試件13發(fā)生水平位移時(shí)，豎向荷載模擬桁架4如實(shí)線所示。其中p1為試件13未變位時(shí)的分布點(diǎn)荷載值，p2為試件13變位后的分布點(diǎn)荷載值，荷載值大小保持不變，即p1＝p2；在試件13發(fā)生變位的過(guò)程中，其承受的豎向力受力方向始終豎直向下，有效地解決了其他加載方式的豎向力方向發(fā)生變化的缺點(diǎn)。

通過(guò)本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)的等效豎向分布荷載加載裝置的加載方法：

將框架結(jié)構(gòu)的等效豎向分布荷載加載裝置與試件13連接后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制液壓千斤頂10收縮，液壓千斤頂10收縮過(guò)程中向下拉動(dòng)分配梁1，分配梁1通過(guò)力傳感器2對(duì)試件13的試件梁13-1施加力，試件13發(fā)生水平位移時(shí)，豎向荷載模擬桁架4通過(guò)變形來(lái)使試件梁13-1的受力方向始終豎直向下。

當(dāng)試件13發(fā)生水平位移時(shí)，豎向荷載模擬桁架4的v型桿4-1與連桿4-2在鉸接部發(fā)生旋轉(zhuǎn)，連桿4-2與固定鉸8發(fā)生旋轉(zhuǎn)，通過(guò)v型桿4-1與連桿4-2之間的旋轉(zhuǎn)以及連桿4-2與固定鉸8之間的旋轉(zhuǎn)能夠釋放豎向荷載模擬桁架4因試件13的水平位移而產(chǎn)生的扭矩，進(jìn)而使試件梁13-1的受力方向始終豎直向下。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明豎向荷載裝置由液壓千斤頂進(jìn)行施加，并通過(guò)一個(gè)分配梁將集中點(diǎn)荷載進(jìn)行分解，從而達(dá)到多個(gè)點(diǎn)荷載施加的目的。千斤頂裝置都帶有穩(wěn)壓系統(tǒng)，即使在試件發(fā)生水平位移時(shí)，也能保持恒定的豎向力，通過(guò)調(diào)節(jié)油源的出油量可靈活調(diào)節(jié)液壓千斤頂?shù)男谐?，在加載過(guò)程中通過(guò)電腦實(shí)現(xiàn)高精度控制；在豎向荷載模擬桁架的頂端設(shè)置兩個(gè)可移動(dòng)鉸支座，在試件發(fā)生水平位移時(shí)，豎向荷載模擬桁架可以同時(shí)發(fā)生變位，保持了荷載的豎直方向。通過(guò)調(diào)節(jié)橫向梁的高度或在液壓千斤頂端部設(shè)置加載頭，可以滿足不同高度框架試件的加載要求。本發(fā)明測(cè)試裝置拆卸和組裝方便、安全和可靠，使框架試件的受力滿足預(yù)定要求。

本發(fā)明克服了對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行多點(diǎn)加載時(shí)的一些難題，如：多個(gè)液壓千斤頂同時(shí)操作相對(duì)復(fù)雜，液壓千斤頂無(wú)法保證豎向荷載的力豎直性，懸掛荷載方式較為危險(xiǎn)等等。因此，其具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。