本實(shí)用新型涉及一種用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加載裝置，尤其是涉及一種用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件模擬雙向側(cè)向力和軸向力和位移的加載裝置。

背景技術(shù)：

在土木工程領(lǐng)域，常常需要進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)研究。特別重要的是針對(duì)承受豎向力及側(cè)向力的構(gòu)件，如結(jié)構(gòu)柱、承重墻體等關(guān)鍵構(gòu)件在地震作用下的力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究。

進(jìn)行結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的地震模擬加載時(shí)，需要同時(shí)模擬側(cè)向力和由重力引起的軸向力。軸向力的施加主要通過(guò)三種方法實(shí)現(xiàn)：(1)用千斤頂張拉固定于結(jié)構(gòu)構(gòu)件兩端的高強(qiáng)螺栓或拉桿向結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型施加軸向力；(2)設(shè)置加載框架，將千斤頂置于結(jié)構(gòu)構(gòu)件端部與加載框架之間來(lái)施加軸向力，千斤頂?shù)囊欢伺c結(jié)構(gòu)構(gòu)件端部鉸接，另一端與加載框架鉸接，在側(cè)向力(水平力)作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件端部移動(dòng)時(shí)，千斤頂隨之?dāng)[動(dòng)；(3)類(lèi)似前述方法(2)，但在結(jié)構(gòu)構(gòu)件端部與千斤頂之間或千斤頂端部與加載框架之間設(shè)置滑動(dòng)軸承機(jī)構(gòu)，在側(cè)向力(水平力)作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件端部移動(dòng)時(shí)，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(shí)，軸向加載的千斤頂或拉桿隨側(cè)向加載而改變方向，因而產(chǎn)生側(cè)向加載分量，該分量隨水平加載位移的變化而變化，量測(cè)構(gòu)件所承受的側(cè)向力時(shí)須對(duì)其進(jìn)行修正；在第三種方法中，構(gòu)件所承受的實(shí)際側(cè)向力也須從施加的側(cè)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(cè)向力作用產(chǎn)生彎曲，有可能損壞千斤頂?？傊?，在這些加載方法中，施加給構(gòu)件的實(shí)際側(cè)向力都不能被直接測(cè)得，必須通過(guò)修正施加的側(cè)向力間接獲得，由此增加了試驗(yàn)分析的難度，降低了測(cè)試結(jié)果的可信度，并隨著試驗(yàn)構(gòu)件尺寸的增大而愈加嚴(yán)重。只有實(shí)用新型人的專(zhuān)利(201110264595.8)針對(duì)這些問(wèn)題提出了一種解決方案，但該方案只針對(duì)雙向加載，無(wú)法進(jìn)行三向地震力模擬實(shí)驗(yàn)。該方法采用了豎向雙鉸連桿支撐加載架，水平加載時(shí)，加載架下面的連桿圍繞下端的鉸旋轉(zhuǎn)，因此加載架實(shí)際上是在進(jìn)行弧線平動(dòng)，與水平位移的同時(shí)在其豎向也必定產(chǎn)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(tài)屬于不穩(wěn)定平衡態(tài)。實(shí)際地震力是三向作用，包含兩個(gè)水平方向和一個(gè)豎向，其模擬更為復(fù)雜，目前未見(jiàn)有相應(yīng)的解決方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種能夠兩個(gè)側(cè)向相互垂直的且軸向方向獨(dú)立實(shí)施的、并能直接測(cè)得施加到結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型的三個(gè)方向的力、又能保證測(cè)試結(jié)果是可信的加載裝置。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件三維獨(dú)立加載的試驗(yàn)裝置，包括用于側(cè)向力加載的加載架、用于軸向力加載的剛性蓋板、反力基礎(chǔ)；試驗(yàn)用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件下部固定在反力基礎(chǔ)上，上部與剛性蓋板相連；

所述加載架通過(guò)低阻力滑動(dòng)軸承支座與反力基礎(chǔ)連接，加載架由與側(cè)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(shè)置有對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加軸向力的千斤頂一，其可隨側(cè)向加載架平動(dòng)并保持豎直向下，千斤頂一內(nèi)置測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)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(chǔ)之間設(shè)有側(cè)向力加載用的千斤頂二，豎向部件一與剛性蓋板之間設(shè)有向結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳遞側(cè)向力并測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的側(cè)向力的力傳感器一；

所述豎向部件二與反力基礎(chǔ)之間設(shè)有側(cè)向力加載用的千斤頂三，豎向部件二與剛性蓋板之間設(shè)有向結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳遞側(cè)向力并直接測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的側(cè)向力的力傳感器二。

作為優(yōu)選，所述千斤頂一、千斤頂二、千斤頂三均為電動(dòng)控制液壓式千斤頂。

一種采用上述用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件三維獨(dú)立加載的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1)將試驗(yàn)用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件固定在反力基礎(chǔ)上，再將軸向力加載系統(tǒng)的千斤頂一安裝在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加力端剛性蓋板與可隨結(jié)構(gòu)構(gòu)件側(cè)向移動(dòng)的加載架的水平部件之間，通過(guò)千斤頂一對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加軸向力，軸向力及相應(yīng)的軸線變形通過(guò)設(shè)在千斤頂一內(nèi)的測(cè)力及測(cè)變形傳感器直接測(cè)得；

2)兩個(gè)相互垂直方向的側(cè)向力先通過(guò)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(guò)設(shè)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(lái)向結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加，側(cè)向力通過(guò)力傳感器一與力傳感器二直接測(cè)得。

本實(shí)用新型在加載時(shí)，將兩個(gè)方向的側(cè)向力加載和軸向力加載分離，軸向力加載因?yàn)橥ㄟ^(guò)了一個(gè)可以隨側(cè)向加載而移動(dòng)的加載架施加，其方向在側(cè)向力加載過(guò)程中保持不變，從而更為真實(shí)的模擬軸力或豎向重力作用，并且能直接測(cè)得施加給結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際側(cè)向力及軸向力，為結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)提供更為可靠的加載方法及裝置。

有益效果：本實(shí)用新型加載裝置為雙向側(cè)向力加載和軸向力加載相互分離，獨(dú)立控制加載的試驗(yàn)裝置，其能直接測(cè)得施加給結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際側(cè)向力和軸向力，提高測(cè)試精度，并能更準(zhǔn)確地模擬地震對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用及其動(dòng)力反應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件三維獨(dú)立加載的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中：1、加載架，2、結(jié)構(gòu)構(gòu)件，3、反力基礎(chǔ)，4、低阻力滑動(dòng)軸承支座，5、千斤頂一，6、剛性蓋板，7、千斤頂二，8、千斤頂三，9、力傳感器一，10、力傳感器二，1-1、水平部件，1-2、豎向部件一，1-3、豎向部件二。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示：一種用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件三維獨(dú)立加載的試驗(yàn)裝置，包括用于側(cè)向力加載的加載架1、用于軸向力加載的剛性蓋板6、反力基礎(chǔ)3；試驗(yàn)用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件2下部固定在反力基礎(chǔ)3上，上部與剛性蓋板6相連；

所述加載架1通過(guò)低阻力滑動(dòng)軸承支座4與反力基礎(chǔ)3連接，加載架1由與側(cè)向力平行的雙向水平部件1-1和與軸向力平行的豎向部件一1-2、豎向部件二1-3固定連接而成；

所述水平部件1-1上面設(shè)置有對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件2施加軸向力的千斤頂一5，其可隨側(cè)向加載架平動(dòng)并保持豎直向下，千斤頂一5內(nèi)置測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)件2所承受的軸向力的傳感器，千斤頂一5上部與剛性蓋板6連接；

所述豎向部件一1-2與反力基礎(chǔ)3之間設(shè)有側(cè)向力加載用的千斤頂二7，豎向部件一1-2與剛性蓋板6之間設(shè)有向結(jié)構(gòu)構(gòu)件2傳遞側(cè)向力并測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)件2所承受的側(cè)向力的力傳感器一9；

所述豎向部件二1-3與反力基礎(chǔ)3之間設(shè)有側(cè)向力加載用的千斤頂三8，豎向部件二1-3與剛性蓋板6之間設(shè)有向結(jié)構(gòu)構(gòu)件2傳遞側(cè)向力并直接測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)件2所承受的側(cè)向力的力傳感器二10。

所述千斤頂一5、千斤頂二7、千斤頂三8均為電動(dòng)控制液壓式千斤頂。

所述與軸向力平行的加載架的豎向部件一1-2或豎向部件二1-3可模擬兩個(gè)相互垂直方向的側(cè)向力的加載與扭轉(zhuǎn)。

一種采用上述用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件三維獨(dú)立加載的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

1)將試驗(yàn)用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件2固定在反力基礎(chǔ)3上，再將軸向力加載系統(tǒng)的千斤頂一5安裝在結(jié)構(gòu)構(gòu)件2的加力端剛性蓋板6與可隨結(jié)構(gòu)構(gòu)件2側(cè)向移動(dòng)的加載架1的水平部件1-1之間，通過(guò)千斤頂一5對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件2施加軸向力，軸向力及相應(yīng)的軸線變形通過(guò)設(shè)在千斤頂一5內(nèi)的測(cè)力及測(cè)變形傳感器直接測(cè)得；

2)兩個(gè)相互垂直方向的側(cè)向力先通過(guò)千斤頂二7與千斤頂三8施加在加載架1的豎向部件一1-2、豎向部件二1-3上，再通過(guò)設(shè)置在加載架1的豎向部件一1-2、豎向部件二1-3和剛性蓋板6之間的力傳感器一9與力傳感器二10來(lái)向結(jié)構(gòu)構(gòu)件2施加，側(cè)向力通過(guò)力傳感器一9與力傳感器二10直接測(cè)得。

以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做出詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本實(shí)用新型的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。