本實用新型涉及一種光彈試驗裝置，特別涉及平面光彈試驗中面力模擬地應(yīng)力的加載。

背景技術(shù)：

光測彈性學(xué)方法(photoelasticity)，簡稱光彈性法，是將光學(xué)和力學(xué)緊密結(jié)合進(jìn)行應(yīng)力分析的一種試驗技術(shù)，采用具有雙折射性能的透明材料制作出和被研究對象形狀幾何相似的模型，并使模型受力情況與被研究對象的荷載相似，將受力后的模型置于偏振光場之中，即可以顯示所形成的與應(yīng)力場有關(guān)的干涉條紋圖像，形成的這些條紋圖像與模型內(nèi)部各點的應(yīng)力及受力模型的邊界有關(guān)，根據(jù)光彈性原理，便可以求出模型的內(nèi)部和表面的各點應(yīng)力方向、大小。

光彈性法從1816年布儒斯特(Devid Brewster)發(fā)現(xiàn)透明非晶體材料的人工雙折射現(xiàn)象算起，至今已有200年的歷史。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，光彈性法已經(jīng)成為一門成熟的實驗技術(shù)，廣泛用于機(jī)械設(shè)計、水利工程建筑、橋梁工程、房屋建造等許多領(lǐng)域，在建立設(shè)計準(zhǔn)則、提高工程可靠性，減輕重量、降低成本等方面也積累了許多經(jīng)驗。光彈性技術(shù)仍在不斷發(fā)展，用它來研究工程結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力、動態(tài)應(yīng)力、彈塑性應(yīng)力等問題，都已取得成效，光彈性法在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用，為該領(lǐng)域提供了一種迅速、準(zhǔn)確，經(jīng)濟(jì)、有效的應(yīng)力分析方法，其主要特點是直觀性強(qiáng)，可以得到全場信息。通過光彈試驗，可以直接測定那些形狀及受力復(fù)雜的構(gòu)件的應(yīng)力，不僅可以準(zhǔn)確的分析平面問題，而且能夠有效解決三維問題，同時也能迅速、準(zhǔn)確地找到應(yīng)力集中部位，確定構(gòu)件的應(yīng)力集中系數(shù)，為優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高結(jié)構(gòu)性能提供試驗依據(jù)。

隨著煤礦開采深度、廣度和強(qiáng)度的不斷增加，深部高應(yīng)力巷道圍巖變形增大，支護(hù)成本成倍增加。深部巷道大變形的穩(wěn)定及控制，已成為深部煤炭資源開發(fā)面臨的難題之一。根據(jù)工程經(jīng)驗總結(jié)出的現(xiàn)代支護(hù)理念認(rèn)為：巷道的穩(wěn)定性控制應(yīng)適當(dāng)允許圍巖變形，并充分提高和發(fā)揮圍巖自身承載力，與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成互相協(xié)調(diào)、互相作用的支承系統(tǒng)；該支護(hù)理念已被廣泛接受，并提出了一次支護(hù)(錨桿+噴層)-可縮層(泡沫塑料等可縮材料)-二次支護(hù)(鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層、錨索、注漿、U型鋼、W鋼帶等)等支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，對于解決深部巷道圍巖穩(wěn)定性問題具有較明顯的效果。對于這種復(fù)合支護(hù)體系中各結(jié)構(gòu)單元或部分組合單元的作用，國內(nèi)外做過大量的物理、數(shù)值和理論研究，但目前還沒有對這種復(fù)合支護(hù)體系整體耦合作用進(jìn)行研究。

提供一種能夠利用帶底拱巷道斷面的平面光彈模型來研究巷道的平面應(yīng)變問題，并設(shè)計光彈試驗所需的三方向力加載裝置，實現(xiàn)了對較大平面光彈模型外圍進(jìn)行均布力加載，達(dá)到模擬地應(yīng)力的目的，已經(jīng)是一個急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種光彈試驗裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種光彈試驗裝置，包括底座，底座上側(cè)設(shè)置有反力框架，所述反力框架為矩形框架，包括框架下梁，與框架下梁平行設(shè)置的框架上梁，以及分別設(shè)置在框架下梁與框架上梁兩端，且與框架下梁與框架上梁垂直固定連接的框架支柱，兩個框架支柱之間設(shè)置有兩個水平加荷板，所述水平加荷板與框架支柱平行，水平加荷板兩端分別與框架上梁、框架下梁滑動連接，且與框架上梁垂直，兩個水平加荷板之間設(shè)置有豎向加荷板，所述豎向加荷板能夠沿水平加荷板上下移動，所述水平加荷板與水平加力機(jī)構(gòu)的一端連接，水平加力機(jī)構(gòu)另一端與框架支柱連接，所述豎向加荷板與豎向加力機(jī)構(gòu)的一端連接，豎向加力機(jī)構(gòu)的另一端與框架上梁連接；所述水平加荷板包括卡板，卡板中部設(shè)置有豎向卡槽，卡板前后兩側(cè)與支撐板固定連接，支撐板上下兩端分別設(shè)有上插孔、下插孔，所述上插孔與下插孔之間設(shè)置有豎向軌道槽，支撐板外側(cè)與承力板連接，承力板設(shè)置有水平加力機(jī)構(gòu)位置對應(yīng)的第一定位座；所述豎向加荷板上側(cè)設(shè)置有與豎向加力機(jī)構(gòu)位置對應(yīng)的第二定位座，豎向加荷板下側(cè)設(shè)置有上水平卡槽，豎向加荷板設(shè)置有貫穿前后面的水平軌道槽；所述水平加荷板通過設(shè)置在豎向?qū)к壍啦凵系幕瑒硬逅ㄅc水平軌道槽滑動連接；所述豎向加力機(jī)構(gòu)與水平加力機(jī)構(gòu)均包括穩(wěn)定壓力裝置，穩(wěn)定壓力裝置一端與第一定位座固定連接，另一端與壓力感應(yīng)器連接，壓力感應(yīng)器外端與絲杠連接，絲杠穿過反力框架與固定在反力框架外側(cè)的蝸輪絲杠千斤頂配合連接；所述的穩(wěn)定壓力裝置包括彈簧，彈簧兩端設(shè)置有彈簧蓋板，滑桿穿過兩端彈簧蓋板，且與彈簧蓋板滑動連接。

優(yōu)選地，所述底座為一組水平設(shè)置立方體橫桿，橫桿與框架下梁垂直固定連接。

本實用新型的有益效果是：

1、框架下梁、豎向加荷板以及水平加荷板內(nèi)部設(shè)置卡槽能夠?qū)⒐鈴棇嶒災(zāi)Ｐ秃芎玫目ń永喂?，防止晃動?/p>

2、該裝置通過在框架上梁以及框架下梁上設(shè)置軌道槽，可以使水平加荷板之間的距離得以調(diào)整，能夠適應(yīng)不同寬度模型卡接。

3、本裝置水平加荷板兩端點之間的距離與上軌道槽和下軌道槽支架的距離相等，進(jìn)而控制水平加荷板豎直。

4、框架上梁以及框架下梁設(shè)置導(dǎo)軌道槽控制水平加荷板水平移動方便光彈試驗?zāi)Ｐ偷难b入和取出。

5、在水平加荷板與豎向加荷板上分別設(shè)置豎向，水平軌道槽，兩軌道槽通過插栓滑動插接使兩者可以上下左右滑動，適應(yīng)性光彈模型大小的能力更強(qiáng)。

6、穩(wěn)定壓力裝置可以增強(qiáng)壓力的穩(wěn)定性。

綜上本實用新型操作方便，穩(wěn)定性好，實用性強(qiáng)，靈活性強(qiáng)能很好的適應(yīng)三方向加力加載。

附圖說明

圖1是本實用新型一種光彈試驗裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型一種光彈試驗裝置的左視上部剖面示意圖；

圖3是本實用新型一種光彈試驗裝置的左視下部剖面示意圖；

圖4是本實用新型一種光彈試驗裝置的豎向加荷板立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型一種光彈試驗裝置的反力框架正視示意圖；

圖6是本實用新型一種光彈試驗裝置的反力框架左視上部剖面示意圖；

圖7是本實用新型一種光彈試驗裝置的反力框架左視下部剖面示意圖；

圖8是本實用新型一種光彈試驗裝置的水平加荷板立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本實用新型一種光彈試驗裝置的水平加荷板剖面示意圖；

圖10是本實用新型一種光彈試驗裝置的穩(wěn)定壓力裝置立體示意圖。

圖中：1-底座；2-蝸輪絲杠千斤頂；3-反力框架；4-水平加力機(jī)構(gòu)；5-豎向加荷板；6-框架下梁；7-水平加荷板；8-框架支柱；9-轉(zhuǎn)動手輪；10-絲杠；11-壓力感應(yīng)器；12-框架上梁；13-第一水平滑動插栓；14-上軌道槽；15-滑動插栓；16-豎向加力機(jī)構(gòu)；17-第二水平滑動插栓；18-下軌道槽；19-豎向軌道槽；20-水平軌道槽；21-上插孔；22-滑桿；23-翼耳；24-穩(wěn)定壓力裝置；25-彈簧；26-第一定位座；27-上水平卡槽；28-上滑動卡槽；29-下水平卡槽；30-下滑動卡槽；31-承力板；32-下插孔；33-彈簧蓋板；34-支撐板；35-卡板；36-卡槽；37-第二定位座。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

如圖1至圖10所示，本實用新型提供一種光彈試驗三方向加載裝置，包括底座1，底座由兩根與框架下梁6垂直的立方體桿組成，支桿底座1上側(cè)設(shè)置有反力框架3，反力框架3為矩形框架，包括框架下梁6，與框架下梁6平行設(shè)置的框架上梁12，以及分別設(shè)置在框架下梁6與框架上梁12兩端，且與框架下梁6與框架上梁12垂直固定連接的框架支柱8，兩個框架支柱8之間設(shè)置有兩個水平加荷板7，水平加荷板7與框架支柱8平行，水平加荷板7兩端分別與框架上梁12、框架下梁6滑動連接，且與框架上梁12垂直，兩個水平加荷板7之間設(shè)置有豎向加荷板5，豎向加荷板5能夠沿水平加荷板7上下移動，水平加荷板7與水平加力機(jī)構(gòu)4的一端連接，水平力機(jī)構(gòu)另一端與框架支柱8連接，豎向加荷板5與豎向加力機(jī)構(gòu)16的一端連接，豎向加力機(jī)構(gòu)16的另一端與框架上梁12連接。

所述框架上梁12設(shè)置有上軌道槽14，上軌道槽14貫穿框架上梁12前后面，框架上梁12下側(cè)設(shè)置有上滑動卡槽28，上滑動卡槽28為從框架上梁12下側(cè)向內(nèi)凹入的方形凹槽，上滑動卡槽28與支撐板34配合插接，保持支撐板34不前后晃動，兩者接觸位置涂抹潤滑油減小摩擦，減小水平力消耗。

所述框架下梁6設(shè)置有下軌道槽18，下軌道槽18貫穿框架下梁6的前后面，框架下梁6上側(cè)設(shè)置有下滑動卡槽30，下滑動卡槽30為從框架上梁6上側(cè)向下凹入的方形卡槽，下滑動卡槽30與按照上滑動卡槽28的方法與支撐板34配合，框架下梁上側(cè)還設(shè)有下水平卡槽29，用于卡接光彈試驗?zāi)Ｐ汀?/p>

所述水平加荷板7包括卡板35，卡板35中部設(shè)置有豎向卡槽36，用于卡接光彈試驗?zāi)Ｐ?，卡?5前后兩側(cè)與支撐板34固定連接，支撐板34上下兩端分別設(shè)有上插孔21、下插孔32，兩個插孔用于將支撐板34與上軌道槽、下軌道槽通過插栓插接，并能保持沿框架上梁方向水平移動，兩插孔之間的距離與上下軌道槽之間的豎向距離相等。

所述水平加荷板7的支撐板34上下兩端分別插入上滑動卡槽28、下滑動卡槽30，保證支撐板可以沿上滑動卡槽、下滑動卡槽的水平延伸方向移動，支撐板34通過第一水平滑動插栓13穿過上軌道槽14、上插孔21與框架上梁12滑動配合連接，通過第二水平滑動插栓17穿過下軌道槽18、下插孔32與框架下梁6滑動配合連接；保持兩者之間即能相互滑動，又不上下錯動，保持支撐板不偏斜，

所述支撐板的上插孔21與下插孔32之間設(shè)置有豎向軌道槽19，該豎向軌道槽19用于控制豎向加荷板5移動方向，支撐板34外側(cè)與承力板31連接，承力板31設(shè)置有水平加力機(jī)構(gòu)4位置對應(yīng)的第一定位座26。

所述豎向加荷板5上側(cè)設(shè)置有與豎向加力機(jī)構(gòu)16對應(yīng)的第二定位座37，定位板與彈簧蓋板27固定連接，豎向加荷板5下側(cè)設(shè)置有上水平卡槽27，上水平卡槽27由于卡接光彈試驗?zāi)Ｐ蜕喜?，保持光彈試驗?zāi)Ｐ头€(wěn)定，豎向加荷板設(shè)置有貫穿前后面的水平軌道槽20。

所述水平加荷板7通過設(shè)置在豎向?qū)к壍啦?9上的滑動插栓15與豎向加荷板5的水平軌道槽20滑動連接，豎向加荷板5的插入卡板兩側(cè)的支撐板之間，所述卡板長度小于支撐板長度，豎向加荷板位于卡板上方，沿支撐板能夠上下移動，適應(yīng)不同大小的光彈模型，水平加荷板的豎向軌道槽的槽寬與豎向加荷板的的水平軌道槽20的槽寬一致，滑動插栓15互動配合插接在兩槽中，將豎向加荷板與水平加荷板連接在一起。

所述豎向加力機(jī)構(gòu)16與水平加力機(jī)構(gòu)4均含有穩(wěn)定壓力裝置24，穩(wěn)定壓力裝置24一端與第二定位座37固定連接，另一端與壓力感應(yīng)器11連接，壓力感應(yīng)器11外端與絲杠10連接，絲杠10穿過反力框架3與固定在反力框架3外側(cè)的蝸輪絲杠千斤頂2配合連接，蝸輪絲杠千斤頂2設(shè)置有轉(zhuǎn)動手輪9用于加力。

所述的穩(wěn)定壓力裝置24包括彈簧25，彈簧25兩端設(shè)置有彈簧蓋板33，彈簧蓋板邊緣側(cè)設(shè)置有一組對應(yīng)的翼耳23，一組滑桿22穿過兩端翼耳23，且與彈簧蓋板33滑動連接，滑桿22保持彈簧滑桿22方向伸縮，穩(wěn)定壓力裝置可以在外力或光彈模型內(nèi)部卸荷出現(xiàn)載荷波動時，通過釋放彈性勢能保持加載載荷的基本恒定。

使用時，將制作好的光彈模型安裝在加載裝置上后，即可開始對光彈模型加載。

加載方法：將光彈模型放置在底部支撐上后，通過轉(zhuǎn)動手輪9調(diào)整各分荷加載板的位置，使光彈模型在加載裝置上固定。根據(jù)計算出的加載載荷的大小，轉(zhuǎn)動手輪9使絲杠10由蝸輪絲杠千斤頂2伸出，壓緊光彈模型進(jìn)行加載并根據(jù)壓力傳感器11輸出的載荷數(shù)值控制載荷的大小。

由于試驗所使用的光彈模型的幾何尺寸較大，為環(huán)氧樹脂板材，而且在實驗的過程中光彈模型內(nèi)部需模擬卸荷過程，載荷出現(xiàn)波動，需在加載的同時保持載荷的基本恒定。該裝置通過布置在反力框架上不同方向的三個蝸輪絲杠千斤頂提供加載力，當(dāng)正反向轉(zhuǎn)動千斤頂手輪時，絲杠會相應(yīng)的進(jìn)退移動，由此產(chǎn)生加載力。絲杠末端連接有壓力傳感器，再通過穩(wěn)定壓力裝置將載荷傳遞至加荷板，加荷板將荷載傳遞至光彈模型的邊界，載荷的施加。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。