一種防屈曲支撐自平衡豎向加載試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種加載試驗(yàn)系統(tǒng)，尤其涉及一種用于防屈曲支撐試件豎向加載的試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]防屈曲支撐的性能試驗(yàn)系指在單軸往復(fù)軸向荷載作用下，獲得防屈曲支撐的承載能力、耗能能力、消能段的屈服機(jī)制、延性性能(屈強(qiáng)比)等相關(guān)數(shù)據(jù)，從而為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù)。
[0003]比較簡(jiǎn)單的防屈曲支撐性能試驗(yàn)的加載系統(tǒng)一般由鋼架配合電液伺服加載設(shè)備搭建而成。對(duì)于豎向加載的防屈曲性能試驗(yàn)，一般搭建門式鋼架，鋼架的底腳使用高強(qiáng)螺栓緊固在基礎(chǔ)底板上，鋼架頂梁上安裝液壓伺服加載設(shè)備，防屈曲支撐一端和該液壓伺服加載設(shè)備相連接，另一端固定在基礎(chǔ)底板上。
[0004]在長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的防屈曲支撐性能試驗(yàn)，由于受到加載設(shè)備的限制，試件長(zhǎng)度不會(huì)特別長(zhǎng)。而且長(zhǎng)柱試驗(yàn)機(jī)一般是自平衡的結(jié)構(gòu)形式，其試驗(yàn)空間是封閉的，安裝試件的過程、拆卸工作會(huì)很困難。
[0005]有部分科研機(jī)構(gòu)使用水平加載的防屈曲支撐試驗(yàn)系統(tǒng)，這類試驗(yàn)系統(tǒng)雖然能夠使試件的安裝比較方便。但對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)、自重較大的防屈曲支撐，如果將試件水平放置，試件的自重會(huì)使其產(chǎn)生很大的撓度、軸向承載能力降低，試驗(yàn)結(jié)果不能反映試件的性能。
[0006]綜上所述，提供一種安裝方便、試驗(yàn)效率高、試驗(yàn)空間大、可豎直放置試件的試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)于長(zhǎng)度較大的防屈曲支撐試件進(jìn)行豎向加載試驗(yàn)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種防屈曲支撐自平衡豎向加載試驗(yàn)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中大型試件不能豎向放置，不能適應(yīng)不同長(zhǎng)度試件，試件安裝拆卸困難，試驗(yàn)效率低，誤差大的問題。
[0008]一種防屈曲支撐自平衡豎向加載試驗(yàn)系統(tǒng)，包括基座，豎立在基座上的加載立柱，加載立柱頂部設(shè)置有加載頂梁，所述基座、所述加載立柱和加載頂梁組成自平衡加載框架。此外，還包括在所述加載立柱上豎直運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)橫梁，加載立柱上設(shè)置有將移動(dòng)橫梁固定到立柱特定位置的鎖緊機(jī)構(gòu)，所述底座上安裝有加載平臺(tái)，所述加載平臺(tái)底面與固定到基座的豎向作動(dòng)器連接，所述移動(dòng)橫梁和所述加載平臺(tái)之間安裝有加載調(diào)節(jié)裝置和與之相連的加載作動(dòng)器。
[0009]進(jìn)一步地，所述加載調(diào)節(jié)裝置具有螺紋套筒的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部為中心螺桿，所述中心螺桿頭部旋入上部套筒的內(nèi)螺紋中，所述中心螺桿尾部旋入調(diào)節(jié)套筒的內(nèi)螺紋中，所述調(diào)節(jié)套筒底部安裝在下部套筒內(nèi)并通過止推軸承在其中轉(zhuǎn)動(dòng)；所述調(diào)節(jié)套筒外緣套掛有與之過盈配合的第一齒輪，所述第一齒輪與安裝在第二齒輪安裝座上的第二齒輪嚙合，所述第二齒輪與步進(jìn)電機(jī)相連并由其驅(qū)動(dòng)，所述第二齒輪安裝座與下部套筒固定連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述加載作動(dòng)器為液壓伺服作動(dòng)器；所述豎向作動(dòng)器為靜壓支承型作動(dòng)器，共有6個(gè)，每個(gè)作動(dòng)器可施加的最大荷載為1800噸，作動(dòng)器最大行程250_，豎向作動(dòng)器上安裝有力傳感器和位移傳感器。
[0011]進(jìn)一步地，所述移動(dòng)橫梁與加載頂梁之間設(shè)置有提升機(jī)構(gòu)以驅(qū)動(dòng)移動(dòng)橫梁在豎直方向運(yùn)動(dòng)，所述提升機(jī)構(gòu)的本體固定在加載頂梁上，其輸出端與移動(dòng)橫梁相連；所述加載平臺(tái)側(cè)面連接有3組驅(qū)動(dòng)其水平運(yùn)動(dòng)的水平作動(dòng)器，其中，所述加載平臺(tái)X方向兩側(cè)各布置一組，所述加載平臺(tái)y方向單側(cè)布置一組；所述加載平臺(tái)兩側(cè)連接有驅(qū)動(dòng)其水平運(yùn)動(dòng)的水平作動(dòng)器；所述加載立柱上安裝有位移傳感器。
[0012]進(jìn)一步地，所述提升機(jī)構(gòu)由4組液壓伺服作動(dòng)器構(gòu)成，每個(gè)作動(dòng)器可施加的最大拉力荷載為450噸，提升機(jī)構(gòu)可施加的最大提升力為1800噸，提升機(jī)構(gòu)安裝在所述加載頂梁的4個(gè)邊角部位。
[0013]進(jìn)一步地，所述水平作動(dòng)器為液壓伺服作動(dòng)器，共有2個(gè)，最大行程1500_。
[0014]進(jìn)一步地，所述移動(dòng)橫梁上開有容納螺桿從中穿過的通孔，從而通過螺桿和螺母分別將第一墊板和第二墊板固定在移動(dòng)橫梁上，所述加載調(diào)節(jié)裝置和防屈曲支撐試件分別安裝到第一墊板和第二墊板上，所述加載調(diào)節(jié)裝置與加載作動(dòng)器之間通過第三墊板連接，所述加載作動(dòng)器底部通過第四墊板固定到加載平臺(tái)。
[0015]可選地，所述螺母與移動(dòng)橫梁之間設(shè)置有螺母墊板。
[0016]—種防屈曲支撐自平衡豎向加載試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的方法，包括以下步驟:
(1)根據(jù)防屈曲支撐試件的高度驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使加載調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)套筒與中心螺桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加載調(diào)節(jié)裝置高度的調(diào)整變化；
(2)啟動(dòng)提升機(jī)構(gòu)將移動(dòng)橫梁下降，將螺桿穿過移動(dòng)橫梁上的通孔以及第一墊板和第二墊板的通孔，并用螺母將第一墊板和第二墊板鎖緊在移動(dòng)橫梁上；
(3)提升機(jī)構(gòu)將移動(dòng)橫梁提升到最高位置，促動(dòng)水平作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)以使得加載平臺(tái)水平移出；
(4)將所述防屈曲支撐試件、加載作動(dòng)器以及加載調(diào)節(jié)裝置放置到加載平臺(tái)上；將加載平臺(tái)由水平作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)回到初始位置；
(5)啟動(dòng)提升機(jī)構(gòu)將移動(dòng)橫梁下降，直至移動(dòng)橫梁下表面與所述防屈曲支撐試件以及加載調(diào)節(jié)裝置的上表面接觸，將所述防屈曲支撐試件頂部和底部分別通過螺紋連接固定到被分別鎖緊到移動(dòng)橫梁的第一墊板和加載平臺(tái)的第四墊板，所述加載調(diào)節(jié)裝置頂部連接到第二墊板，所述加載調(diào)節(jié)裝置與加載作動(dòng)器通過第三墊板螺紋連接，所述加載作動(dòng)器底部通過螺紋連接固定到緊固到加載平臺(tái)的第四墊板。
[0017](6)在每個(gè)所述加載立柱的下部安裝位移傳感器，位移傳感器量測(cè)加載平臺(tái)的豎向位移，啟動(dòng)加載作動(dòng)器在豎直方向運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)防屈曲支撐試件施加軸向拉、壓載荷，同時(shí)所述豎向作動(dòng)器跟隨加載作動(dòng)器做協(xié)同豎直運(yùn)動(dòng)以維持加載框架自平衡狀態(tài)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(1)試驗(yàn)空間大，適應(yīng)高度較高的防屈曲支撐試件試驗(yàn)需求；
(2)豎直放置試件及加載，避免了水平放置由于自重等其它因素影響試驗(yàn)精度；
(3)采用加載調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可適應(yīng)不同高度防屈曲支撐試件的安裝和試樣需求；
(4)采用水平作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)加載平臺(tái)進(jìn)出立柱空間，方便對(duì)試件進(jìn)行安裝和拆卸。
【附圖說明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020]圖1為本發(fā)明的防屈曲支撐自平衡豎向加載系統(tǒng)主視圖；
圖2為圖1中防屈曲支撐自平衡豎向加載系統(tǒng)A-A剖視圖；
圖3為加載調(diào)節(jié)裝置主視圖；
圖4為加載調(diào)節(jié)裝置附視圖。
[0021]附圖標(biāo)記:1_加載頂梁、2 —提升機(jī)構(gòu)、3 —移動(dòng)橫梁、4 一鎖緊機(jī)構(gòu)、5 —加載立柱、6 —加載平臺(tái)、7-豎向作動(dòng)器、8-水平作動(dòng)器、8A-y向水平作動(dòng)器、8B_x向水平作動(dòng)器、9-基座、10-螺桿、11-螺母、12-螺母墊板、13-第一墊板、14-第二墊板、15-加載調(diào)節(jié)裝置、16-第三墊板、17-加載作動(dòng)器、18-第四墊板、19-防屈曲支撐試件、20-位移傳感器、21-第五墊板、151-上部套筒、152-第二齒輪安裝座、153-中心螺桿、154-調(diào)節(jié)套筒、155-第一齒輪、156-第二齒輪、157-下部套筒、158-止推軸承、159-步進(jìn)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參考圖1和圖2，防屈曲支撐自平衡豎向加載試驗(yàn)系統(tǒng)包括基座9，豎立在基座上的加載立柱5，加載立柱頂部固定有加載頂梁1，所述基座9、所述加載立柱5和加載頂梁1組成自平衡加載框架。此外，還設(shè)置有在所述加載立柱上豎直運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)橫梁3，當(dāng)移動(dòng)橫梁移動(dòng)到加載立柱上的特定位置，鎖緊機(jī)構(gòu)4可將其與加載立柱鎖緊固定。所述基座9上安裝有加載平臺(tái)6，豎向作動(dòng)器7底部固定到基座，其加載端與加載平臺(tái)底面連接，可驅(qū)動(dòng)加載平臺(tái)在豎直方向運(yùn)動(dòng)。所述防屈曲支撐試件兩端分別固定到移動(dòng)橫梁3和加載平臺(tái)6，而所述移動(dòng)橫梁3和所述加載平臺(tái)6之間安裝固定有加載調(diào)節(jié)裝置15和與之相連的加載作動(dòng)器17，當(dāng)所述加載作動(dòng)器伸出或回縮，相應(yīng)的防屈曲支撐試件被施加軸向拉伸或壓縮載荷，加載立柱5上安裝的位移傳感器20可測(cè)得試件的變形量以及加載平臺(tái)6的豎向位移。
[0023]參考圖3和圖4，為了適應(yīng)不同高度的防屈曲支撐試件，加載調(diào)節(jié)裝置15可根據(jù)試件高度不同調(diào)整其自身的高度，其具有螺紋套筒的結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為中心螺桿153，所述中心螺桿頭部旋入上部套筒151的內(nèi)螺紋中，所述中心螺桿尾部旋入調(diào)節(jié)套筒154的內(nèi)螺紋中，所述調(diào)節(jié)套筒底部安裝在下部套筒157內(nèi)并通過軸承158在其中轉(zhuǎn)動(dòng)，所述調(diào)節(jié)套筒外緣套掛有與之過盈配合的第一齒輪155，所述第一齒輪與安裝在第二齒輪安裝座152上的第二齒輪156嚙合，所述第二齒輪與步進(jìn)電機(jī)159相連并由其驅(qū)動(dòng)，所述第二齒輪安裝座152與下部套筒157固定連接。需要對(duì)加載調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行高度調(diào)整時(shí)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)159轉(zhuǎn)動(dòng)，與之相連的第二齒輪156 —同轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與第二齒輪嚙合的第一齒輪155隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，由于第一齒輪內(nèi)圈與調(diào)節(jié)套筒154外圈是過盈配合，則調(diào)節(jié)套筒154也轉(zhuǎn)動(dòng)，而上部套筒151和下部套筒157分別是固定到移動(dòng)橫梁和加載作動(dòng)器17，不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，調(diào)節(jié)套筒154與中心螺桿153發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，中心螺桿在調(diào)節(jié)套筒154的內(nèi)螺紋中進(jìn)行螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致其與調(diào)節(jié)套筒154相對(duì)位置發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)加載調(diào)節(jié)裝置高度的變化，一直驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)159轉(zhuǎn)動(dòng)以至將加載調(diào)節(jié)裝置15高度調(diào)整到試驗(yàn)所需的高度。
[0024]本發(fā)明的一種實(shí)施例中，所述加載作動(dòng)器17可為液壓伺服作動(dòng)器；所述豎向作動(dòng)器7可為靜壓支承型作動(dòng)器，共有6個(gè)，每個(gè)作動(dòng)器可施加的最大荷載為1800噸，作動(dòng)器最大行程250_，豎向作動(dòng)器7上安裝有力傳感器和位移傳感器。
[0025]繼續(xù)參考圖1，所述移動(dòng)橫梁3與加載頂梁1之間設(shè)置有提升機(jī)構(gòu)2以驅(qū)動(dòng)移動(dòng)橫梁在豎直方向運(yùn)動(dòng)，所述提升機(jī)構(gòu)的本體固定在加載頂梁1上，其加載端與移動(dòng)橫梁3相連，通過調(diào)節(jié)其加載端的伸出和回縮從