用于輸電基礎(chǔ)的復(fù)合式加載試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及的試驗(yàn)設(shè)備，是一種可將水平荷載(H )、豎向荷載(V )和力矩荷載(M)同時(shí)施加到輸電基礎(chǔ)試驗(yàn)構(gòu)件上的復(fù)合式加載試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)?；l(fā)展使得輸電桿塔結(jié)構(gòu)體系日趨高柔，桿塔結(jié)構(gòu)不僅承受塔身、導(dǎo)線、地線、金具自重、風(fēng)荷載等長(zhǎng)期作用，而且還受到暴風(fēng)雨、覆冰荷載、斷線荷載等非常環(huán)境的瞬時(shí)或短期作用，所受荷載情況復(fù)雜。這些荷載效應(yīng)傳至基礎(chǔ)及地基，使得桿塔基礎(chǔ)除承受豎向拉、壓豎向荷載(V)外，還承受著較大的水平荷載(H)和彎矩作用(M)。通常將同時(shí)包含水平荷載(H)、豎向荷載(V)和力矩(M)三個(gè)分量的加載方式稱為復(fù)合加載模式。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)許多高校及研究所針對(duì)輸電基礎(chǔ)在復(fù)合加載模式下的承載特性開展了廣泛研究。當(dāng)前研究成果多以數(shù)值方法為主，如魯東大學(xué)的范慶來、山東大學(xué)的武科及東北電力大學(xué)的郝冬雪等學(xué)者，上述數(shù)值研究得到了很多的有益成果，具有一定參考價(jià)值。但由于數(shù)值研究存在一定的假設(shè)前提，對(duì)某些真實(shí)工況無法合理描述，因此工程界仍普遍以試驗(yàn)方法作為最重要的研究手段。浙江省電力設(shè)計(jì)院邢月龍等在2008年針對(duì)掏挖基礎(chǔ)進(jìn)行了原位真型基礎(chǔ)載荷試驗(yàn)，測(cè)試了豎向荷載+水平荷載共同作用下基礎(chǔ)的變形性狀和承載能力；沈陽建筑大學(xué)王杰等通過室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)砂土中螺旋錨的極限抗拔承載力進(jìn)行了研究；李永祥等在2010年選擇戈壁碎石土地基進(jìn)行了直柱掏挖基礎(chǔ)的上拔和下壓承載力試驗(yàn)，并給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算參數(shù);魯先龍等進(jìn)行40個(gè)戈壁碎石土地基原狀土擴(kuò)底掏挖基礎(chǔ)抗拔試驗(yàn)，構(gòu)建了單獨(dú)上拔荷載作用的承載力公式;劉生奎等在2012年選擇黃土地基進(jìn)行了直柱基礎(chǔ)的上拔+水平組合工況下的承載力試驗(yàn)，并分析了基礎(chǔ)荷載-位移的變化規(guī)律及土體破壞模式。
[0004]可以看出，上述的試驗(yàn)研究中多將豎向荷載和水平荷載相結(jié)合，或僅考慮豎向上拔荷載和下壓荷載對(duì)輸電基礎(chǔ)承載力進(jìn)行試驗(yàn)，加載方式也多采用地錨反力架與千斤頂組合，或人工堆載型式等，試驗(yàn)精度不高。目前在已發(fā)表的文獻(xiàn)中均未見可將豎向荷載、水平荷載和彎矩荷載聯(lián)合施加的復(fù)合式加載試驗(yàn)方法，同時(shí)也未見可針對(duì)輸電基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)上述復(fù)合式加載的試驗(yàn)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提供一種用于輸電基礎(chǔ)的復(fù)合式加載試驗(yàn)系統(tǒng)，可在輸電基礎(chǔ)試驗(yàn)構(gòu)件上實(shí)現(xiàn)水平荷載(H )、豎向荷載(V )和力矩荷載(M )三個(gè)分量的復(fù)合加載模式。
[0006]本發(fā)明是由以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種用于輸電基礎(chǔ)的復(fù)合式加載試驗(yàn)系統(tǒng)，它包括剛性框架、垂直升降裝置和垂直移動(dòng)平臺(tái)，所述剛性框架為四根立柱支撐的固定橫梁，兩組垂直升降裝置分別置于剛性框架的兩側(cè)，垂直升降裝置的上端與剛性框架的固定橫梁固連、下端與剛性框架鉸接，垂直移動(dòng)平臺(tái)置于剛性框架內(nèi)、兩端分別與垂直升降裝置固連，其特征是:還包括垂直導(dǎo)向裝置、水平導(dǎo)向裝置、水平移動(dòng)架、水平加載裝置、豎向加載裝置、試件夾具、程控裝置，所述垂直導(dǎo)向裝置置于剛性框架與垂直移動(dòng)平臺(tái)之間，垂直導(dǎo)向裝置的一端與剛性框架固連、另一端與垂直移動(dòng)平臺(tái)固連，所述水平導(dǎo)向裝置置于垂直移動(dòng)平臺(tái)上并固連，所述水平移動(dòng)架套接在水平導(dǎo)向裝置上并固連，所述豎向加載裝置置于水平移動(dòng)架的下端并固連，所述水平加載裝置置于垂直移動(dòng)平臺(tái)下面、水平移動(dòng)架的側(cè)面，水平加載裝置的端頭與豎向加載裝置鉸接，所述試件夾具置于豎向加載裝置的下方并鉸接，水平加載裝置、豎向加載裝置均分別與程控裝置電連接。
[0007]所述垂直導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)是:它包括垂直導(dǎo)軌和垂直滑塊，所述垂直導(dǎo)軌置于剛性框架的立柱內(nèi)側(cè)并固連，所述垂直滑塊置于垂直移動(dòng)平臺(tái)的端頭并固連，垂直導(dǎo)軌和垂直滑塊之間滑動(dòng)連接。
[0008]所述水平導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)是:它包括導(dǎo)軌型鋼、水平導(dǎo)軌和水平滑塊，所述導(dǎo)軌型鋼置于垂直移動(dòng)平臺(tái)上并固連，所述水平導(dǎo)軌分別置于導(dǎo)軌型鋼的頂面外側(cè)和底面外側(cè)并固連，水平滑塊與水平導(dǎo)軌之間滑動(dòng)連接。
[0009]所述水平移動(dòng)架的結(jié)構(gòu)為管狀體，管狀體的水平移動(dòng)架內(nèi)側(cè)的頂面和底面均分別與水平導(dǎo)向裝置的水平滑塊固連，水平移動(dòng)架套接在水平導(dǎo)向裝置的水平導(dǎo)軌上、并通過水平導(dǎo)向裝置的水平滑塊與水平導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)。
[0010]所述豎向加載裝置的結(jié)構(gòu)是:它包括體、兩個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸、拉壓傳感器、曲臂和直臂，所述體包括底座、固定板和側(cè)板，所述底座與固定板通過側(cè)板固連，體的底座向上、置于水平移動(dòng)架下端并固連，兩個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸同時(shí)置于體內(nèi)并固連、缸頭伸出體的固定板外，一個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸的缸頭通過拉壓傳感器與曲臂的一端鉸接，另一個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸的缸頭通過拉壓傳感器與直臂的一端鉸接，試件夾具同時(shí)與兩個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸鉸接的曲臂或直臂的另一端鉸接。
[0011]所述水平加載裝置的結(jié)構(gòu)是:它包括固定架、MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸和拉壓傳感器，所述固定架置于垂直移動(dòng)平臺(tái)的下方、靠近固連有直臂的MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸并固連，MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸與固定架固連，MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸的缸頭伸出固定架外、并通過拉壓傳感器與豎向加載裝置的體鉸接。
[0012]所述曲臂的結(jié)構(gòu)是:它包括短臂和長(zhǎng)臂，所述短臂和長(zhǎng)臂鉸接，鉸接后短臂、長(zhǎng)臂的總長(zhǎng)度與直臂長(zhǎng)度相等，曲臂的兩端分別與拉壓傳感器和試件夾具鉸接。
[0013]本發(fā)明用于輸電基礎(chǔ)的復(fù)合式加載試驗(yàn)系統(tǒng)的工作過程描述如下:
(1)單獨(dú)施加水平荷載(H):水平加載裝置的MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸提供水平方向的荷載，并將水平方向的荷載傳送到鉸接的豎向加載裝置，帶動(dòng)豎向加載裝置及其固連的水平移動(dòng)架進(jìn)行整體平動(dòng)，最終通過試件夾具對(duì)輸電基礎(chǔ)試驗(yàn)構(gòu)件施加水平力或水平位移；
(2)單獨(dú)施加豎向荷載(V):豎向加載裝置的兩個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸提供相同的豎向荷載，同時(shí)向試件夾具施加相同的豎向力或豎向位移，通過試件夾具對(duì)輸電基礎(chǔ)試驗(yàn)構(gòu)件直接作用；
(3)單獨(dú)施加力矩荷載(M):由豎向加載裝置的兩個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸分別施加不同的豎向位移，使試件夾具產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)角度，同時(shí)由水平加載裝置的MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸提供水平方向的荷載，以施加水平位移，對(duì)夾具旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的水平位移進(jìn)行補(bǔ)償，從而使輸電基礎(chǔ)試驗(yàn)構(gòu)件可圍繞目標(biāo)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)產(chǎn)生準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)力矩加載效果；
(4)水平荷載(H )、豎向荷載(V )、力矩荷載(M )的組合施加:基于本試驗(yàn)裝置的尺寸幾何關(guān)系，采用數(shù)學(xué)中三角函數(shù)理論將輸電基礎(chǔ)試驗(yàn)構(gòu)件頂部預(yù)施加的三分量荷載進(jìn)行拆分，分別得出三個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸在加載過程中的位移函數(shù)，通過MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸的程控裝置進(jìn)行自定義編程，實(shí)時(shí)控制水平加載裝置和豎向加載裝置中三個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸的位移，最終實(shí)現(xiàn)水平荷載(H )、豎向荷載(V )、力矩荷載(M )的同時(shí)作用。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸、拉壓傳感器和程控系統(tǒng)等元件相結(jié)合，可在輸電基礎(chǔ)試驗(yàn)構(gòu)件上選擇單獨(dú)或同時(shí)施加水平荷載(H )、豎向荷載(V )和力矩荷載(M )，其具有的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:
1.采用了MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸，可基于試驗(yàn)需求自由選擇靜態(tài)或動(dòng)態(tài)加載方式；
2.采用了MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸，可基于試驗(yàn)需求選擇施加力荷載或位移荷載；
3.采用了MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸，可在試驗(yàn)過程中自動(dòng)進(jìn)行力或位移補(bǔ)償，大幅度提高試驗(yàn)精度；
4.采用了程控系統(tǒng)，可對(duì)液壓作動(dòng)缸進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，并可通過自定義編程使三個(gè)MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸之間協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)試驗(yàn)構(gòu)件的復(fù)合加載模式；
3.本發(fā)明從根本上避免了試驗(yàn)過程中傳統(tǒng)的人工加載方式，提高了輸電基礎(chǔ)特性試驗(yàn)的整體可操控性。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的主視不意圖；
圖2為圖1的左視不意圖；
圖3為本發(fā)明的水平導(dǎo)向裝置與水平移動(dòng)架的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明的水平加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明的豎向加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明的加載實(shí)驗(yàn)平臺(tái)原理圖。
[0016]圖中:1垂直升降系統(tǒng)，2剛性框架，3垂直移動(dòng)平臺(tái)，4水平移動(dòng)架，5底座，6MTS動(dòng)態(tài)作動(dòng)缸，7水平加載裝置，8固定架，9拉壓傳感器，10直臂，11試件夾具，12曲臂，13固定板，14豎向加載裝置，15水平導(dǎo)軌，16導(dǎo)軌型鋼，17水平滑塊。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0018]參見圖1?圖6，本實(shí)施例用于輸電