一種多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，包括由頂橫梁、移動(dòng)橫梁、框架立柱、加載平臺(tái)、框架底座組成的加載框架，加載平臺(tái)安裝在底座上，在底座上圍繞加載平臺(tái)外側(cè)樹(shù)立有多個(gè)框架立柱，框架立柱頂部固定有頂橫梁，在立柱之間安裝有沿立柱豎直方向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)橫梁，還包括由作動(dòng)器、電液伺服閥、蓄能器、控制系統(tǒng)組成的液壓系統(tǒng)，所述加載平臺(tái)由置于其底部和側(cè)面的多組作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。該設(shè)備可對(duì)不同類(lèi)型的試件施加不同的多向載荷，可滿(mǎn)足試件尺寸大，所需載荷大的要求，設(shè)備自動(dòng)化和通用性高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種加載設(shè)備，尤其是一種在建筑工程領(lǐng)域用于對(duì)大型試件進(jìn)行 不同類(lèi)型試驗(yàn)的大型動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備。 一種多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng)，各種建設(shè)項(xiàng)目的投資規(guī)模也不斷擴(kuò) 大，對(duì)于建筑行業(yè)的要求也越來(lái)越高。其中，國(guó)內(nèi)建筑工程領(lǐng)域出現(xiàn)了很多以高、大、特、 新為特征的工程建設(shè)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目突出的特點(diǎn)表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的高度越來(lái)越高、跨度越來(lái)越 大、造型越來(lái)越奇特、體系越來(lái)越復(fù)雜、材料的強(qiáng)度越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)混凝土強(qiáng)度已高達(dá) lOOOMPa、建筑用鋼材強(qiáng)度也高達(dá)590MPa，而國(guó)外甚至已有強(qiáng)度高達(dá)lOOOMPa的建筑用鋼投 入應(yīng)用。但是這些新型材料和結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)并不完備，尤其在重大工程項(xiàng)目興建過(guò)程 中，往往沒(méi)有成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)可借鑒，大部分設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵技術(shù)和問(wèn)題還需要通過(guò) 試驗(yàn)的方法來(lái)驗(yàn)證和解決。
[0003]目前國(guó)內(nèi)多數(shù)大型建筑工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室普遍存在著設(shè)備加載能力不足、控制手段 落后、檢測(cè)方法陳舊、試驗(yàn)臺(tái)座承載能力不夠等問(wèn)題，無(wú)法針對(duì)某些重大工程項(xiàng)目進(jìn)行大比 例、大尺寸構(gòu)件和結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，更無(wú)從進(jìn)行足尺寸構(gòu)件動(dòng)靜力試驗(yàn)。而如果只進(jìn)行較小比 例和較小尺寸的構(gòu)件模型試驗(yàn)又存在著試驗(yàn)結(jié)果失真、與原型力學(xué)性能不符等重大缺陷， 給大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工留下了難以預(yù)計(jì)的安全隱患。
[0004] 歸納起來(lái)，目前建筑工程領(lǐng)域中現(xiàn)有的試驗(yàn)加載設(shè)備主要存在以下不足：1、加載 能力嚴(yán)重不足。目前國(guó)際及國(guó)內(nèi)大型試驗(yàn)設(shè)備最大加載能力雖然已達(dá)到約60MN，但仍然無(wú) 法滿(mǎn)足當(dāng)前和未來(lái)重大工程項(xiàng)目的試驗(yàn)檢測(cè)需求。2、加載手段單一。目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有 的大型試驗(yàn)設(shè)備加載手段主要有兩種：（1)可進(jìn)行單向壓縮或平面內(nèi)的剪壓試驗(yàn)，但無(wú)法 反應(yīng)結(jié)構(gòu)的三維特性及地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)；（2)可針對(duì)特定試件（如隔震支座）進(jìn)行 高速、三維加載，但試驗(yàn)機(jī)加載空間很小，無(wú)法對(duì)其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)。3、大部分大型試 驗(yàn)加載設(shè)備裝卸試件困難、耗時(shí)長(zhǎng)，導(dǎo)致加載設(shè)備利用率低、試驗(yàn)效率低下。
[0005] 因此，實(shí)用新型一種可對(duì)試樣施加大載荷，進(jìn)行多維加載，易于裝卸試件，適用于 不同規(guī)格和受力狀況的大型多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備具有重要意義。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，可廣泛用于建筑 領(lǐng)域不同試件、不同受力狀態(tài)的加載，以克服現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備加載能力低、加載手段單一、 通用性差、試驗(yàn)效率低的問(wèn)題。
[0007] -種多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，包括由頂橫梁、移動(dòng)橫梁、框架立柱、加載平臺(tái)、底座組 成的加載框架，加載平臺(tái)安裝在底座上，在底座上圍繞加載平臺(tái)外側(cè)樹(shù)立有多個(gè)框架立柱， 框架立柱頂部固定有頂橫梁，在立柱之間安裝有沿立柱堅(jiān)直方向運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)橫梁，還包括 由作動(dòng)器、電液伺服閥、傳感器、蓄能器、控制系統(tǒng)組成的液壓系統(tǒng)，所述加載平臺(tái)由置于其 底部和側(cè)面的多組作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，所述傳感器為力和位移傳感器。
[0008] 所述作動(dòng)器包括置于加載平臺(tái)底部驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行z向運(yùn)動(dòng)的z向作動(dòng)器，置于加載 平臺(tái)X向側(cè)面的X向作動(dòng)器以及置于加載平臺(tái)y向側(cè)面的y向作動(dòng)器，其中，z向作動(dòng)器上 設(shè)置有Z向傳感器，X向作動(dòng)器上設(shè)置有X向傳感器，y向作動(dòng)器上設(shè)置有y向傳感器。
[0009] 還包括在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持加載平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的下壓作動(dòng)器，下壓作動(dòng)器上設(shè)置有 下壓傳感器。
[0010] 所述頂橫梁、框架立柱、底座被固定為一個(gè)整體框架，該整體框架垂直方向和水平 方向剛度均小于1/2000。
[0011] 所述加載平臺(tái)與底座之間具有動(dòng)壓油膜，使得其間的摩擦系數(shù)不大于〇. 0025。
[0012] 所述z向作動(dòng)器固定連接在加載平臺(tái)上并在z向隨之運(yùn)動(dòng)。
[0013] 所述X向作動(dòng)器對(duì)稱(chēng)布置在加載平臺(tái)X向兩側(cè)。
[0014] 所述y向作動(dòng)器單向布置在加載平臺(tái)y向一側(cè)，加載平臺(tái)y向另一側(cè)設(shè)置為用于 試件裝卸的窗口。
[0015] 所述z向作動(dòng)器、X向作動(dòng)器和y向作動(dòng)器執(zhí)行靜態(tài)加載。
[0016] 所述X向作動(dòng)器和y向作動(dòng)器執(zhí)行動(dòng)態(tài)加載。
[0017] 所述z向作動(dòng)器數(shù)量為6支，每支最大載荷為22MN，最大行程250mm ;所述X向作 動(dòng)器數(shù)量為每側(cè)各3支，每支最大靜載荷為15MN，最大動(dòng)載荷為1MN，最大行程為± 500mm ; 所述y向作動(dòng)器數(shù)量為2支，每支最大靜載荷為3MN，最大行程為± 1500_。
[0018] 本實(shí)用新型的有益效果是：（1)可進(jìn)行足尺試件的大噸位加載試驗(yàn)，滿(mǎn)足建筑工 程領(lǐng)域中試驗(yàn)設(shè)備加載能力要求。（2)設(shè)備加載方式多樣，可完成試件復(fù)雜受力狀況試驗(yàn)。 (3)可在一定連續(xù)空間范圍內(nèi)向試件施加約束。（4)設(shè)備功能多樣，自動(dòng)化程度高，可在同 一設(shè)備上完成多種試驗(yàn)，大大提高設(shè)備使用效率和試驗(yàn)效率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 圖1為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備主視圖；
[0021] 圖2為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備左視圖；
[0022] 圖3為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備俯視圖；
[0023] 圖4為加載平臺(tái)及作動(dòng)器軸測(cè)圖；
[0024] 圖5為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備液壓原理圖；
[0025] 圖6為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備控制框圖；
[0026] 圖7為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備對(duì)巨型柱進(jìn)行軸壓試驗(yàn)的示意圖；
[0027] 圖8為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備對(duì)巨型柱進(jìn)行壓剪試驗(yàn)的示意圖；
[0028] 圖9為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備對(duì)剪力墻進(jìn)行壓剪試驗(yàn)的示意圖；
[0029] 圖10為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行平面或空間擬靜力試驗(yàn)和擬動(dòng)力試 驗(yàn)的不意圖；
[0030] 圖11為多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備對(duì)橡膠支座進(jìn)行壓剪試驗(yàn)的示意圖；
[0031] 附圖標(biāo)記：1 -油源、3 -溢流閥、4 -過(guò)濾器、5-蓄能器、6 - z向電液伺服閥、7-Z 向作動(dòng)器、8 - X向電液伺服閥、9-χ向作動(dòng)器、10 - y向電液伺服閥、11 一 y向作動(dòng)器、12 - 下壓電液伺服閥、13 -下壓作動(dòng)器、14-加載平臺(tái)、15-框架立柱、16-移動(dòng)橫梁、17-頂橫梁、 18-底座、19-第二z向作動(dòng)器、20-巨型柱、21-剪力墻、22-梁柱、23-橡膠支座、30-控制系 統(tǒng)、31- z向傳感器、32-x向傳感器、33-y向傳感器、34-下壓傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 參考圖1-圖3,本實(shí)用新型的加載設(shè)備由加載框架和液壓系統(tǒng)組成。其中，加載框 架為鋼結(jié)構(gòu)，包括移動(dòng)橫梁16、底座18、框架立柱15、加載平臺(tái)14、頂橫梁17。加載平臺(tái)14 安裝在底座18上，在該底座上圍繞加載平臺(tái)外側(cè)樹(shù)立有多個(gè)框架立柱15,框架立柱15頂部 固定有頂橫梁17,在框架立柱之間安裝有沿框架立柱堅(jiān)直方向運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)橫梁16。
[0033] 再參考圖4和圖5,液壓系統(tǒng)包括油源1、溢流閥2、過(guò)濾器4、蓄能器5、電液伺服 閥、作動(dòng)器、控制系統(tǒng)30以及其它液壓輔助元件。其中，電液伺服閥包括z向電液伺服閥6、 X向電液伺服閥8、y向電液伺服閥10 ;作動(dòng)器包括z向作動(dòng)器7、X向作動(dòng)器9、y向作動(dòng)器 11。此外，還裝備有下壓作動(dòng)器13和下壓伺服閥12,以在試驗(yàn)過(guò)程根據(jù)控制系統(tǒng)30的指令 向加載平臺(tái)14施加 z向推力，保證加載平臺(tái)14在各工況下的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)；下壓作動(dòng)器上設(shè)置 有下壓傳感器34。
[0034] 繼續(xù)參考圖4和圖5,根據(jù)試驗(yàn)機(jī)功能要求，各方向的作動(dòng)器數(shù)目和參數(shù)如下：在 加載平臺(tái)14的z向布置有6支型號(hào)相同的z向作動(dòng)器7,每支最大載荷22MN;在加載平臺(tái) 14的X向兩側(cè)各布置有3支型號(hào)相同的X向作動(dòng)器9,每支動(dòng)態(tài)最大載荷1MN，靜態(tài)最大載 荷1. 5MN ;在加載平臺(tái)14的y向兩側(cè)各布置有2支型號(hào)相同的y向作動(dòng)器11，每支靜態(tài)最 大載荷3麗;在加載平臺(tái)14的X向兩側(cè)各布置有3支型號(hào)相同的下壓作動(dòng)器13,每支靜態(tài) 最大載荷2MN。z向作動(dòng)器、X向作動(dòng)器、y向作動(dòng)器可各自單獨(dú)或同時(shí)向加載平臺(tái)14施加 z向、X向和y向不同的作用力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種不同的加載狀態(tài)。
[0035] 參考圖6,控制系統(tǒng)30包括主控計(jì)算機(jī)、伺服控制器、電液伺服閥以及位移和壓力 傳感器等，這些元件構(gòu)成閉合回路控制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的工作壓力由溢流閥2設(shè)定，蓄能器 5用于蓄能和吸收壓力脈動(dòng)。當(dāng)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)高頻試驗(yàn)時(shí)，蓄能器5向作動(dòng)器提供大流量 液壓油。液壓油經(jīng)過(guò)伺服閥，進(jìn)入z向作動(dòng)器、X向作動(dòng)器和y向作動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器動(dòng)作。 安裝在各相應(yīng)作動(dòng)器上的z向傳感器31、X向傳感器32、y向傳感器33將測(cè)得的位移和力 信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)運(yùn)算，將控制信號(hào)傳遞到相應(yīng)的電液伺服閥，控制伺 服閥的動(dòng)作，從而控制相應(yīng)作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。
[0036] 加載平臺(tái)配置有14個(gè)作動(dòng)器，可實(shí)現(xiàn)x、y、z三個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng)以及繞x、y、z三 個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此整個(gè)系統(tǒng)是靜不定的?？刂葡到y(tǒng)向加載平臺(tái)的發(fā)出6個(gè)指令信號(hào)， 即X、y、z三個(gè)方向的平移運(yùn)動(dòng)以及繞X、y、z三個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，指令信號(hào)與反饋信號(hào)的6 個(gè)偏差信號(hào)經(jīng)控制系統(tǒng)分解轉(zhuǎn)化為14個(gè)伺服閥的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器動(dòng)作，控制系 統(tǒng)在加載平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將各個(gè)作動(dòng)器產(chǎn)生的內(nèi)力消弱。
[0037] 本實(shí)用新型的加載空間和載荷范圍如下：
[0038] 可以在最大2m (X向）X2m (y向）X 10m (z向）空間內(nèi)進(jìn)行巨型柱軸壓試驗(yàn)和 壓剪試驗(yàn)。在作動(dòng)器作用下，試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行軸壓試驗(yàn)時(shí)最大軸向壓力可以達(dá)到132MN ;單向壓 剪試驗(yàn)時(shí)最大軸向壓力可以達(dá)到80MN，雙向壓剪試驗(yàn)時(shí)最大軸向力可達(dá)到60MN，單雙向水 平剪力可達(dá)到6MN，水平雙向位移可以達(dá)到±500mm ;可在最大lm (X向）X6m(y向）X 10m (Z向）空間內(nèi)進(jìn)行剪力墻的壓剪試驗(yàn)，最大軸向力可達(dá)到60MN，水平剪力可以達(dá)到6MN，水 平位移可以達(dá)到±500mm;可進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)的平面或空間擬靜力試驗(yàn)和擬動(dòng)力試驗(yàn)，柱軸 向壓力可以達(dá)到80麗、梁各端部垂向加載能力可達(dá)到±2麗；本實(shí)用新型可完成橡膠支座 的壓剪試驗(yàn)和橡膠支座產(chǎn)品的檢測(cè)試驗(yàn)。橡膠支座壓減試驗(yàn)時(shí)，最大軸向壓力可以達(dá)到 60麗，雙向水平剪力可以達(dá)到6麗，雙向水平位移可以達(dá)到±500mm，單向水平位移可以達(dá) ± 1500mm，可進(jìn)行單向0. 5HZ，，6個(gè)循環(huán)和1Hz，3個(gè)循水平位移為± 500mm的高速往復(fù)運(yùn) 動(dòng)。
[0039] 當(dāng)使用本實(shí)用新型的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，首先將試件放置于移動(dòng)橫 梁16和加載平臺(tái)14之間的空間內(nèi)，然后，通過(guò)調(diào)整移動(dòng)橫梁16在框架立柱15上的高度， 使得試件z向兩側(cè)分別被加載平臺(tái)14和移動(dòng)橫梁16緊密壓緊。其中，移動(dòng)橫梁16可以在 z向0.5m-10m空間內(nèi)自由移動(dòng)，根據(jù)試件高度調(diào)整其固定在框架立柱15上的位置。此后， 根據(jù)所需載荷類(lèi)型，分別通過(guò)X向作動(dòng)器9、y向作動(dòng)器11和z向作動(dòng)器7施加不同方向的 載荷，上述作動(dòng)器可以同時(shí)動(dòng)作，也可各自單獨(dú)動(dòng)作。此外，下壓作動(dòng)器13在試驗(yàn)過(guò)程根據(jù) 控制系統(tǒng)指令向加載平臺(tái)施加 z向下推力，保證加載平臺(tái)在各工況下的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。由此，加 載平臺(tái)14承受z向、X向和y向的單向或多向組合的載荷，并將載荷施加到放置其上并與 之固定在一起的試件上。
[0040] 試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)在不同工況下工作時(shí)，均需要控制器輸入動(dòng)作指令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)作 動(dòng)器動(dòng)作，安裝在作動(dòng)器上的傳感器將測(cè)定的位移或力信號(hào)傳至控制器中，并同指令信號(hào) 對(duì)比，用得到的對(duì)比信號(hào)控制作動(dòng)器相應(yīng)的伺服閥開(kāi)口大小，進(jìn)而控制通往作動(dòng)器液壓油 量以控制作動(dòng)器動(dòng)作。當(dāng)測(cè)定的力或位移信號(hào)同指令信號(hào)之差逐漸減小至相等時(shí)，作動(dòng)器 即達(dá)到指令位姿。
[0041] 以下結(jié)合附圖對(duì)不同的加載狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0042] 圖7所示為加載設(shè)備對(duì)巨型柱試件20進(jìn)行軸壓試驗(yàn)示意圖。進(jìn)行軸壓試驗(yàn)時(shí)，控 制系統(tǒng)30向z向電液伺服閥6發(fā)出指令信號(hào)，使z向作動(dòng)器7同時(shí)向加載平臺(tái)14施加最 大可達(dá)132MN的作用力。由此加載平臺(tái)z向承受132MN作用力，實(shí)現(xiàn)試件軸壓試驗(yàn)加載要 求。
[0043] 圖8所示為加載設(shè)備對(duì)巨型柱試件20進(jìn)行壓剪彎試驗(yàn)示意圖。
[0044] 當(dāng)進(jìn)行試件單向壓剪彎試驗(yàn)時(shí)，控制系統(tǒng)30首先向電液伺服閥6發(fā)出指令信號(hào)， 控制z向作動(dòng)器7向加載平臺(tái)14共同施加最大可達(dá)80MN的作用力。相應(yīng)的傳感器將力和 位移信號(hào)反饋到控制器，經(jīng)伺服控制器計(jì)算后，控制器向z向電液伺服閥6和X向電液伺服 閥8發(fā)出指令信號(hào)，以分別控制z向作動(dòng)器向加載平臺(tái)施加最大可達(dá)8(MN的作用力，X向 作動(dòng)器9向加載平臺(tái)施加最大作用力可達(dá)6麗、最大行程可達(dá)± 1500mm的載荷。由此加載 平臺(tái)承受z向和X向的組合載荷，從而實(shí)現(xiàn)試件在z-x平面單向壓彎試驗(yàn)加載要求?？蛇x 地，控制器向z向電液伺服閥6和y向電液伺服閥10發(fā)出指令信號(hào)，以分別控制z向作動(dòng) 器向加載平臺(tái)施加最大可達(dá)80MN的作用力，y向作動(dòng)器11向加載平臺(tái)施加最大作用力可 達(dá)6MN、最大行程可達(dá)± 1500mm的載荷，由此加載平臺(tái)承受z向和y向的組合載荷，從而實(shí) 現(xiàn)試件在ζ-y平面單向壓彎試驗(yàn)加載要求。
[0045] 當(dāng)進(jìn)行試件雙向壓剪彎試驗(yàn)時(shí)，控制系統(tǒng)30首先向電液伺服閥6發(fā)出指令信號(hào)， 控制z向作動(dòng)器7向加載平臺(tái)施加 z向最大可達(dá)6(MN的作用力，相應(yīng)的傳感器將力和位移 信號(hào)反饋到控制器，經(jīng)伺服控制器計(jì)算后，控制器向Z向電液伺服閥6發(fā)出指令信號(hào)，保持z 向作動(dòng)器向加載平臺(tái)施加最大可達(dá)60MN的作用力，同時(shí)X向作動(dòng)器9和y向作動(dòng)器11向 加載平臺(tái)施加最大作用力可達(dá)6MN、最大行程可達(dá)± 1500mm的載荷。由此加載平臺(tái)承受z 向和X向組合載荷，從而實(shí)現(xiàn)試件雙向壓彎試驗(yàn)的加載。
[0046] 當(dāng)進(jìn)行試件純剪切試驗(yàn)時(shí)，控制系統(tǒng)30向X向電液伺服閥8、y向電液伺服閥10 單獨(dú)或同時(shí)發(fā)出指令信號(hào)控制，進(jìn)而控制X向作動(dòng)器9、y向作動(dòng)器11單獨(dú)或同時(shí)向加載平 臺(tái)施加單向或雙向最大可達(dá)6MN的作用力，實(shí)現(xiàn)試件純剪試驗(yàn)加載。
[0047] 進(jìn)行試件壓剪扭試驗(yàn)時(shí)，控制系統(tǒng)30根據(jù)試驗(yàn)指令經(jīng)伺服控制器計(jì)算后發(fā)出指 令信號(hào)控制各個(gè)z向電液伺服閥6進(jìn)行一系列組合動(dòng)作，從而控制z向作動(dòng)器7進(jìn)行組合 動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)加載平臺(tái)在加載空間中心位置或偏心位置繞z軸、X軸、y軸的位姿要求。壓剪 扭各工況下z向作動(dòng)器7向加載平臺(tái)共施加最大可達(dá)60MN作用力。由此加載平臺(tái)承受z 向、X向、y向組合載荷，從而實(shí)現(xiàn)試件壓剪扭試驗(yàn)加載。
[0048] 圖9所示為加載設(shè)備對(duì)剪力墻試件21進(jìn)行壓剪試驗(yàn)示意圖。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，控制系 統(tǒng)30首先向z向電液伺服閥6發(fā)出指令信號(hào)，z向作動(dòng)器7逐步向加載平臺(tái)施加最大可達(dá) 60MN的作用力，相應(yīng)的傳感器將力和位移信號(hào)反饋到控制器之后，再經(jīng)控制系統(tǒng)30的伺服 控制器計(jì)算后向z向電液伺服閥6發(fā)出指令信號(hào)，保持z向作動(dòng)器向加載平臺(tái)施加最大可 達(dá)60麗的作用力，同時(shí)向y向電液伺服閥發(fā)出指令信號(hào)，控制y向作動(dòng)器11逐步向加載平 臺(tái)施加最大作用力可達(dá)6MN、最大行程可達(dá)± 1500mm的載荷。由此加載平臺(tái)z向上承受最 大可達(dá)60MN的作用力，y向承受最大可達(dá)6MN的作用力，從而實(shí)現(xiàn)試件壓剪試驗(yàn)加載。
[0049] 圖10所示為加載設(shè)備對(duì)梁柱試件22進(jìn)行空間節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)示意圖。試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，控 制系統(tǒng)30首先向z向電液伺服閥6發(fā)出作用力指令信號(hào)，控制z向作動(dòng)器7逐步向加載平 臺(tái)14施加最大可達(dá)120MN的作用力，然后，放置于移動(dòng)橫梁與試件梁之間的四或八個(gè)第二 z向作動(dòng)器19動(dòng)作，每支第二z向作動(dòng)器可同時(shí)向上或向下施加不小于2麗的作用力。由 此實(shí)現(xiàn)試件空間節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)加載。
[0050] 圖11所示為加載設(shè)備對(duì)橡膠支座試件23進(jìn)行壓剪試驗(yàn)示意圖。本實(shí)用新型的 動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備可進(jìn)行橡膠支座單向低速壓剪試驗(yàn)、雙向低速壓剪試驗(yàn)和單向高速壓剪試 驗(yàn)。
[0051] 當(dāng)進(jìn)行單向低速壓剪試驗(yàn)時(shí)，控制系統(tǒng)30首先向z向電液伺服閥6發(fā)出指令信 號(hào)，控制z向作動(dòng)器7向加載平臺(tái)14施加最大可達(dá)60麗的作用力。然后，控制系統(tǒng)30再 向y向電液伺服閥10發(fā)出頻率不小于〇. 〇〇3Hz的往復(fù)動(dòng)作指令信號(hào)，從而y向作動(dòng)器11 向加載平臺(tái)施加往復(fù)頻率不小于〇. 〇〇3Hz、最大作用力可達(dá)6MN、最大行程可達(dá)± 1500mm的 載荷。由此實(shí)現(xiàn)試件單向低速壓剪試驗(yàn)加載。
[0052] 當(dāng)進(jìn)行雙向低速壓剪試驗(yàn)時(shí)，控制系統(tǒng)30首先向z向電液伺服閥6發(fā)出指令信 號(hào)，控制z向作動(dòng)器7向加載平臺(tái)14施加最大可達(dá)60麗的作用力。然后，控制系統(tǒng)30再 向X向電液伺服閥8發(fā)出頻率不小于0. 003Hz往復(fù)動(dòng)作指令信號(hào)，從而X向作動(dòng)器9向加 載平臺(tái)同時(shí)施加往復(fù)頻率不小于〇. 〇〇3Hz、水平雙向最大作用力可達(dá)6MN、雙向最大行程可 達(dá)± 500mm的載荷。由此此實(shí)現(xiàn)試件雙向低速壓剪試驗(yàn)加載。
[0053] 當(dāng)進(jìn)行單向高速壓剪試驗(yàn)時(shí)，控制系統(tǒng)30首先向z向電液伺服閥6發(fā)出指令信 號(hào)，控制z向作動(dòng)器7向加載平臺(tái)施加最大可達(dá)60MN的作用力。然后，控制系統(tǒng)30再向X 向電液伺服閥8發(fā)出0. 5Hz或1Hz往復(fù)動(dòng)作指令信號(hào)，同時(shí)蓄能器5打開(kāi)以向x向作動(dòng)器 9補(bǔ)充液壓油，從而使X向作動(dòng)器9向加載平臺(tái)施加往復(fù)頻率0. 5Hz或1Hz、最大作用力可 達(dá)6MN、最大行程可達(dá)±500mm的載荷。由此完成試件單向高速壓剪試驗(yàn)加載。
【權(quán)利要求】
1. 一種多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，包括由頂橫梁（17)、移動(dòng)橫梁（16)、框架立柱（15)、加載 平臺(tái)（14)、底座（18)組成的加載框架，加載平臺(tái)安裝在底座上，在底座上圍繞加載平臺(tái)外 側(cè)樹(shù)立有多個(gè)框架立柱，框架立柱（15)頂部固定有頂橫梁（17)，在立柱之間安裝有沿立柱 堅(jiān)直方向運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)橫梁（16)，其特征在于，還包括由作動(dòng)器、電液伺服閥、傳感器、蓄能器 (5)、控制系統(tǒng)（30)組成的液壓系統(tǒng)，所述加載平臺(tái)由置于其底部和側(cè)面的多組作動(dòng)器驅(qū) 動(dòng)，所述傳感器為力和位移傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，所述作動(dòng)器包括置于加 載平臺(tái)（14)底部驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行z向運(yùn)動(dòng)的z向作動(dòng)器（7)，置于加載平臺(tái)X向側(cè)面的X向作 動(dòng)器（9)以及置于加載平臺(tái)y向側(cè)面的 7向作動(dòng)器（11)，其中，z向作動(dòng)器上設(shè)置有z向傳 感器（31)，X向作動(dòng)器上設(shè)置有X向傳感器（32)，y向作動(dòng)器上設(shè)置有y向傳感器（33)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，還包括在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中 保持加載平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的下壓作動(dòng)器（13)，下壓作動(dòng)器上設(shè)置有下壓傳感器（34)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，所述頂橫梁（17)、框架 立柱（15)、底座（18)被固定為一個(gè)整體框架，該整體框架垂直方向和水平方向剛度均小于 1/2000。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，所述加載平臺(tái)（14)與底 座（18)之間具有動(dòng)壓油膜，使得其間的摩擦系數(shù)不大于0. 0025。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，所述z向作動(dòng)器（7)固定 連接在加載平臺(tái)（14)上并在z向隨之運(yùn)動(dòng)； 所述X向作動(dòng)器（9)對(duì)稱(chēng)布置在加載平臺(tái)（14) X向兩側(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，所述y向作動(dòng)器（11)單 向布置在加載平臺(tái)（14) y向一側(cè)，加載平臺(tái)y向另一側(cè)設(shè)置為用于試件裝卸的窗口。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，所述z向作動(dòng)器（7)、x向 作動(dòng)器（9)和y向作動(dòng)器（11)執(zhí)行靜態(tài)加載。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，所述X向作動(dòng)器（9)和y 向作動(dòng)器（11)執(zhí)行動(dòng)態(tài)加載。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多維動(dòng)靜態(tài)加載設(shè)備，其特征在于，所述Z向作動(dòng)器（7)數(shù) 量為6支，每支最大載荷為22MN，最大行程250_ ;所述X向作動(dòng)器（9)數(shù)量為每側(cè)各3支， 每支最大靜載荷為15MN，最大動(dòng)載荷為1MN，最大行程為±500mm;所述y向作動(dòng)器（11)數(shù) 量為2支，每支最大靜載荷為3MN，最大行程為± 1500mm。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK203908788SQ201420263233
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】宋中南, 李云貴, 孫建運(yùn), 史鵬飛, 李偉, 李雨亭, 趙永曦, 劉慧然 申請(qǐng)人:中國(guó)建筑股份有限公司