水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置，包括反力架，反力架的下表面连接卡槽机构，钢珠板位于上下设置的上部钢板和带凹槽的钢板之间，钢珠板和上部钢板设置于卡槽机构中，带凹槽钢板的下表面设有与钢球表面相配合的第一凹槽，钢球的上半部分位于第一凹槽中，下半部分位于压力传感器上的第二凹槽中，压力传感器下端设置于能够竖向加载的千斤顶上，千斤顶的下端固定于和被加载对象直接接触的下部钢板上。该发明同时公开了利用该装置的加载方法。本发明解决了施加水平荷载后物体产生的转角问题，保证在施加水平荷载时物体和竖向加载装置之间无相对水平位移，竖向荷载作用点和大小不会随着水平位移的增加而改变。
【专利说明】水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置及方法。
【背景技术】
[0002]在进行水平荷载和竖向荷载同时作用的试验时，往往是直接将加载装置放置在加载对象上，或者是竖向荷载加载装置和加载对象之间通过铰接连接，这样虽然解决加载过程中物体产生的转角问题，但在物体和加载装置之间仍然有相对的水平位移，这样就导致竖向荷载随着水平位移的增加逐渐减小，甚至发生严重倾斜导致试验被迫终止。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置及方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0005]一种水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置，包括用于提供反力的反力架，反力架的下表面固定连接有能保证钢珠板直线运动的卡槽机构，钢珠板位于上下设置的上部钢板和带凹槽的钢板之间，钢珠板和上部钢板设置于卡槽机构中，带凹槽钢板的下表面设有与钢球表面相配合的第一凹槽，钢球的上半部分位于第一凹槽中，下半部分位于压力传感器上的第二凹槽中，压力传感器下端设置于能够竖向加载的千斤顶上，千斤顶的下端固定于和被加载对象直接接触的下部钢板上。
[0006]所述反力架由工字钢拼装焊接组成，整体呈倒U型，且其两端部通过螺栓与反力架固定装置连接。
[0007]所述卡槽机构包括由螺栓连接在反力架底部两边位置的两根平行设置的长条钢板，钢珠板和板上部钢板放置在卡槽中，通过卡槽来保证钢珠板的直线运动。
[0008]钢珠板和上部钢板的高度和小于两长条钢板的高度。
[0009]所述钢珠板包括两层平行设置的钢片，钢片上设有若干相对应的孔，两层钢片之间的设有卡在钢片的孔中且能自动转动的钢珠，且钢片上的孔的直径小于钢珠的直径。
[0010]所述钢珠与上下钢板接触位置涂抹润滑油。
[0011]一种利用水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置的加载方法，包括先施加竖向荷载再施加水平荷载和先施加水平荷载再施加竖向荷载；
[0012]其中，先施加竖向荷载再施加水平荷载时:
[0013]1-1)将反力架用螺栓连接在固定装置上并将卡槽机构连接在反力架上，再将千斤顶下部钢板和压力传感器分别用螺栓和千斤顶连接完毕；
[0014]1-2)压力传感器上放置钢球，按照从下至上的顺序分别放置带凹槽钢板、钢珠板、上部钢板，并涂抹润滑油；
[0015]1-3)整个装置放置在被加载对象中间位置上，慢慢施加竖向荷载，并观察压力传感器表盘读数，施加竖向荷载时，应减去压力传感器、竖向加载千斤顶和千斤顶底部钢板的重力；
[0016]1-4)竖向荷载施加完成后，施加水平荷载；
[0017]先施加水平荷载再施加竖向荷载时:
[0018]2-1)将反力架用螺栓连接在固定装置上并将卡槽机构连接在反力架上，再将千斤顶下部钢板和压力传感器分别用螺栓和千斤顶连接完毕；
[0019]2_2)施加水平荷载；
[0020]2-3)压力传感器上放置钢球，按照从下至上的顺序分别放置带凹槽钢板、钢珠板、上部钢板，并涂抹润滑油；
[0021]2-4)整个装置放置在被加载对象中间位置上，慢慢施加竖向荷载，并观察压力传感器表盘读数，施加竖向荷载时，应减去压力传感器、竖向加载千斤顶和千斤顶底部钢板的重力。
[0022]本发明的钢珠板是由大小相等的众多钢珠组成，在钢珠中间部位设置两层薄钢片，保证钢珠成一个平整整体，钢珠上下与钢板接触位置涂抹润滑油。钢珠板既能保证竖向加载装置的水平滑动，又能保证竖向荷载的均匀传递。
[0023]反力架由工字钢焊接而成，整体呈倒U型，并通过螺栓与反力架固定装置连接。可提供最大为200kN的反力。
[0024]卡槽为两根长条钢板，用螺栓连接在反力架的底部，保证钢珠板运动过程中不会偏离反力架，保证钢珠板的直线移动。
[0025]带凹槽钢板厚度为20mm，中间部位设置有球形凹槽，其尺寸与压力传感器凹槽尺寸相同。钢板上部涂有润滑油，减小钢珠板与钢板之间的摩擦力。
[0026]钢球放置在压力传感器凹槽和钢板凹槽中间，使得千斤顶与钢板的连接为铰接。该装置避免了在水平荷载和竖向荷载作用下产生的水平位移导致加载对象旋转和竖向荷载偏心问题。
[0027]千斤顶最大伸长量为20cm，能够提供最大150000N的竖向荷载，其上部通过螺栓与压力传感器连接，为保证竖向荷载均匀分布在加载对象上，千斤顶下部设置厚度20mm的下部钢板，千斤顶与下部钢板通过内六角螺栓连接，使千斤顶、压力传感器和钢板成为一个整体。压力传感器，精度为2N。
[0028]本发明有益效果:
[0029]1、本发明不仅能够解决施加水平荷载后物体产生的转角问题，而且能够保证在施加水平荷载时物体和竖向加载装置之间无相对水平位移，从而保证竖向荷载作用点和大小不会随着水平位移的增加而改变。在做物体承受水平荷载和竖向荷载共同作用试验时，竖向荷载一旦发生偏转，根据力的分解定律，竖向荷载就会分解成一个与水平加载方向相同的水平分力，从而导致竖向荷载减小且增加加载对象的水平位移，因而严重影响试验结果。本发明试验装置能够让竖向加载千斤顶与加载对象始终保持垂直而不发生偏转，当加载对象产生水平位移时，加载装置能够和加载对象一起运动，保证了加载位置不会发生改变。本发明不仅能够保证试验结果的精确性，而且能够更加真实的模拟物体同时承受水平荷载和竖向荷载时的实际工作状态。
[0030]2、本发明压力传感器的精度为2N，精度较高，并且能够实时监测荷载，便于随时调节荷载大小。压力传感器上部带有半球形凹槽，内部放置钢珠，保证加载装置在竖直方向的转动。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为竖向加载装置整体主视图；
[0032]图2及图3均为加载装置局部放大图；
[0033]图4为钢珠板俯视图；
[0034]其中1、反力架，2、卡槽机构，3、钢球，4、压力传感器，5、竖向加载千斤顶，6、下部钢板，7、上部钢板，8、钢珠板，9、带凹槽钢板，10、水平载荷，11、加载对象。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0036]如图1-图4所不,一种水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置,包括用于提供反力的反力架1，反力架I的下表面固定连接有能保证钢珠板8直线运动的卡槽机构2，钢珠板8位于上下设置的上部钢板7和带凹槽的钢板9之间，钢珠板8和上部钢板7设置于卡槽机构2中，带凹槽钢板9的下表面设有与钢球3表面相配合的第一凹槽，钢球3的上半部分位于第一凹槽中，下半部分位于压力传感器4上的第二凹槽中，压力传感器4下端设置于能够竖向加载的千斤顶5上，千斤顶5的下端固定于和被加载对象11直接接触的下部钢板6上。
[0037]反力架I由工字钢拼装焊接组成，整体呈倒U型，且其两端部通过螺栓与反力架固定装置连接。
[0038]卡槽机构2包括由螺栓连接在反力架I底部两边位置的两根平行设置的长条钢板，钢珠板8和上部钢板7放置在卡槽机构2中，通过卡槽来保证钢珠板8的直线运动。钢珠板8和上部钢板7的高度和小于两长条钢板的高度。
[0039]钢珠板8包括两层平行设置的钢片，钢片上设有若干相对应的孔，两层钢片之间的设有卡在钢片的孔中且能自动转动的钢珠，且钢片上的孔的直径小于钢珠的直径。钢珠与上下钢板接触位置涂抹润滑油。
[0040]一种利用水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置的加载方法，包括先施加竖向荷载再施加水平荷载10和先施加水平荷载10再施加竖向荷载；
[0041]其中，先施加竖向荷载再施加水平荷载时:
[0042]首先将反力架I用螺栓连接在固定装置上，并将卡槽机构2连接在反力架I上，再将千斤顶下部钢板6和压力传感器3分别用螺栓和千斤顶5连接完毕；
[0043]进一步，压力传感器4上放置钢球3，按照从下至上的顺序分别放置带凹槽钢板9、钢珠板8、上部钢板7，并涂抹润滑油；
[0044]进一步，图2所示整个装置放置在被加载对象11中间位置上，慢慢施加竖向荷载，并观察压力传感器表盘读数，施加竖向荷载时，应减去压力传感器4、竖向加载千斤顶5和千斤顶底部钢板6的重力；
[0045]进一步，竖向荷载施加完成后，施加水平荷载10 ；
[0046]先施加水平荷载10再施加竖向荷载时:
[0047]首先将反力架I用螺栓连接在固定装置上并将卡槽机构2连接在反力架I上，再将千斤顶下部钢板6和压力传感器3分别用螺栓和千斤顶5连接完毕；
[0048]进一步，施加水平荷载10 ；
[0049]进一步，压力传感器4上放置钢球3，按照从下至上的顺序分别放置带凹槽钢板9、钢珠板8、上部钢板7，并涂抹润滑油；
[0050]进一步，图2所示整个装置放置在被加载对象11中间位置上，慢慢施加竖向荷载，并观察压力传感器表盘读数，施加竖向荷载时，应减去压力传感器4、竖向加载千斤顶5和千斤顶底部钢板6的重力。
[0051]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种水平荷载和竖向荷载共同作用下竖向加载装置，其特征是，包括用于提供反力的反力架，反力架的下表面固定连接有能保证钢珠板直线运动的卡槽机构，钢珠板位于上下设置的上部钢板和带凹槽的钢板之间，钢珠板和上部钢板设置于卡槽机构中，带凹槽钢板的下表面设有与钢球表面相配合的第一凹槽，钢球的上半部分位于第一凹槽中，下半部分位于压力传感器上的第二凹槽中，压力传感器下端设置于能够竖向加载的千斤顶上，千斤顶的下端固定于和被加载对象直接接触的下部钢板上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述反力架由工字钢拼装焊接组成，整体呈倒U型，且其两端部通过螺栓与反力架固定装置连接。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述卡槽机构包括由螺栓连接在反力架底部两边位置的两根平行设置的长条钢板。
4.如权利要求3所述的装置，其特征是，钢珠板和上部钢板的高度和小于两长条钢板的高度。
5.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述钢珠板包括两层平行设置的钢片，钢片上设有若干相对应的孔，两层钢片之间的设有卡在钢片的孔中且能自动转动的钢珠，且钢片上的孔的直径小于钢珠的直径。
6.如权利要求5所述的装置，其特征是，所述钢珠与上部钢板和带凹槽钢板接触位置均涂抹有润滑油。
7.一种利用权利要求6所述加载装置的加载方法，其特征是，包括先施加竖向荷载再施加水平荷载和先施加水平荷载再施加竖向荷载； 其中，先施加竖向荷载再施加水平荷载时: 1-1)将反力架用螺栓连接在固定装置上并将卡槽机构连接在反力架上，再将千斤顶下部钢板和压力传感器分别用螺栓和千斤顶连接完毕； 1-2)压力传感器上放置钢球，按照从下至上的顺序分别放置带凹槽钢板、钢珠板、上部钢板，并涂抹润滑油； 1-3)整个装置放置在被加载对象中间位置上，慢慢施加竖向荷载，并观察压力传感器表盘读数，施加竖向荷载时，应减去压力传感器、竖向加载千斤顶和千斤顶底部钢板的重力； 1-4)竖向荷载施加完成后，施加水平荷载； 先施加水平荷载再施加竖向荷载时: 2-1)将反力架用螺栓连接在固定装置上并将卡槽机构连接在反力架上，再将千斤顶下部钢板和压力传感器分别用螺栓和千斤顶连接完毕； 2-2)施加水平荷载； 2-3)压力传感器上放置钢球，按照从下至上的顺序分别放置带凹槽钢板、钢珠板、上部钢板，并涂抹润滑油； 2-4)整个装置放置在被加载对象中间位置上，慢慢施加竖向荷载，并观察压力传感器表盘读数，施加竖向荷载时，应减去压力传感器、竖向加载千斤顶和千斤顶底部钢板的重力。
【文档编号】G01N19/00GK103558147SQ201310552301
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】宋修广, 岳红亚, 庄培芝, 周志东, 张宏博, 吴建清 申请人:山东大学