一种柱的充气式加载定位装置及加载定位方法
【专利摘要】本发明涉及结构试验领域，具体涉及一种土木工程中受压柱试验的加载定位装置，特别适用于荷载和环境耦合作用下受压柱的二次加载。加载定位装置包括由”工”型下底板、”工”型上底板、单边缺口的气囊、充气管、放气管、止回阀、充气筒、竖向导杆、竖向导套和限位块组成的垂直升降系统，以及定位辅助框与水平移动和固定系统。装置能够一次性快速准确且稳定对准任意预设加载位置，加载定位装置不仅可以自由水平移动，而且还可自由垂直升降，能满足不同大小和不同结构的受压柱的加载需求，保证受压柱在定位过程中始终保持垂直稳定。
【专利说明】一种柱的充气式加载定位装置及加载定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木工程结构试验领域，具体涉及一种土木工程中受压柱试验的加载定位装置及加载定位方法，特别适用于荷载和环境耦合作用下受压柱的二次加载。
【背景技术】
[0002]土木工程结构试验中，经常要对钢柱、钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行静力受压加载试验。为了准确模拟试件端部约束条件和保证加载位置的准确性，常常采用刀绞或球绞支座，由于刀绞或球绞支座是线或点接触，因此其具有不稳定性(如图1所示)，在试验就位时，必须由人把柱子扶住才能保证柱子垂直不倾倒。在柱的加载试验中，加载位置通常是一条线或一个点，受压柱尺度大，重量大，往往重达数吨，无论是中心加载还是偏心加载，如何保持受压柱的垂直稳定以及如何快速对准预设的加载位置一直都是结构试验中的难题。
[0003]目前，普遍采用的方法是人工扶正和对准，由操作人员将受压柱抬到试验台或万能试验机操作平台上，然后一边扶正一边调整千斤顶，在对准的同时将荷载加到受压柱上。这种方法需要众多的劳动力，一般4-5人，而且对准难度特别大，经常需要多次才能对准。此外，由于受压柱尺度大，重量大，又是高空作业，稍不留神受压柱即会发生倾倒，轻者造成试验失败，重则危及试验设备和人员的安全。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中无法快速对准预设加载位置，需要众多劳动力，移动难度大、容易倾倒等缺陷，本发明所要解决的问题是提供一种能够一次性、快速准确且稳定对准任意预设加载位置(一条线或一个点)的加载定位装置，所述的加载定位装置不仅可以自由水平移动，而且还可自由垂直升降，能满足不同大小和不同结构的受压柱的加载需求，特别重要的是，可以保证受压柱在定位过程中始终保持垂直稳定，避免了受压柱在定位过程中发生倾倒。所述的受压柱是指拟进行受压试验的柱子。
[0005]对于柱的加载试验，现有技术普遍采用的定位方法是人工扶正和对准，由操作人员将受压柱抬到试验台或万能试验机操作平台上，然后一边扶正一边调整千斤顶，在对准的同时将荷载加到受压柱上。这种方法一般需要众多的劳动力，而且对准难度特别大。本发明的加载定位装置是采用中空结构将受压柱从底部托起，让受压柱悬空，通过两块水平滑动支撑板保证受压柱的垂直稳定性，由于其处于悬空状态，因此，无论是水平运动还是垂直升降，受压柱均保持垂直稳定不倾倒。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种柱的充气式加载定位装置，所述的加载定位装置包括垂直升降系统、定位辅助框、水平移动和固定系统(参见图3、4、5、6)，其中:
所述的定位辅助框为中空结构，能够在水平和竖直方向任意移动，用于支撑受压柱并保证在加载定位过程中受压柱始终保持垂直稳定； 所述的水平移动系统和固定系统用于使受压柱在水平方向任意移动和用于使定位后的定位辅助框和其上的受压柱保持静止；
所述的垂直升降系统用于使受压柱在竖直方向任意移动并保持任意高度，所述垂直升降系统包括”工”型下底板、”工”型上底板、单边缺口的气囊、充气管、放气管、止回阀、充气筒、竖向导杆、竖向导套和限位块；所述气囊(参见图6)布置在”工”型下底板和”工”型上底板之间并与上”工”型下底板紧密连接，所述气囊的四周为皱褶形状，充气时伸长，放气时收缩，所述充气管的一端连接气囊另一端连接充气筒，所述放气管的一端连接气囊另一端自由，所述止回阀布置在充气管和放气管上，所述竖向导杆布置在”工”型下底板顶面的四个角部，所述竖向导套对应导杆的位置布置在”工”型上底板上。
[0007]所述竖向导杆和竖向导套的功能在于竖向导杆和”工”型下底板连接，竖向导套和”工”型上底板连接，竖向导套穿入四个竖向导杆后，”工”型上底板在垂直升级运动时能整体保持水平且不发生偏移。”工”型下底板、”工”型上底板的功能一是在于方便固定竖向导杆、导套和滚珠；二是在受压柱就位前和就位后能方便的从受压柱底部移进和移出。单边缺口气囊(参见图6)的功能一是在于实现”工”型上底板的升降；二是设置单边缺口后在受压柱就位前和就位后能方便的从受压柱底部移进和移出。止回阀的功能一是在于保证气体只沿一个方向流动，提高充气和放气的效率；二是关闭止回阀，气体不再流动，从而能保证连接与气囊的”工”型上底板保持静止。气囊四周为皱褶形状的功能在于实现气囊高度伸缩的需要。将带有竖向导套的”工”型上底板套在带有竖向导杆的”工”型下底板上，关闭放气管上的止回阀，充气筒充气，气囊上升带动”工”型上底板沿竖向导杆垂直向上移动，关闭止回阀，气囊不再充气，”工”型上底板停止运动保持一定高度，缓慢旋松放气管上的止回阀，气囊中的气体放出气囊降低，气囊降低带动其上的”工”型上底板沿竖向导杆垂直向下移动，从而实现”工”型上底板的垂直上下升降。
[0008]将受压柱放在所述的定位辅助框上，所述的定位辅助框高度大于刀铰支座的高度，水平移动所述的定位辅助框使其上的受压柱到达预设的加载位置，降低所述的垂直升降系统使受压柱准确落在预设的加载位置并与其接触，使受压柱的自重由预设的加载位置承担，对受压柱施加荷载使受压柱在两端刀铰支座的作用下保持稳定后，继续降低所述的垂直升降系统，使其与受压柱脱离，然后将所述的定位辅助框移出，施加荷载对柱进行力学性能试验。
[0009]所述的刀铰支座由带凹口的V型第一加载支座和带凸头的V型第二加载支座组成，所述带凹口的V型第一加载支座选自带有中心通孔的V型第一加载支座和不带中心通孔的第一加载支座，将所述的第二加载支座的V型凸头放入第一加载支座的V型凹口后，两个支座的叠加高度之和为刀铰支座的高度。根据加载试验的需要，选用带有中心通孔或不带中心通孔的第一加载支座，当对荷载和环境耦合作用下受压柱进行二次加载时，选用带中心通孔的第一加载支座和第二加载支座组合组成的刀绞支座，其它加载情况选用不带中心通孔的第一加载支座和第二加载支座组合组成的刀绞支座。所述的刀铰支座的V型尖端即为第二加载支座的V型尖端。
[0010]作为优选，本发明充气式加载定位装置的水平移动和固定系统包括”工”型下底板和均匀分布在”工”型下底板四个角部的滚珠，所述滚珠镶嵌在”工”型下底板上且可沿任意方向移动，所述滚珠具有锁定功能。滚珠的功能在于实现装置水平方向任意移动。[0011]作为优选，本发明充气式加载定位装置的充气筒为脚踏式或手动式或电动式。
[0012]作为优选，本发明充气式加载定位装置所述的限位块为圆形筒体套设在的四个导杆上，或所述限位块为长方体块布设在”工”型下底板11的四个角部，所述限位块38的高度不小于气囊31放完气体后的高度。所述限位块的功能在于限制”工”型上底板12的最低下降高度。
[0013]作为优选，本发明充气式加载定位装置的定位辅助框包括“工”型上底板、水平滑动支撑板和水平“丄”滑槽，所述水平“丄”滑槽设在”工”型上底板的两平行端，所述水平“丄”滑槽的两端开有圆形孔，所述水平滑动支撑板两端设有“丄”连接头(参见图7)。“丄”连接头从水平滑槽的两端的圆形孔中穿入，通过在滑槽内水平滑动来调整两水平滑动支撑板之间的距离以满足承托不同截面尺寸的柱子，所述水平滑槽的两端圆形孔的功能在于“丄”连接头能穿入水平“丄”滑槽，水平“丄”滑槽的功能在于“丄”连接头在保证水平滑动支撑板仅在“丄”滑槽水平运动而不上下运动，所述两块水平滑动支撑板与”工”型上底板的12的两平行段围成中空矩形框，所述两块水平滑动支撑板之间的净距小于柱子底边搁置方向的长度，所述两块水平滑动支撑板用于搁置试验柱确保柱子垂直稳定不倾倒。
[0014]作为优选，本发明充气式加载定位装置所述的气囊可用气动元件替换，所述的气动元件在”工”型下底板上成对均匀对称布置(参见图10)。成对布置的功能在于保证气动元件上升下降时的推动力对称均匀。
[0015]更优选的，本发明充气式加载定位装置所述的成对均匀对称布置的气动元件采用并联形式连接。并联连接的功能在于保证各个气动元件气缸的进气和出气相同，进而保证气动元件的活塞杆能同步上升和下降。
[0016]更优选的，本发明充气式加载定位装置所述的成对均匀对称布置的气动元件为单动气缸，充气时活塞杆上升、放气时活塞杆下降。
[0017]更优选的，本发明充气式加载定位装置所述的成对均匀对称布置的气动元件为双动气缸，给充气管充气时活塞杆上升、给放气管充气时活塞杆下降。当采用这种气动元件时，在充气管和放气管连接气筒的位置设置一个转换阀(参见图11)，其功能在于根据需要对充气管和放气管的充气进行转化，用一个充气筒即可实现对充气管和放气管的充气，节省了 一个充气筒。
[0018]本发明加载定位装置的原理示意图参见图2，其原理是:在受压柱的底端设置两块水平滑动支撑板，受压柱搁置在水平滑动支撑板上，由水平滑动支撑板将受压柱整体托起。水平滑动支撑板设置在受压柱的下底面两端，因此保证了受压柱的垂直稳定，水平滑动支撑板之间的距离可任意调整以满足支撑不同大小受压柱的需要，水平滑动支撑板的高度可以任意升降以满足不同高度刀铰支座的需要，水平滑动支撑板可水平任意移动以满足快速对准任意加载位置的需要，即本发明的加载定位装置可托起受压柱到达三维空间的任意位置，因此轻松实现了对受压柱加载的快速准确定位，且不需要人扶。试验时，只需调整水平滑动支撑板之间的距离，将受压柱搁置于水平滑动支撑板之上，通过垂直升降系统调整水平滑动支撑板的高度，使支撑于其上的受压柱的下底面高于刀铰支座一定距离(一般可以是5-20毫米)，以保证水平滑动支撑板可水平无障碍移动，通过水平移动和固定系统在水平面内缓慢移动水平滑动支撑板使支撑于其上的受压柱的拟加载位置在垂直方向准确对准刀铰支座的V型尖端，然后降低升降系统使支撑于水平滑动支撑板上的受压柱的下底面与刀铰支座接触，受压柱的自重由刀铰支座承担，如此，便实现了对受压柱加载试验的准确定位。
[0019]基于本发明的加载定位装置，本发明还提供一种柱的加载定位方法，包括如下步骤:
(1)确定柱的加载位置，即偏心距，所述偏心距为荷载作用位置至柱轴线的距离；
(2)将拟进行受压试验的柱子放在定位辅助框上；
(3)关闭放气管33上的止回阀，充气筒35充气，气囊31上升带动”工”型上底板12沿竖向导杆垂直向上移动，当置于其上的柱子悬空高度大于刀绞支座的高度时(即大于带凹口的V型第一加载支座和带V型凸头的第二加载支座叠加高度之和)，关闭充气管32上的止回阀33，气囊31不再充气，”工”型上底板12停止运动保持一定高度；
(4)将一刀绞支座放到柱子的顶面，使刀铰支座V型剖口的尖端在垂直方向准确对准拟加载位置；
(5)水平移动所述的定位辅助框至试验系统的施力位置处；
(6)将另一刀绞支座放到柱子的下底面加载处，同样使刀铰支座V型剖口的尖端在垂直方向准确对准拟加载位置；
(7)通过步骤(2)- (6)实现对柱子加载位置的对准后，旋松放气管33上的止回阀，气囊31中的气体放出气囊31降低，气囊31降低带动其上的”工”型上底板沿竖向导杆36垂直向下移动，当支撑于水平滑动支撑板13上的柱子的下底面与刀铰支座接触时，柱子的自重由刀铰支座承担，关闭放气管33上的止回阀34 ；
(8)对受压柱施加荷载使受压柱在两端刀铰支座的作用下保持稳定后，再次缓慢旋松放气管33上的止回阀34降低”工”型上底板12，使其与受压柱脱离；
(9)滑动水平滑动支撑板至滑槽两端的圆形孔，取下一个水平滑动支撑板，所述的定位辅助框便可从柱子底部移出。
[0020]本发明的有益效果主要表现在:
1、本发明的加载定位装置不仅可以水平移动，而且还可自由升降，停止在任意高度，不仅成功解决了受压加载试验中受压柱的垂直稳定和快速对准问题，而且还解决了不同大小和不同结构受压柱的加载定位需要。
[0021]2、本发明的加载定位装置中支撑受压柱的水平滑动支撑板通过在滑槽内水平滑动来调整两水平滑动支撑板之间的距离以满足承托不同截面尺寸的柱子，成功解决了不同尺寸和不同形状受压柱的加载定位需要。
[0022]3、本发明的加载定位装置自身重量轻、体积小，且加载定位装置中支撑受压柱的水平滑动支撑板通过“丄”连接头从水平滑槽两端的圆形孔中穿入，在受压柱准确定位后放气降低”工”型上底板，再滑动水平滑动支撑板至滑槽两端的圆形孔即可轻松将水平滑动支撑板取下，进而加载定位装置便可从受压柱底部方便移出，成功消除了定位装置和升降平台对试验的影响。
[0023]4、本发明的加载定位装置通过锁定滚珠使其不能转动，保证定位装置水平方向不发生移动，确保了受压柱在加载稳定之前由于荷载作用而轻微滑动。
[0024]5、本发明的加载装置将受压柱托起后定位，可快速准确实现对受压柱的定位加载，且可任意对准改变的加载位置，更有利于对受压柱的受力研究，改变加载位置速度快，容易实现，通过加载定位装置后受压柱的定位不再需要人扶，解决了受压柱由于尺度大，重量大，又是高空作业，稍不留神受压柱即会发生倾倒，轻者造成试验失败，重则危及试验设备和人员安全的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为现有技术中柱的加载定位结构示意图。
[0026]图2为本发明的加载定位装置的发明原理示意图。
[0027]图3为本发明的加载定位装置的结构示意图。
[0028]图4为本发明的加载定位装置的侧面结构示意图。
[0029]图5为本发明的加载定位装置的顶面结构示意图。
[0030]图6为本发明气囊的平面布置示意图。
[0031]图7为本发明水平滑动支撑板与”工”型上底板的滑动连接结构示意图。
[0032]图8为本发明的加载定位装置实现一次加载的实施示意图。
[0033]图9为本发明的加载定位装置实现二次加载的实施示意图。
[0034]图10为本发明气动元件的平面布置示意图。
[0035]图11为本发明转换阀的平面布置示意图。
[0036]图中:
11是”工”型下底板、12是”工”型上底板、13是水平滑动支撑板、14是水平“丄”滑槽、15是“丄”连接头、16是圆形孔；
31是单边缺口的气囊、32是充气管、33是放气管、34是止回阀、35是充气筒、36是竖向导杆、37是竖向导套，38是限位块、39是气动元件、40是转化阀；
21是滚珠；
51是柱、52是预留孔、53是拉力筋、54是垫板、55是锚固螺栓、56是带凹口的V型第一加载支座、561是带有中心通孔的V型第一加载支座、562是不带中心通孔的V型第一加载支座、57是带V型凸头的第二加载支座，567是刀铰支座、58是试验机或反力架、59是千斤顶，510是柱的轴线，511是荷载作用位置，512是偏心距。
[0037]61是第一加载支座的中心通孔，62为刀铰支座的V型尖端。
【具体实施方式】
[0038]本发明提供一种柱的充气式加载定位装置，所述的加载定位装置包括垂直升降系统、定位辅助框、水平移动和固定系统(参见图3、4、5)，其中:
所述的定位辅助框为中空结构，能够在水平和竖直方向任意移动，用于支撑受压柱并保证在加载定位过程中受压柱始终保持垂直稳定；
所述的水平移动系统和固定系统用于使受压柱在水平方向任意移动和用于使定位后的定位辅助框和其上的受压柱保持静止；
所述的垂直升降系统用于使受压柱在竖直方向任意移动并保持任意高度，所述垂直升降系统包括”工”型下底板11、”工”型上底板12、单边缺口的气囊31、充气管32、放气管33、止回阀34、充气筒35、竖向导杆36、竖向导套37和限位块38 ;所述气囊31布置在”工”型下底板11和”工”型上底板12之间并与上”工”型下底板紧密连接，所述气囊的四周为皱褶形状，充气时伸长，放气时收缩，所述充气管的一端连接气囊31另一端连接充气筒35，所述放气管32的一端连接气囊31另一端自由，所述止回阀34布置在充气管32和放气管33上，所述竖向导杆36布置在”工”型下底板11顶面的四个角部，所述竖向导套37对应导杆36的位置布置在”工”型上底板12上。
[0039]其中:
所述水平移动和固定系统包括”工”型下底板11和均匀分布在”工”型下底板11四个角部的滚珠21，所述滚珠21镶嵌在”工”型下底板11上且可沿任意方向移动，所述滚珠21具有锁定功能。
[0040]所述充气筒35为脚踏式或手动式或电动式。
[0041]所述限位块38为圆形筒体套设在的四个导杆36上，或所述限位块38为长方体块布设在”工”型下底板11的四个角部，所述限位块38的高度不小于气囊31放完气体后的高度。
[0042]所述定位辅助框包括“工”型上底板12、水平滑动支撑板13和水平“丄”滑槽14，所述水平“丄”滑槽设在”工”型上底板的两平行端，所述水平“丄”滑槽的两端开有圆形孔16，所述水平滑动支撑板两端设有“丄”连接头15。
[0043]所述的气囊31为气动元件39，所述的气动元件39在”工”型下底板11上成对均匀对称布置。
[0044]所述的成对均匀对称布置的气动元件39采用并联形式连接。
[0045]所述的成对均匀对称布置的气动元件为单动气缸。
[0046]所述的成对均匀对称布置的气动元件为双动气缸。
[0047]下面具体说明利用本发明的加载定位装置实现柱的加载试验。
[0048]实施例1:一次加载试验(参见图8)
(I)一组4个钢筋混凝土柱51，其截面尺寸为200 X 200mm，高度为2200mm，偏心距512(荷载作用位置至受压柱轴线的距离)分别为O mm、20 mm、40mm、100 mm, C30混减土,柱的主筋为4φ 20，箍筋力t 6.50，保
护层15 _，对柱51进行承载力试验，柱的加载位置即为偏心距512，即分别为:0 _ (轴线处)、20 mm、40mm、1 PO mm。
[0049](2)将拟进行受压试验的偏心距为100 mm的柱子51放在定位辅助框上；
(3)关闭放气管33上的止回阀，充气筒35充气，气囊31上升带动”工”型上底板12沿竖向导杆36垂直向上移动，当置于其上的柱子悬空高度大于刀绞支座的高度时(即大于带凹口的V型第一加载支座和带V型凸头的第二加载支座叠加高度之和)，关闭止回阀34，气囊31不再充气，”工”型上底板12停止运动保持一定高度；
(4)将一刀绞支座567放到柱子的顶面，使刀铰支座V型剖口的尖端62在垂直方向准确对准步骤(I)确定柱上端的加载位置，本例是将柱的偏心距画在柱的表面，并在所述刀铰支座的V型尖端侧面画垂线，V型尖端62侧面的垂线和柱的偏心距重合；
(5)水平移动所述的定位辅助框至试验系统的施力位置处，本例采用长柱试验机58进行加载，即通过加载定位装置将柱移动到试验机千斤顶59的下方，使千斤顶的中心和第二加载支座57的中心对准；
(6)将另一个刀铰支座567放到柱的下底面加载处，同样使所述刀铰支座的V型尖端62在垂直方向准确对准步骤(I)确定的柱下端的加载位置后，缓慢旋松放气管33上的止回阀34，降低垂直升降系统，使柱的下底面与所述刀铰支座567接触；本例将柱的偏心距画在柱的表面，并在所述刀铰支座的V型尖端62侧面画垂线，V型尖端侧面的垂线和柱的偏心
距重合；
(7)通过步骤(2)- (6)实现对柱子加载位置的对准后，缓慢旋松放气管33上的止回阀34，气囊31中的气体放出，气囊31降低，气囊31降低带动其上的”工”型上底板12沿竖向导杆36垂直向下移动，当支撑于水平滑动支撑板13上的柱子51的下底面与刀铰支座567接触时，柱子51的自重由刀铰支座567承担，关闭放气管33上的止回阀34 ；
(8)缓慢推动千斤顶59,让千斤顶59在反力架58的作用下对两端刀铰支座567施加荷载，柱51在两端刀铰支座567的作用下逐渐保持稳定后，再次缓慢旋松放气管33上的止回阀34降低”工”型上底板12，使其与受压柱51脱离；
(9)滑动水平滑动支撑板13至滑槽两端的圆形孔16，取下一个水平滑动支撑板13，所述的定位辅助框便可从柱子51底部移出。
[0050](10)推动千斤顶59，按照《混凝土结构试验方法标准GB50152— 92》对柱51进行承载力试验；
(11)重复步骤(2) —(10),对不同偏心距柱(偏心距分别为O mm、20 mm、40mm)的承
载力进行试验。
[0051]实施例2: 二次加载试验(参见图9)
(1)对荷载和环境耦合作用下的柱51进行剩余承载力试验:钢筋混凝土柱51的截面尺寸为120 X 120mm，高750mm，柱51的主筋为4 Φ 10，箍筋为# 6050-100，保护层15 _，翼缘突出柱的长度为120 mm，偏心距512为100 mm，预留孔52直径为32 mm，柱51的计算极限承载力为64kN，拉力筋53为直径25mm的不锈精轧螺纹，垫板54直径100mm，厚120 mm,材质为钢材，锚固螺栓55的直径为55mm，在对柱进行剩余承载力试验前，已对通过拉力筋对柱施加了 300 kN的使用荷载，并将柱51在人工环境模拟箱放置365天模拟结构的实际工作状态；
(2)将一个带有中心通孔的V型第一加载支座561套在柱51底面的锚固螺栓55之外，在本具体实施例中，所述的带有中心通孔的V型第一加载支座561与垫板54接触的一端嵌有4块磁铁，磁铁的强度足够吸住带孔加载支座561的自重，将所述的带有中心通孔的V型第一加载支座561套在锚固螺栓55之外,所述的第一加载支座561便吸在垫板54上,调整所述第一加载支座561的位置,使所述第一加载支座V型尖端62在垂直方向准确对准拟加载位置511，在具体实施时，本例将柱51的加载位置511即偏心距512画在柱的表面，并在所述的第一加载支座的V型尖端62侧面画垂线，V型尖端62侧面的垂线和柱的偏心距512重合；
(3)将拟进行受压试验的柱放在定位辅助框上；
(4)关闭放气管33上的止回阀，充气筒35充气，气囊31上升带动”工”型上底板12沿竖向导杆36垂直向上移动，当置于其上的柱子51悬空高度大于刀绞支座567的高度时(SP大于带凹口的V型第一加载支座561和带V型凸头的第二加载支座57叠加高度之和)，关闭止回阀34，气囊31不再充气，”工”型上底板12停止运动保持一定高度；
(5)将另一个带有中心通孔的V型第一加载561支座套在柱51顶面的锚固螺栓55之夕卜，使刀铰支座的V型尖端62在垂直方向准确对准拟加载位置511，在具体实施时，本例将柱51的加载位置511即偏心距512画在柱51的表面,并在所述的第一加载支座的V型尖端62侧面画垂线，V型尖端62侧面的垂线和柱的偏心距重512合后，再将一个带凸头的V型第二加载支座57放入所述第一加载支座561的V型凹口，为防止带凹口的V型第一加载支座561在定位操作时的滑动，同样在所述的第一加载支座561与垫板54接触的一端嵌有4块磁铁；
(6)水平移动加载定位框至试验系统的施力位置处，本例采用反力架58和千斤顶59加载，即通过加载定位装置将柱51移动到千斤顶59的下方，使千斤顶59的中心和加载支座57的中心对准；
(7)将另一个带凸头的V型第二加载支座57放到柱51的下底面，使所述第二加载支座的V型凸头尖端62对准第一加载支座561的V型凹口尖端；
(8)通过步骤(2)- (7)，此时，已完全实现了柱的加载位置对准，缓慢旋松放气管33上的止回阀34，气囊31中的气体放出，气囊31降低，气囊31降低带动其上的”工”型上底板12沿竖向导杆36垂直向下移动，当吸附于支撑在水平滑动支撑板13上柱51下底面的第一加载支座561与第二加载支座57接触时,柱51的自重便由第一加载支座561和第二加载支座57形成的刀铰支座567承担，关闭放气管33上的止回阀34，如此，便实现了对柱加载的准确就位；
(9)缓慢推动千斤顶59,让千斤顶59在反力架58的作用下对两端刀铰支座567施加荷载，柱51在两端刀铰支座567的作用下逐渐保持稳定后，再次通过缓慢旋松放气管33上的止回阀34降低”工”型上底板12，使其与受压柱51脱离；
(10)滑动水平滑动支撑板13至滑槽两端的圆形孔16，取下一个水平滑动支撑板13，所述的定位辅助框便可从柱子51底部移出；
(11)推动千斤顶59，按照《混凝土结构试验方法标准GB50152—92》对柱51进行剩余承载力试验。
[0052]上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种柱的充气式加载定位装置，其特征在于，所述的加载定位装置包括垂直升降系统、定位辅助框、水平移动和固定系统，其中: 所述的定位辅助框为中空结构，能够在水平和竖直方向任意移动，用于支撑受压柱并保证在加载定位过程中受压柱始终保持垂直稳定； 所述的水平移动系统和固定系统用于使受压柱在水平方向任意移动和用于使定位后的定位辅助框和其上的受压柱保持静止； 所述的垂直升降系统用于使受压柱在竖直方向任意移动并保持任意高度，所述垂直升降系统包括”工”型下底板(11)、”工”型上底板(12)、单边缺口的气囊(31)、充气管(32)、放气管(33)、止回阀(34)、充气筒(35)、竖向导杆(36)、竖向导套(37)和限位块(38);所述气囊(31)布置在”工”型下底板(11)和”工”型上底板(12)之间并与上”工”型下底板紧密连接，所述气囊的四周为皱褶形状，充气时伸长，放气时收缩，所述充气管的一端连接气囊(31)另一端连接充气筒(35)，所述放气管(32)的一端连接气囊(31)另一端自由，所述止回阀(34)布置在充气管(32)和放气管(33)上，所述竖向导杆(36)布置在”工”型下底板(11)顶面的四个角部，所述竖向导套(37)对应导杆(36)的位置布置在”工”型上底板(12)上。
2.根据权利要求1所述的柱的充气式加载定位装置，其特征在于:所述水平移动和固定系统包括”工”型下底板(11)和均匀分布在”工”型下底板(11)四个角部的滚珠(21)，所述滚珠(21)镶嵌在”工”型下底板(11)上且可沿任意方向移动，所述滚珠(21)具有锁定功能。
3.根据权利要求1或2所述的柱的充气式加载定位装置，其特征在于:所述充气筒(35)为脚踏式或手动式或电动式。`
4.根据权利要求1或2所述的柱的充气式加载定位装置，其特征在于:所述限位块(38)为圆形筒体套设在的四个导杆(36)上或者所述限位块(38)为长方体块布设在”工”型下底板(11)的四个角部，所述限位块(38)的高度不小于气囊(31)放完气体后的高度。
5.根据权利要求1或2所述的柱的充气式加载定位装置，其特征在于:所述定位辅助框包括“工”型上底板(12)、水平滑动支撑板(13)和水平“丄”滑槽(14)，所述水平“丄”滑槽设在”工”型上底板的两平行端，所述水平“丄”滑槽的两端开有圆形孔(16)，所述水平滑动支撑板两端设有“丄”连接头(15)。
6.根据权利要求1或2所述的柱的充气式加载定位装置，其特征在于:所述的气囊(31)为气动元件(39)，所述的气动元件(39)在”工”型下底板(11)上成对均匀对称布置。
7.根据权利要求6所述的柱的充气式加载定位装置，其特征在于:所述的成对均匀对称布置的气动元件(39)采用并联形式连接。
8.根据权利要求6所述的柱的充气式加载定位装置，其特征在于:所述的成对均匀对称布置的气动元件为单动气缸。
9.根据权利要求6所述的柱的充气式加载定位装置，其特征在于:所述的成对均匀对称布置的气动兀件为双动气缸。
10.根据权利要求1所述的柱的充气式加载定位装置的加载方法，其特征在于包括如下步骤: (I)确定柱的加载位置，即偏心距，所述偏心距为荷载作用位置至柱轴线的距离；(2)将拟进行受压试验的柱子放在定位辅助框上； (3)关闭放气管(33)上的止回阀，充气筒(35)充气，气囊(31)上升带动”工”型上底板(12)沿竖向导杆垂直向上移动，当置于其上的柱子悬空高度大于刀绞支座的高度时(即大于带凹口的V型第一加载支座和带V型凸头的第二加载支座叠加高度之和)，关闭充气管(32)上的止回阀(33)，气囊(31)不再充气，”工”型上底板(12)停止运动保持一定高度； (4)将一刀绞支座放到柱子的顶面，使刀铰支座V型剖口的尖端在垂直方向准确对准拟加载位置； (5)水平移动所述的定位辅助框至试验系统的施力位置处； (6)将另一刀绞支座放到柱子的下底面加载处，同样使刀铰支座V型剖口的尖端在垂直方向准确对准拟加载位置； (7)通过步骤(2)- (6)实现对柱子加载位置的对准后，旋松放气管(33)上的止回阀，气囊(31)中的气体放出，气囊(31)降低，气囊(31)降低带动其上的”工”型上底板沿竖向导杆(36)垂直向下移动，当支撑于水平滑动支撑板(13)上的柱子的下底面与刀铰支座接触时，柱子的自重由刀铰支座承担，关闭放气管(33)上的止回阀(34)； (8)对受压柱施加荷载使受压柱在两端刀铰支座的作用下保持稳定后，再次旋松放气管(33)上的止回阀(34)降低”工”型上底板(12)，使其与受压柱脱离； (9)滑动水平滑动支撑板至滑槽两端的圆形孔，取掉一个水平滑动支撑板，所述的定位辅助框便可从柱子底部移出。
【文档编号】G01N3/08GK103728178SQ201410004387
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月1日 优先权日:2014年1月1日
【发明者】李强, 童晶, 蒋学 申请人:浙江建设职业技术学院