一种模块化电液伺服垂向载荷加载装置的制作方法

本发明涉及土木工程结构试验系统技术领域，特别是涉及一种模块化电液伺服垂向载荷加载装置。

背景技术：

现有的土木工程结构抗震试验系统，从公开报道的看，垂向载荷的加载方法一般有两种，一种是穿心千斤顶法，一种是直接加载法。直接加载一般是借助承载框架进行的，结构复杂，尤其在结构外形尺寸较大的时候，会大大增加试验成本。所谓穿心千斤顶法，是在试件上端面放置一根或几根载荷分配梁，梁两端放置穿心轴压千斤顶，拉杆的一端穿过千斤顶后固定在活塞上，另外一端通过底部铰接固定在反力地基或加载底座上，穿心轴压千斤顶活塞升起时，由于拉杆的拉紧作用，千斤顶顶升的反作用力通过分配梁施加在试样的顶面，用于模拟重力载荷对试样的作用。

现有技术的缺陷是：穿心千斤顶采用的是手动液压加载，只能手动控制千斤顶的油压来控制施加的载荷，由于试样在临界失稳时加载力与变形不再线性或单调相关，此时无法再通过控制加载力来控制试样的变形，容易导致试件突然破坏，甚至发生失控倾覆的危险。

穿心千斤顶与分配梁、拉杆等试验附件之间没有标准化设计，安装、调整、使用都不方便，不仅会导致试验结果变动度较大，影响数据测量与分析，而且会造成因为安装调整的不规范导致的安全问题。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供一种控制精确、零部件标准化、安装调试方便、安全可靠的模块化电液伺服垂向载荷加载装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种模块化电液伺服垂向载荷加载装置，包括设置于试件顶部的承载梁，所述承载梁的平面几何中心与所述试件的轴心位于同一垂线上，所述承载梁的端部均匀设有两个以上通孔，所述通孔内穿设有拉杆，所述拉杆底端固设有底座，顶端连接有穿心伺服作动器。

可选的，所述拉杆为端部具有螺纹的直杆或所述拉杆为螺杆或为具有螺纹的直杆与螺杆连接而成。

可选的，所述拉杆为多段端部具有螺纹的直杆或/和多段螺杆连接而成。

可选的，所述底座底部设置有螺母，用于紧固所述拉杆。

可选的，还包括第一穿心球铰和第二穿心球铰；所述第一穿心球铰设置于所述穿心伺服作动器与所述承载梁之间，所述拉杆穿过所述第一穿心球铰后与所述穿心伺服作动器连接，所述第二穿心球铰设置于所述底座与所述螺母之间，所述拉杆穿过所述第二穿心球铰后与所述螺母连接。

可选的，所述穿心伺服作动器上还设置有倾角传感器和位移传感器。

可选的，还包括液压分油器，所述液压分油器设置于所述承载梁的中部，且与所述穿心伺服作动器通过油管相连接。

可选的，还包括控制系统，所述液压分油器、所述倾角传感器和所述位移传感器均与所述控制系统电连接。

可选的，所述承载梁为“一”字梁或“十”字梁或所述承载梁的水平横截面为正多边形。

可选的，所述液压分油器通过分油器控制线与所述控制系统相连接，所述倾角传感器和所述位移传感器通过传感器信号线与所述控制系统相连接；所述分油器控制线与所述传感器信号线集成线束。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的模块化电液伺服垂向载荷加载装置主要包括穿心伺服作动器、承载梁、拉杆和底座组成的加载模块；承载梁设置于试件的顶部，承载梁两端分别设置一个穿心伺服作动器，穿心伺服作动器通过拉杆与固定于地面的底座相连接，在控制系统的控制下，通过伺服作动器提供的载荷对试件施加压力，实现两个穿心伺服作动器的平行加载，不仅提高了结构压剪试验垂向加载的载荷测量和精度控制，还能多个加载模块组合使用，满足多轴力同步、阶梯同步等复杂的加载试验要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明模块化电液伺服垂向载荷加载装置的主视示意图；

图2为本发明模块化电液伺服垂向载荷加载装置的侧视示意图；

图3为本发明模块化电液伺服垂向载荷加载装置的俯视示意图；

图4为本发明模块化电液伺服垂向载荷加载装置的立体示意图。

附图标记说明：1、穿心伺服作动器；2、第一穿心球铰；3、承载梁；4、拉杆；5、底座；6、液压分油器；7、倾角传感器；8、试件；9、第二穿心球铰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种模块化电液伺服垂向载荷加载装置，以解决现有技术中的土木工程结构抗震试验系统，只能手动控制千斤顶的油压来控制施加的载荷，由于试样在临界失稳时加载力与变形不再线性或单调相关，此时无法再通过控制加载力来控制试样的变形，容易导致试件突然破坏，甚至发生失控倾覆的危险，穿心千斤顶与分配梁、拉杆等试验附件之间没有标准化设计，安装、调整、使用都不方便，导致试验结果变动度大，影响数据测量与分析，造成因为安装调整的不规范导致的安全问题的问题，从而可以便捷地对土木工程结构进行抗震试验。

基于此，本发明提供的模块化电液伺服垂向载荷加载装置，其包括设置于试件顶部的承载梁，所述承载梁的平面几何中心与所述试件的轴心位于同一垂线上，所述承载梁的端部均匀设有两个以上通孔，所述通孔内穿设有拉杆，所述拉杆底端固设有底座，顶端连接有穿心伺服作动器。

本发明采用穿心伺服作动器作为负荷加载装置，将负荷加载到承载梁上，通过承载梁传递到试件上，既可以对试件施加压力，又不会破坏试件的结构。穿心伺服作动器、拉杆和承载梁均经过标准化设计，安装、调整、使用方便，试验结果准确。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1-4所示，本实施例提供一种模块化电液伺服垂向载荷加载装置，包括设置于试件顶部的承载梁3，所述承载梁3为“一”字形横梁，所述承载梁3的平面几何中心与所述试件8的轴心位于同一垂线上，所述承载梁3的端部均匀设有两个通孔，所述通孔内穿设有拉杆4，所述拉杆4底端固设有底座5，顶端连接有穿心伺服作动器1。所述穿心伺服作动器1与所述承载梁3之间设置有所述第一穿心球铰2，所述底座5与所述螺母之间设置有所述第二穿心球铰9。所述穿心伺服作动器1上还设置有倾角传感器7和位移传感器。

本实施例中的模块化电液伺服垂向载荷加载装置还包括液压分油器6，所述液压分油器6设置于所述承载梁3的中部，且与所述穿心伺服作动器1通过油管相连接；还包括控制系统，所述液压分油器6、所述倾角传感器7和所述位移传感器均与所述控制系统电连接。

进行土木工程结构抗震试验时，将本发明中的模块化电液伺服垂向载荷加载装置布设完毕，启动控制系统，在控制系统的控制下，所述液压分油器6为两个所述穿心伺服作动器1提供相等的压力，使两个所述穿心伺服作动器1能够输出大小相同的载荷；在所述第一穿心球铰2和所述第二穿心球铰9的作用下，两个所述穿心伺服作动器1保持平行加载；所述倾角传感器7能够检测出所述穿心伺服作动器1的倾角，控制系统能够由此计算出真实的轴力并对加载力进行校正，不仅提高了试验中垂向加载的载荷测量与控制精度，还解决了普通穿心千斤顶在临界失稳时无法控制加载力导致试样突然破坏的问题，提高了试验的安全性。

进一步的，当试件8的高度与一根拉杆4的长度相差较多，即使用一根拉杆4不能完成试验时，可以选用端部具有螺纹的直杆与螺杆的配合使用，端部具有螺纹的直杆与螺杆通过螺母连接，组成任意长度的拉杆4。

需要说明的是，本发明中的承载梁结构不以以上实施例为限，只要能够使得承载梁的平面几何中心与试件的轴心位于同一垂线上即可，穿心伺服作动器的个数设置也不以以上实施例为限，只要能够实现对试件均衡施压即可，如承载梁也可为“十”字梁，当承载梁为为“十”字梁时，承载梁的四个端部跟别设置穿心伺服作动器，相应的，拉杆、底座、第一穿心球铰和第一穿心球铰也是四个。又如当试件为圆形柱时，承载梁也设置为圆形，且承载梁的直径大于试件的直径，穿心伺服作动器可以沿承载梁的周围均匀设置多个，相应的，拉杆、底座、第一穿心球铰和第一穿心球铰的数量与穿心伺服作动器的数量相等。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。