一种柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置的制作方法

本实用新型属于仪器仪表制造业技术领域，涉及一种柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置。

背景技术：

西部地区作为地震活动发生频繁区域，特别是2008年5月12日的汶川大地震发生以后，对结构抗震研究和抗震试验技术手段的要求也越来越高。地震模拟震动台实验系统可以实时输入地震波模拟地震作用，然而由于地震模拟试验台尺寸、持荷所限，通常采用小比例缩尺结构构件进行实验，与实体结构具有较大的差异。拟动力试验能够比较准确地反映结构在地震作用下真实的受力和变形状态，缓慢地而非定时地模拟结构的地震反应全过程。拟静力试验通过荷载控制(或变形控制)对试体施加低周往复加载，使试体从弹性阶段直至破坏全过程试验，研究建筑结构构件、节点以及模型结构或原型结构在低周反复荷载作用下的抗震性能。

拟静力试验不考虑应变速率影响所产生的变化，不同实验室获得的实验结果容易进行比较，国内外高校及科研机构开展了大量的研究，采用双门架、反力墙、电液伺服试验系统、竖向稳压系统等设备及装置进行实验。通过固定在门架横梁上的千斤顶对试体施加竖向荷载，门架与千斤顶之间设置滚动导轨或接触面为聚四氟乙烯材料的平面导轨，对试体施加低周反复荷载时，竖向千斤顶沿着导轨随着试体变形而滑动，当竖向荷载较大时，竖向荷载在滚动导轨与门架横梁接触面间产生的摩擦力反向施加在千斤顶底部，造成千斤顶承受竖向荷载同时承受水平荷载，导致千斤顶油封漏油破坏、竖向荷载变动较大，现行规范《建筑抗震试验规程》JGJ/T101-2015对导轨摩擦系数进行了严格限制。

此外，现有的试验装置装配复杂，试体高度变化较大时，需要调整横梁高度，工作量较大，且对试验场地严重依赖，试验规模也较大，不适合本科教学过程中学生动手操作实践。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了一种柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置，克服现有拟静力试验装置中产生的水平剪切荷载对刚性竖向加载部件产生破坏的缺陷。

为达到上述目的，本实用新型采取如下的技术方案：

一种柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置，包括工字型的顶板，顶板的四个端部开设有四个贯通槽，贯通槽贯通顶板的上下表面，四个贯通槽的中心点连线为矩形，并且所形成的矩形的各边与所在顶板的边相互平行；还包括四根柔性链杆，四根柔性链杆长度相同并且相互平行，柔性链杆的上端分别伸出顶板上的四个贯通槽，并通过螺母可拆卸固定于贯通槽外；

柔性链杆的下端连接有两个相同的长方体底板，每个底板上开设有两个贯通槽，底板上的四个贯通槽分别位于顶板上的四个贯通槽的正下方，并且底板上的四个贯通槽都与顶板上的四个贯通槽相互平行；四根柔性链杆的下端分别伸出底板上的四个贯通槽，并通过螺母可拆卸固定于底板的贯通槽外；

所述的顶板的下方的中心位置安装有千斤顶。

本实用新型还具有如下区别技术特征：

所述的螺母两端加工有圆柱形限位柱，螺母两端的限位柱位于同一直线上，在螺母与贯通槽之间设有螺母轴承座，螺母轴承座下方固定于每个贯通槽的两条长边的两侧，螺母轴承座的上端为沿贯通槽对称设置的圆弧形开口，螺母的两个限位柱分别架设在螺母轴承座的两个弧形开口内。

所述的柔性链杆由调整螺杆、荷载传感器、丝杆、丝套、拉杆、调整螺母及调整螺杆轴向串联而成，其中，丝杆和丝套间采用T型连接，其余各部件之间均通过螺纹连接。

底板通过地脚螺栓固定于地槽上，底板下部设有基座。

所述的千斤顶连接有稳压构件的油管。

所述的千斤顶下方安装有试件。

所述的试件顶部设有水平方向的螺杆，螺杆穿过试件顶端，并且在螺杆伸出试件的两端均安装试件远端钢板和螺帽，试件通过一侧的试件远端钢板连接水平方向的过渡件，过渡件连接水平方向的水平作动器，水平作动器的另一端通过水平导轨和T型螺栓固定在反力墙上，试件的底部通过压梁和地脚螺栓固定在试验台上的水平地槽中。

本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

本实用新型的柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置通过四根平行、长度可调节的柔性链杆连接实验装置的底板、顶板，实现自平衡加载，调节柔性链杆长度可以快速地适应试件的高度。通过柔性链杆调整螺母内调整螺杆或拉杆螺纹的长度调节柔性链杆的长度及各链杆的拉力值，装置可以快速对中。

水平荷载作用试验过程中，通过柔性链杆两端螺母的限位柱在螺母轴承座内转动，根据力合成的平行四边形法则，竖向稳压构件产生的竖向荷载与水平作动器施加的水平荷载充分由四根柔性链杆承担，四根柔性链杆形成的平行四边形传力体系、试体与试件上部的竖向荷载千斤顶同步变形，实现对竖向千斤顶无剪切荷载作用，解决现有导轨随动过程中摩擦力对水平荷载及试验装置的影响，及水平剪切荷载(摩擦力)对刚性加载装置中竖向千斤顶的破坏作用，实现了无摩擦同步变形。

本实用新型的柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置改变了传统的拟静力试验方法理念，采用可调节长度的柔性链杆替代现有的门架立柱，柔性链杆两端螺母固定在装置底板下侧、顶板上侧的螺母轴承座内，装置底板通过地脚螺栓连接固定到地槽中，为了保证装置转动，装置底板下部设置基座。

本实用新型的竖向柔性链杆上安装荷载传感器，在竖向荷载恒定及试件竖向变形较小时，根据测试的试件水平变形、试件高度即可计算出柔性链杆旋转的角度，可以实时计算柔性链杆承担的水平荷载。

本实用新型的柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置小型化、便利化使本科教学试验开展拟静力试验研究成为可能，通过对液压千斤顶手动施加荷载实现本科教学试验过程中拟静力试验方法研究和教学实践。

附图说明

图1为本实用新型工作时的整体结构示意图；

图2为本实用新型的主视图；

图3为本实用新型的俯视图；

图4为本实用新型的左视图；

图5为本实用新型的螺母示意图；

图6为本实用新型的螺母轴承座的示意图；

图7为本实用新型的试验过程示意图；

图8为本实用新型的柔性链杆结构示意图；

图中各标号表示为:1-顶板，2-柔性链杆，3-底板，4-贯通槽，5-螺母，6-千斤顶，7-螺母轴承座，8-基座，9-试件，10-水平作动器；11-压梁，12-试件远端钢板，13-螺杆，14-螺帽，15-水平导轨，16-地脚螺栓，17-反力墙，18-试验台，19-过渡件，20-T型螺栓；

(2-1)-调整螺杆，(2-2)-荷载传感器，(2-3)-丝杆，(2-4)丝套，(2-5)-拉杆，(2-6)-调整螺母；

(5-1)-限位柱；

(7-1)-螺栓。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

具体实施方式

如图1至图6所示，一种柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置，包括工字型的顶板1，顶板1的四个端部开设有四个贯通槽4，贯通槽4贯通顶板1的上下表面，四个贯通槽4的中心点连线为矩形，并且所形成的矩形的各边与所在顶板1的边相互平行；还包括四根柔性链杆2，四根柔性链杆2长度相同并且相互平行，柔性链杆2的上端分别伸出顶板1上的四个贯通槽4，并通过螺母5可拆卸固定于贯通槽4外；柔性链杆2的下端连接有两个相同的长方体底板3，每个底板3上开设有两个贯通槽4，底板上的四个贯通槽4分别位于顶板1上的四个贯通槽4的正下方，并且底板3上的四个贯通槽4都与顶板1上的四个贯通槽4相互平行；四根柔性链杆2的下端分别伸出底板上的四个贯通槽4，并通过螺母5可拆卸固定于底板3的贯通槽4外；顶板1的下方的中心位置安装有千斤顶6。

本实用新型的柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置通过四根平行、长度可调节的柔性链杆2连接实验装置的底板3、顶板1，实现自平衡加载，调节柔性链杆2长度可以快速地适应试件9的高度。通过柔性链杆2调整螺母内螺纹长度微调链杆的长度，装置可以快速对中。水平荷载作用试验过程中，通过柔性链2杆两端螺母5的限位柱5-1在螺母轴承座7内转动，根据力合成的平行四边形法则，竖向稳压构件产生的竖向荷载与水平作动器10施加的水平荷载充分由四根柔性链杆2承担，四根柔性链杆2形成的平行四边形传力体系、试体9与试件9上部的竖向荷载千斤顶6同步变形，实现对竖向千斤顶6无剪切荷载作用，解决现有导轨随动过程中摩擦力对水平荷载及试验装置的影响，及水平剪切荷载(摩擦力)对刚性加载装置中竖向千斤顶的破坏作用，实现了无摩擦同步变形。

遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明。

实施例1：

如图1至6所示，一种柔性链杆自平衡无剪力加载试验装置，包括工字型的顶板1，顶板1的四个端部开设有四个贯通槽4，贯通槽4贯通顶板1的上下表面，四个贯通槽4的中心点连线为矩形，并且所形成的矩形的各边与所在顶板1的边相互平行；还包括四根柔性链杆2，四根柔性链杆2长度相同并且相互平行，柔性链杆2的上端分别伸出顶板1上的四个贯通槽4，并通过螺母5可拆卸固定于贯通槽4外；柔性链杆2的下端连接有两个相同的长方体底板3，每个底板3上开设有两个贯通槽4，底板3上的四个贯通槽4分别位于顶板1上的四个贯通槽4的正下方，并且底板3上的四个贯通槽4都与顶板1上的四个贯通槽4相互平行；四根柔性链杆2的下端分别伸出底板3上的四个贯通槽4，并通过螺母5可拆卸固定于底板3的贯通槽4外；顶板1的下方的中心位置安装有千斤顶6。

本实施例中，螺母5两端加工有圆柱形限位柱5-1，螺母5两端的限位柱5-1位于同一直线上，在螺母5与贯通槽4之间设有螺母轴承座7，螺母轴承座7通过螺栓7-1固定于每个贯通槽4的两条长边的两侧，螺母轴承座7的上端为沿贯通槽4对称设置的圆弧形开口，螺母5的两个限位柱5-1分别架设在螺母轴承座7的两个弧形开口内。水平荷载作用试验过程中，通过柔性链杆2两端螺母5的限位柱5-1在螺母轴承座7内转动，根据力合成的平行四边形法则，竖向稳压构件产生的竖向荷载与水平作动器10施加的水平荷载充分由四根柔性链杆2承担，四根柔性链杆2形成的平行四边形传力体系、试体9与试件9上部的竖向荷载千斤顶6同步变形，实现对竖向千斤顶6无剪切荷载作用。

具体的，将底板3通过地脚螺栓固定于地槽上，为了保证装置转动，底板3下部设有基座8。

千斤顶6连接有稳压构件的油管，从而使千斤顶6产生竖向荷载。

将试件9安装在千斤顶6下方，承载竖向稳压构件产生的竖向荷载。

具体的，试件9顶部设有水平方向的螺杆13，螺杆13穿过试件9顶端，并且在螺杆13伸出试件9的两端均安装试件远端钢板12和螺帽14，试件9通过一侧的试件远端钢板12连接水平方向的过渡件19，过渡件19连接水平方向的水平作动器10，水平作动器10的另一端通过水平导轨15和T型螺栓20固定在反力墙17上，水平作动器10施加水平荷载，试件9的底部通过压梁11和地脚螺栓16固定在试验台18上的水平地槽中。

在本实施例中，柔性链杆2由调整螺杆2-1、荷载传感器2-2、丝杆2-3、丝套2-4、拉杆2-5、调整螺母2-6及调整螺杆2-1轴向串联而成，其中，丝杆2-3和丝套2-4间采用T型连接，其余各部件之间均通过螺纹连接。柔性链杆各部分间现场组装，安装、拆卸方便。荷载传感器能够实时的显示各杆件受到的荷载，方便试件物理对中和几何对中。

本实用新型的试验准备过程如下：

首先将底板3通过基座8、地脚螺栓16固定在水平槽道上，吊装试件9到实验位置，吊装顶板1到试件9表面，连接柔性链杆2底部螺母5并旋转柔性链杆2使螺母5的限位柱5-1的旋转轴方向与螺母轴承座7的弧形开口相一致，安装加载顶板1上部螺母5与柔性链杆2，四根柔性链杆2安装完成后，旋转柔性链杆2使其与螺母5间的搭接长度合适，四根柔性链杆2上荷载传感器数值相一致，实验加载装置即完成安装，连接稳压构件的油管至竖向千斤顶6，连接试件9与水平作动器10，连接位移传感器、荷载传感器至采集设备，即可开始进行试验加载。通过数据采集，可以实时记录试验过程中的试件变形(位移、应变)以及对应的荷载作用，分析拟静力试验时构件的承载能力。实验加载过程中采用吊车或其他构件对加载装置顶板1进行防护，避免加载实验后期试件突然异常变形对测试装置及实验人员造成损伤。