本发明涉及用于边坡防护结构的试验系统，具体涉及一种用于边坡防护结构中圆环构件的试验设备。
背景技术：
我国地势西高东低，地质构造多样，随着近些年的气候变化，地质灾害多发，其中崩塌落石因其发生突然、发生频率高、高冲击动能等，对山区交通干线、城镇等构成了严重的威胁。广大技术人员根据现场实际的崩塌落石发育特点以及地形地质条件积累了大量的实际应用经验，其中被动柔性防护网结构以其施工方便、干扰小、标准化生产、造价低、实用性强等众多特点在实际工程中被广泛应用。环形网片以其较强的变形能力在边坡柔性防护系统中广泛使用，而在实际工程应用中经常出现环形网片被击穿的破坏现象，其原因不仅在于网片本身的结构特性较为复杂，更是由于我们缺乏对柔性防护系统环形网片力学性能的基础性能研究，且国内相关研究成果甚少。
为了实现对单个圆环施多点多向力的力学试验，现有的方法是采用手动葫芦作为施力构件，张线器作为固定构件，将手动葫芦和张线器一端与单个圆环连接，另一端与固定的混凝土短柱相连，手动葫芦和张线器的总数量与所需施加力的数量相同，通过手动葫芦对单个圆环施加力的作用，然后由传感器及卷尺等设备得到单个圆环的荷载、位移、应力、应变等力学特性。该试验方法不但复杂，而且难以保证多个手动葫芦同时施加相同大小的力，单个圆环的位移变化也难以准确测量；同时当单个圆环需要施加的力较多时，手动葫芦和张线器的个数也要相应增加，而且单个圆环、手动葫芦和张线器的尺寸将会限制力的施加个数，增加试验难度。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种用于边坡防护结构中圆环构件的试验设备，以解决现有试验方法和设备不能同时进行多点多向力学性能试验，并且试验方法复杂、所用试验设备数量多、测试结果误差大的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种用于边坡防护结构中圆环构件的试验设备，包括：框架和施力加载装置，施力加载装置包括底板、多个滑轮组件和施力推杆组件；底板安装于框架的立柱之间，并且底板具有口径大于圆环构件的通孔；多个滑轮组件设置于底板上并且多个滑轮组件围绕通孔分布，滑轮组件包括固定于底板上的滑轮以及穿过滑轮的拉绳，在试验状态下，拉绳的一端与施力推杆组件的推杆连接，拉绳的另一端与圆环构件连接；施力推杆组件安装于框架的横梁上。
本发明的试验设备通过施力加载装置能够实现对边坡防护结构中圆环构件的多点多向的力学试验，能够同时对圆环施加不同方向且每个方向大小均等的力，克服了现有试验方法复杂、误差大的缺点，大大提升了该试验的便捷性、高效性和准确性，使试验与实际情况更加符合。
本发明通过多个滑轮组件和施力推杆组件实现单个圆环构件多点多向同时加载，从而使力的加载更加便捷、高效、可控，且底板的可替换性使力的加载数量和方向更加灵活。具体地，施力推杆组件的推杆与分布在底板通孔周围的滑轮组件的拉绳连接，拉绳穿过滑轮与待试验的圆环构件连接，推杆向圆环靠近，在靠近圆环的同时通过拉绳对圆环施加各个方向的力，从而实现用一个加载系统施加多个力的作用，克服了现有试验系统需要采用众多的加载装置(手动葫芦)、每个加载装置只能施加单个力、各个加载装置同步困难的缺点。
本发明的底板可更换，当所需的力的数量增加或减少时，可更换具有相应数量的滑轮组件的底板，使力的加载数量和方向更加灵活。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述框架包括立柱和横梁，横梁包括第一横梁和第三横梁；第一横梁与立柱连接，第一横梁成对设置并且成对设置的两个第一横梁相互平行，两个相互平行的第一横梁所在平面与立柱相交，第三横梁设置在两个第一横梁之间，第三横梁的且与底板相对的一侧设有施力推杆组件。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第三横梁的两端分别与两个第一横梁滑动连接，使得第三横梁能够沿第一横梁移动。
第三横梁设置于两个相互平行的第一横梁之间，用于设置施力推杆组件。第三横梁的两端分别与两个相互平行的第一横梁滑动连接，使得第三横梁能够沿第一横梁的长度方向进行移动，以带动施力推杆组件也沿第一横梁的长度方向移动，从而实现施力推杆组件对圆环构件在该方向上任意位置的施力加载，增加了试验设备的灵活性和便捷性。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述框架还包括设置于第三横梁和施力推杆组件之间的第四横梁，第四横梁的一侧与施力推杆固定，第四横梁的另一侧与第三横梁连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述第四横梁与第三横梁滑动连接，使得第四横梁能够带动施力推杆组件沿第三横梁移动。
通过设置第四横梁，并且第四横梁与第三横梁滑动连接，使得第四横梁至少能够沿第三横梁的长度方向移动，从而实现施力推杆组件对圆环构件在该方向上任意位置的施力加载。
当第三横梁与第一横梁也是滑动连接时，本发明通过采用可以相互成90度移动的第三横梁和第四横梁，作为加载定点控制系统，可以使施力加载装置能够移动到整个圆环平面内的任意位置，实现圆环平面内任意位置的施力加载，进一步增加了试验设备的灵活性和便捷性。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述框架还包括与施力推杆组件相对设置的第二横梁，第二横梁上安装有底板，第二横梁与立柱连接并且第二横梁与第一横梁间隔设置。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述施力推杆组件包括推杆、固定杆和驱动电机，推杆的一端与滑轮组件的拉绳连接，推杆的另一端设置在固定杆内并且与驱动电机的动力输出轴连接，固定杆与框架的横梁连接，驱动电机设置在横梁内。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述推杆包括杆体和顶板，杆体的一端保持在固定杆内，杆体的另一端位于固定杆的外侧并且与顶板连接，顶板的尺寸小于圆环构件的直径，顶板与拉绳连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述施力推杆组件为千斤顶。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述试验设备还包括数据采集装置，数据采集装置包括力传感器、位移传感器和电阻应变片，力传感器设置于施力推杆组件内，位移传感器和电阻应变片分别设置于圆环构件上。
通过数据采集装置，自动快捷的采集试验结果，使得数据采集更加准确方便，避免了人为读数误差的干扰，减小了试验误差。
本发明具有以下有益效果：
本发明由施力推杆组件施压，推杆向靠近圆环的方向运动，同时带动拉绳运动，对拉绳施加力，拉绳通过滑轮改变受力方向，将力传递给圆环，实现单个施力加载装置对单个圆环多点多向同时加载，使力的施加方式更加简便。
本发明的第三横梁安装在两个相互平行的第一横梁上，且第三横梁可以沿第一横梁在其长度方向(假设为x方向)滑动，也可锁死固定；第四横梁安装在第三横梁上，第四横梁可以沿第三横梁的长度方向(y方向)滑动，也可锁死固定，施力推杆组件安装在第四横梁上，使施力推杆组件可以在整个钢框架平面内移动。
本发明可以通过更换不同的底板来对单个圆环施加不同数量的力，不同底板允许安装的滑轮组件数量不同，根据不同试验所需施加力的个数不同选用不同的底板。
附图说明
图1为本发明实施例的用于边坡防护结构中圆环构件的试验设备的结构示意图；
图2为本发明实施例的框架的结构示意图；
图3为本发明实施例的用于边坡防护结构中圆环构件的试验设备的局部结构示意图。
图中：100-试验设备；110-框架；111-立柱；112-第一横梁；113-第二横梁；114-第三横梁；115-第四横梁；210-施力加载装置；211-底板；212-滑轮组件；213-施力推杆组件；221-滑轮；222-拉绳；231-推杆；232-固定杆；233-顶板；310-数据采集装置；410-圆环构件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参照图1，用于边坡防护结构中圆环构件410的试验设备100，包括：框架110、施力加载装置210和数据采集装置310。施力加载装置210安装于框架110上，进行加载试验。数据采集装置310与施力加载装置210连接，用于检测施加在圆环构件410上的载荷、位移、应力和应变等力学参数。
请参照图2，框架110包括立柱111和横梁，立柱111形成竖直方向的框体结构，横梁设置于两个立柱111之间，其两端分别与立柱111连接。在图2所示出的实施例中，横梁为水平方向设置，但是本发明的实施例包括但不限于这种方式，还可以是倾斜。同时横梁的个数也不是固定不变的，可以根据框架110的整体大小进行相应调整。同理，立柱111的数量亦是如此，但至少为3个立柱111，以便稳固地将施力加载装置210进行支撑固定。
如图2所示，横梁包括第一横梁112、第二横梁113、第三横梁114和第四横梁115。第一横梁112和第二横梁113组成框架110的主体结构，第三横梁114和第四横梁115用于安装施力加载装置210。
如图1和图2所示，第一横梁112与立柱111连接，其用于安装第三横梁114和第四横梁115。在图2所展示的实施例中，第一横梁112的数量为4个，形成一个闭合的矩形。第一横梁112成对设置并且成对设置的两个第一横梁112相互平行。两个相互平行的第一横梁112所在平面与立柱111相交，如在图2所展示的实施例中，立柱111与第二横梁113所在的平面为垂直关系。
如图1和图2所示，第二横梁113与立柱111连接并且第二横梁113与第一横梁112间隔设置，第二横梁113上安装有底板211。第二横梁113位于第一横梁112的与施力推杆231组件213相对的一侧。第二横梁113与施力推杆231组件213相对设置，以使通过第三横梁114和/或第四横梁115与第一横梁112连接的施力推杆231组件213能够作用于位于在第二横梁113上的底板211上的试验件：圆环构件410。
在本发明的其他实施例中，上述第一横梁112和第二横梁113可以做如下变形：
在本发明的一个实施例中，相互平行的两个第一横梁112可以不在同一水平面内，而是形成与水平面具有一定夹角的斜面。
在本发明的另一个实施例中，第一横梁112也可以仅仅是一对相互平行的横梁，该对第一横梁112之间设有第三横梁114，在图2中，与之相对的另一对第一横梁112(与第三横梁114平行的一对)可以省略；此时，对应的第二横梁113则需要与第一横梁112垂直，以保证框架110整体的稳固性。
在本发明的另一个实施例中，第二横梁113可以省略，而将底板211直接与立柱111固定。
请参照图1和图2，第三横梁114设置在两个第一横梁112之间，第三横梁114的且与底板211相对的一侧设有施力推杆231组件213。
如图2所示，第三横梁114的两端分别与两个第一横梁112滑动连接，使得第三横梁114能够沿第一横梁112移动，图中x方向。第三横梁114和第一横梁112之间的滑动连接，可以通过“滑槽与滑块”的配合方式实现。具体地，在两个相互平的第一横梁112的内侧，沿其长度方向设置与第三横梁114厚度相匹配的滑槽(图未示)，第三横梁114的两端分别置于滑槽内。或者，也可以通过“滑轨与滑轮221”的配合方式实现。具体地，在第一横梁112的内侧沿其长度方向设置u形凹槽(图未示)，在凹槽的底壁设置上凸的滑轨，在第三横梁114的两端安装与滑轨相配合的滑轮221，滑轮221的圆周设有与滑轨相配合的限位槽。同时，第三横梁114和第一横梁112之间还设有锁止件(图未示)，当第三横梁114滑动到目标位置时，通过锁止件，固定锁止。锁止件可以是螺栓，通过螺栓将第三横梁114的两端顶紧，进行锁止固定。当然，也可以采用现有技术中其他锁止机构。在本发明的其他实施例中，第三横梁114也可以与第一横梁112是固定连接。
请参照图1和图2，第四横梁115设置于第三横梁114和施力推杆231组件213之间，第四横梁115的一侧与施力推杆231固定，第四横梁115的另一侧与第三横梁114连接。
如图2所示，第四横梁115与第三横梁114滑动连接，使得第四横梁115能够带动施力推杆231组件213沿第三横梁114移动，图中y方向。同样，第四横梁115与第三横梁114之间的滑动连接也可以采用滑槽和滑块的连接方式，此处不再赘述。第四横梁115与第三横梁114之间也设有锁止件，当第四横梁115带动施力推杆231组件213移动的目标位置时，通过锁止件锁止固定。
承上述，本发明通过第三横梁114与第一横梁112、第四横梁115与第三横梁114之间的滑动连接方式，可以实现图2中，x方向、y方向以及x、y同时变换的任意方向。
优选地，立柱111、第一横梁112和第二横梁113都使用横截面积为200mm×200mm×10mm(长×宽×壁厚)的q235钢，第三横梁114使用横截面积为300mm×200mm×10mm的q235钢，第四横梁115使用横截面积为200mm×150mm×10mm的q235钢。
请参照图1和图3，施力加载装置210包括底板211、多个滑轮组件212和施力推杆231组件213。
如图1所示，底板211安装于框架110的立柱111之间，底板211的边缘与立柱111连接。底板211具有口径大于圆环构件410的通孔，该通孔用于圆环构件410穿过。根据一个优选的实施方式，底板211距离立柱111底端的距离不小于1.5倍的圆环的直径。优选地，可以通过更换不同的底板211来对单个圆环施加不同数量的力，不同底板211允许安装的滑轮组件212数量不同，根据不同试验所需施加力的个数不同选用不同的底板211。
多个滑轮组件212设置于底板211上并且多个滑轮组件212围绕通孔分布。滑轮组件212包括固定于底板211上的滑轮221以及穿过滑轮221的拉绳222。在试验状态下，拉绳222的一端与施力推杆231组件213的推杆231连接，拉绳222的另一端与圆环构件410连接。多个滑轮组件212设置于底板211上，施力推杆231组件213作用于滑轮组件212的拉绳222上，对拉绳222施加拉力，从而将力传递至位于多个滑轮组件212中间的试验件：圆环构件410。在图1和图2所示出的实施例中，滑轮组件212的个数为8个，在本发明的其他实施例中，也是3、4、5、6、7、9……，具体数量根据试验需求进行调整。
优选地，滑轮221采用8吨量程的地轮，拉绳222的直径为10mm，单个圆环使用r7/3/300。
请参照图1，施力推杆231组件213安装于框架110的横梁上。施力推杆231组件213包括推杆231、固定杆232和驱动电机(图未示)。推杆231的一端与滑轮组件212的拉绳222连接，推杆231的另一端设置在固定杆232内并且与驱动电机的动力输出轴连接，固定杆232与框架110的横梁连接，驱动电机设置在横梁内。推杆231包括杆体和顶板233，杆体的一端保持在固定杆232内，杆体的另一端位于固定杆232的外侧并且与顶板233连接，顶板233的尺寸小于圆环构件410的直径，顶板233与拉绳222连接。
在本发明的其他实施例中，施力推杆231组件213为千斤顶。优选，千斤顶的量程为200kn。
请参见图3，试验设备100还包括数据采集装置310，数据采集装置310与拉绳222连接。数据采集装置310包括力传感器(图未示)、位移传感器(图未示)和电阻应变片(图未示)，对圆环进行荷载、位移、应力、应变等力学特性数据的采集。力传感器设置于施力推杆组件内，与记录仪器连接，将施加的载荷大小传输给记录仪器。记录仪器可以是计算机。位移传感器设置在圆环构件上，用于采集位移数据。根据需要确定的圆环构件410所需测量位移的位置，将位移传感器设置于该位置上，然后与记录仪器连接，将采集到的位移数据传输给记录仪器。电阻应变片分别设置于圆环构件410上，用于采集应力、应变。根据需要确定的圆环构件410所需检测的位置，将电阻应变片设置于该位置上，然后与记录仪器连接，将采集到的应力、应变数据传输给记录仪器。
下面对本发明的试验设备100的工作原理进行说明。
将拉绳222穿过滑轮221，拉绳222的位于下方的一端与待试验的圆环连接，拉绳222的位于上方的另一端与施力推杆231组件213的顶板233连接。启动驱动电机或直接启用千斤顶，驱动推杆231向下移动，与此同时，连接在拉绳222另一端的圆环受到来自拉绳222的拉力，从而对单个圆环构件410进行力学试验检测。数据采集装置310通过传感器采集荷载、位移、应力、应变等力学特性数据。试验员根据采集到的数据进行分析、评价圆环构件410的力学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。