十字主梁结构综合加载系统的制作方法

本实用新型属于土木工程结构试验加载系统技术领域，涉及一种十字主梁结构综合加载系统。

背景技术：

目前公知的土木工程结构试验加载系统(尤其土木工程压剪试验加载系统)的常规的加载方法为：竖向布置一个竖向作动器，以模拟重力载荷，水平布置一个水平作动器，以模拟剪力，两个作动器同时对试件进行加载。但是，这种加载方式有一定的局限性，无法模拟多种载荷同时作用工况，因此需要一种能够实现多自由度加载的加载系统。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种十字主梁结构综合加载系统，其能够实现多自由度加载，因此，特别适用于土木工程压剪加载试验。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种十字主梁结构综合加载系统，其至少包括：反力平台、X向反力墙、Y向反力墙、十字主梁、工装附具、四个Z向作动器、两个X向作动器和两个Y向作动器等部件。

其中，反力平台置于水平面上，反力平台、X向反力墙和Y向反力墙互相垂直，十字主梁则与反力平台平行设置。

工装附具包括上部分和下部分，上部分和下部分挟持试件，上部分的上端与十字主梁的交叉点相连，下部分的下端与反力平台相连。

在四个Z向作动器中，每个Z向作动器的顶端与十字主梁的对应端部活动连接，底端与反力平台活动连接，Z向作动器垂直于反力平台。

在两个X向作动器中，每个X向作动器的一端与十字主梁沿Y向的对应端部活动相连，另一端与Y向反力墙活动连接。

在两个Y向作动器中，每个Y向作动器的一端与十字主梁沿X向的对应端部活动相连，另一端与X向反力墙活动连接，Z向作动器、X向作动器和Y向作动器互相垂直。

本实用新型的十字主梁结构综合加载系统的各部件的连接关系表如下表1所示。其中，表1的横向显示了相关部件的连接关系。

表1相关部件的连接关系表

表1中的标记参考图1中的标记，但是本表中的部件结构并不限于图1中的部件结构。

可选地，上部分的上端与交叉点可以通过第一锚杆相连，下部分的下端可以与反力平台固定连接。

可选地，每个Z向作动器的顶端可以设有第一万向铰，该第一万向铰与十字主梁的对应端部可以通过第一高强螺栓连接。

可选地，每个Z向作动器的底端可以设有用于调节十字主梁与反力平台的间距的调整支座，调整支座的底端可以设有第二万向铰，反力平台上可以设有第一反力槽道或第一锚孔，第二万向铰可以通过第二锚杆与第一反力槽道或第一锚孔相连。

可选地，本实用新型的十字主梁结构综合加载系统可以进一步包括：X向作动器安装座，该X向作动器安装座可以固定在Y向反力墙上。每个X向作动器的一端可以设有第三万向铰，另一端可以设有第四万向铰，第三万向铰可以通过第三高强螺栓与十字主梁沿Y向的对应端部相连，第四万向铰可以通过第四高强螺栓与X向作动器安装座相连。

进一步地，Y向反力墙表面可以设有第二反力槽道或第二锚孔，X向作动器安装座可以通过第三锚杆与Y向反力墙的第二反力槽道或第二锚孔相连。

可选地，本实用新型的十字主梁结构综合加载系统还可以进一步包括：Y向作动器安装座，该Y向作动器安装座可以固定在X向反力墙上。每个Y向作动器的一端可以设有第五万向铰，另一端可以设有第六万向铰，第五万向铰可以通过第五高强螺栓与十字主梁沿X向的对应端部相连，第六万向铰可以通过第六高强螺栓与Y向作动器安装座相连。

进一步地，X向反力墙表面可以设有第三反力槽道或第三锚孔，Y向作动器安装座可以通过第四锚杆与X向反力墙的第三反力槽道或第三锚孔相连。

可选地，本实用新型的十字主梁结构综合加载系统更可以进一步包括：对向设置的两个支撑结构，每个支撑结构分别支撑十字主梁沿X向或沿Y向的梁体。

进一步地，每个支撑结构包括两条立柱和一条横梁，横梁可移动地设置在两条立柱之间，横梁支撑对应的梁体。

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的十字主梁采用箱式结构焊接而成，在Z方向布置四个竖直作动器，在水平X、Y方向上分别分布两个水平作动器，这些作动器的两端与其它部件活动连接，例如，均采用万向铰与相关的部件连接。由于万向铰的方向可以任意调节，因此，本实用新型的综合加载系统能够实现对试件的多自由度加载。

总之，本实用新型的十字主梁结构综合加载系统不仅能实现土木工程传统的试验加载，而且可以实现对梁柱框架系统、墙体、桥墩的部分、桥台、塔等其他结构的试验加载。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的十字主梁结构综合加载系统的整体结构示意图。

图2为本实用新型实施例中的Z向作动器的结构和连接关系示意图。

图3为本实用新型实施例中的支撑结构的结构示意图。

附图标记

支撑结构1、调整支座2、反力平台3、Z向作动器4、Y向反力墙5、十字主梁6、X向作动器安装座7、X向作动器8、Y向作动器安装座9、Y向作动器10、工装附具的上部分11、试件12、工装附具的下部分13、第二万向铰14、X向反力墙15、第一反力槽道16、第一万向铰17、横梁18、立柱19、锚栓20。

具体实施方式

本实用新型提供了一种十字主梁结构综合加载系统，其包括：反力墙、反力平台、十字主梁、竖直作动器、水平作动器、调整支座、支撑结构、工装附具等。

其中，十字主梁采用箱式结构焊接而成。十字主梁的底部与顶部均布安装孔，用于固定工装附具，该工装附具用于固定试件。

在Z方向布置四个竖直作动器，在水平X、Y方向上分别分布两个水平作动器。四个竖直作动器及四个水平作动器可为同一规格型号作动器，也可为不同规格作动器；可为静态作动器，也可为动态疲劳作动器。

竖直作动器和水平作动器的两端均采用万向铰连接。例如，四个竖直作动器顶部的万向铰与十字主梁通过高强度螺栓连接，底部的万向铰通过锚杆与反力平台的反力槽道连接。四个竖直作动器的底部与万向铰的中间安装有一定高度的调整支座，可调节作动器及万向铰整体的长度，进而可调整十字主梁距离地面或反力平台的高度。四个水平作动器一端的万向铰与十字主梁通过高强度螺栓连接，另一端的万向铰通过高强度螺栓与作动器支座连接，而四个水平作动器支座则通过锚杆与反力墙的反力槽道连接。四个竖直作动器和四个水平作动器可在控制上实现协同动作。

本实用新型的万向铰沿X轴、Y轴、Z轴均可旋转，并有较大的旋转角度，使得八个作动器在协同动作时不会相互之间产生干涉，因此，在试验时，可由操作人员对十字主梁进行控制，实现对试件三平移三旋转六自由度加载，并可实现不同载荷形式的组合，从而能够进行多轴准静态循环试验、准静态伪动态测试、以及对大型结构子组件的连续伪动态测试。

支撑结构为可方便拆卸结构，在非试验静停状态下有助于设备整体结构的支撑与稳定；在试验过程中，当试件破坏时，能够起到有效控制、保护系统的作用。

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的十字主梁结构综合加载系统，其包括：反力平台3、X向反力墙15、Y向反力墙5、十字主梁6、工装附具、四个Z向作动器4、两个X向作动器8、两个Y向作动器10、X向作动器安装座7、Y向作动器安装座9、支撑结构1等。

其中，反力平台3置于水平面上。反力平台3、X向反力墙15和Y向反力墙5互相垂直设置。本实施例对反力墙和反力平台的结构并没有特别的限制。例如，两种反力墙5、15既可为土建结构，也可为钢框架结构。反力平台3既可以为土建结构，也可为钢框架结构。

十字主梁6采用箱式结构焊接而成十字结构形状。十字主梁6与反力平台3平行设置，并且与反力平台3保持一定的距离。十字主梁6的底部与顶部均布安装孔，以方便固定工装附具。

工装附具包括上部分11和下部分13，上部分11和下部分13挟持并固定试件12，上部分11的上端与十字主梁6的交叉点下底面的安装孔相连，下部分13的下端与反力平台3相连。在优选的实施例中，上部分11的上端可以与交叉点下底面的安装孔通过第一锚杆相连，下部分13的下端可以与反力平台3固定连接。图1中工装附具及试件仅为一种试验示例，工装附具及试件结构形式包含但不局限于图中结构形式，本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下，可以选择合适的工装附具及试件。

在四个Z向作动器4(又称竖直作动器)中，每个Z向作动器4的顶端与十字主梁6的对应端部活动连接，底端与反力平台3活动连接。Z向作动器4垂直于反力平台3。在优选的实施例中，每个Z向作动器4的顶端可以设有第一万向铰17，该第一万向铰与十字主梁6的对应端部可以通过第一高强螺栓连接。在优选的实施例中，每个Z向作动器4的底端也可以设有调整支座2，调整支座2的底端设有第二万向铰14，反力平台3上可以设有第一反力槽道或第一锚孔，第二万向铰通过第二锚杆与第一反力槽道或第一锚孔相连。调整支座2用于调节十字主梁6与反力平台3的间距。如图2所示，调整支座2本身具有一定高度，可以通过增加调整支座2的数量来调节Z向作动器、第一万向铰17、第二万向铰14整体的长度，进而可调整十字主梁6距离地面或反力平台3的高度。

在两个X向作动器8中，每个X向作动器8的一端与十字主梁6沿Y向的对应端部活动相连，另一端与Y向反力墙5活动连接。

在两个Y向作动器10中，每个Y向作动器10的一端与十字主梁6沿X向的对应端部活动相连，另一端与X向反力墙15活动连接。Z向作动器4、X向作动器8和Y向作动器10互相垂直。

本实施例含有四个Z向作动器4、两个X向作动器8和两个Y向作动器10，总共八个作动器，可为同一规格型号的作动器，也可为不同规格的作动器。根据试验要求，八个作动器可为静态作动器，也可为动态疲劳作动器。另外，这八个作动器可在控制上实现协同动作。

本实施例的作动器的两端与其它部件活动连接，例如，作动器的两端均采用万向铰与相关的部件连接。由于万向铰的方向可以任意调节，例如，万向铰沿X轴、Y轴、Z轴均可旋转，并有较大的旋转角度，并且在八个作动器协同动作时，相互之间不会产生干涉，因此，本实施例的综合加载系统能够实现对试件的多自由度加载。

本实施例中的X向作动器安装座7固定在Y向反力墙5上。每个X向作动器8的一端设有第三万向铰，另一端设有第四万向铰，第三万向铰通过第三高强螺栓与十字主梁6沿Y向的对应端部相连，第四万向铰通过第四高强螺栓与X向作动器安装座7相连。在本实施例中，Y向反力墙5表面设有第二反力槽道或第二锚孔，使得X向作动器安装座7通过第三锚杆与Y向反力墙5的第二反力槽道或第二锚孔相连。

本实施例中的Y向作动器安装座9固定在X向反力墙15上。每个Y向作动器10的一端设有第五万向铰，另一端设有第六万向铰，第五万向铰通过第五高强螺栓与十字主梁6沿X向的对应端部相连，第六万向铰通过第六高强螺栓与Y向作动器安装座9相连。在本实施例中，X向反力墙15表面设有第三反力槽道或第三锚孔，Y向作动器安装座9通过第四锚杆与X向反力墙15的第三反力槽道或第三锚孔相连。

本实施例中的支撑结构1有两个，呈对向设置，每个支撑结构1分别支撑十字主梁6沿Y向的梁体。实际上，每个支撑结构1也可以分别支撑十字主梁6沿X向的梁体。每个支撑结构1包括两条立柱19和一条横梁20。横梁20可移动地设置在两条立柱19之间，用于支撑对应的梁体。立柱19上面分布着不同高度的螺孔。由于横梁20的两端分别安装在等高的两侧螺孔中，因此，横梁20在立柱19上的高度可调节，以适应十字主梁6不同离地高度。立柱19的底部通过锚栓20固定在反力平台3上。支撑结构1在非试验静停状态下有助于设备整体结构的支撑与稳定；在试验过程中，当试件破坏时，能够有效控制、保护系统，并可方便装卸。当然，支撑结构也不局限于图示结构形式，任何起到支撑设备并可调节的结构，均在本专利保护范围内

本实施例的综合加载系统的各部件的连接关系表如下表2所示。其中，表2的横向显示了相关部件的连接关系。

表2相关部件的连接关系表

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。