用于输电基础的复合式加载试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及的试验设备，是一种可将水平荷载(H )、竖向荷载(V )和力矩荷载(M)同时施加到输电基础试验构件上的复合式加载试验系统。
【背景技术】
[0002]高压输电网络建设的规模化发展使得输电杆塔结构体系日趋高柔，杆塔结构不仅承受塔身、导线、地线、金具自重、风荷载等长期作用，而且还受到暴风雨、覆冰荷载、断线荷载等非常环境的瞬时或短期作用，所受荷载情况复杂。这些荷载效应传至基础及地基，使得杆塔基础除承受竖向拉、压竖向荷载(V)外，还承受着较大的水平荷载(H)和弯矩作用(M)。通常将同时包含水平荷载(H)、竖向荷载(V)和力矩(M)三个分量的加载方式称为复合加载模式。
[0003]目前，国内许多高校及研究所针对输电基础在复合加载模式下的承载特性开展了广泛研究。当前研究成果多以数值方法为主，如鲁东大学的范庆来、山东大学的武科及东北电力大学的郝冬雪等学者，上述数值研究得到了很多的有益成果，具有一定参考价值。但由于数值研究存在一定的假设前提，对某些真实工况无法合理描述，因此工程界仍普遍以试验方法作为最重要的研究手段。浙江省电力设计院邢月龙等在2008年针对掏挖基础进行了原位真型基础载荷试验，测试了竖向荷载+水平荷载共同作用下基础的变形性状和承载能力；沈阳建筑大学王杰等通过室内模型试验对砂土中螺旋锚的极限抗拔承载力进行了研究；李永祥等在2010年选择戈壁碎石土地基进行了直柱掏挖基础的上拔和下压承载力试验，并给出了相应的设计方法和计算参数;鲁先龙等进行40个戈壁碎石土地基原状土扩底掏挖基础抗拔试验，构建了单独上拔荷载作用的承载力公式;刘生奎等在2012年选择黄土地基进行了直柱基础的上拔+水平组合工况下的承载力试验，并分析了基础荷载-位移的变化规律及土体破坏模式。
[0004]可以看出，上述的试验研究中多将竖向荷载和水平荷载相结合，或仅考虑竖向上拔荷载和下压荷载对输电基础承载力进行试验，加载方式也多采用地锚反力架与千斤顶组合，或人工堆载型式等，试验精度不高。目前在已发表的文献中均未见可将竖向荷载、水平荷载和弯矩荷载联合施加的复合式加载试验方法，同时也未见可针对输电基础实现上述复合式加载的试验系统。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:提供一种用于输电基础的复合式加载试验系统，可在输电基础试验构件上实现水平荷载(H )、竖向荷载(V )和力矩荷载(M )三个分量的复合加载模式。
[0006]本发明是由以下技术方案来实现的:一种用于输电基础的复合式加载试验系统，它包括刚性框架、垂直升降装置和垂直移动平台，所述刚性框架为四根立柱支撑的固定横梁，两组垂直升降装置分别置于刚性框架的两侧，垂直升降装置的上端与刚性框架的固定横梁固连、下端与刚性框架铰接，垂直移动平台置于刚性框架内、两端分别与垂直升降装置固连，其特征是:还包括垂直导向装置、水平导向装置、水平移动架、水平加载装置、竖向加载装置、试件夹具、程控装置，所述垂直导向装置置于刚性框架与垂直移动平台之间，垂直导向装置的一端与刚性框架固连、另一端与垂直移动平台固连，所述水平导向装置置于垂直移动平台上并固连，所述水平移动架套接在水平导向装置上并固连，所述竖向加载装置置于水平移动架的下端并固连，所述水平加载装置置于垂直移动平台下面、水平移动架的侧面，水平加载装置的端头与竖向加载装置铰接，所述试件夹具置于竖向加载装置的下方并铰接，水平加载装置、竖向加载装置均分别与程控装置电连接。
[0007]所述垂直导向装置的结构是:它包括垂直导轨和垂直滑块，所述垂直导轨置于刚性框架的立柱内侧并固连，所述垂直滑块置于垂直移动平台的端头并固连，垂直导轨和垂直滑块之间滑动连接。
[0008]所述水平导向装置的结构是:它包括导轨型钢、水平导轨和水平滑块，所述导轨型钢置于垂直移动平台上并固连，所述水平导轨分别置于导轨型钢的顶面外侧和底面外侧并固连，水平滑块与水平导轨之间滑动连接。
[0009]所述水平移动架的结构为管状体，管状体的水平移动架内侧的顶面和底面均分别与水平导向装置的水平滑块固连，水平移动架套接在水平导向装置的水平导轨上、并通过水平导向装置的水平滑块与水平导向装置实现水平移动。
[0010]所述竖向加载装置的结构是:它包括体、两个MTS动态作动缸、拉压传感器、曲臂和直臂，所述体包括底座、固定板和侧板，所述底座与固定板通过侧板固连，体的底座向上、置于水平移动架下端并固连，两个MTS动态作动缸同时置于体内并固连、缸头伸出体的固定板外，一个MTS动态作动缸的缸头通过拉压传感器与曲臂的一端铰接，另一个MTS动态作动缸的缸头通过拉压传感器与直臂的一端铰接，试件夹具同时与两个MTS动态作动缸铰接的曲臂或直臂的另一端铰接。
[0011]所述水平加载装置的结构是:它包括固定架、MTS动态作动缸和拉压传感器，所述固定架置于垂直移动平台的下方、靠近固连有直臂的MTS动态作动缸并固连，MTS动态作动缸与固定架固连，MTS动态作动缸的缸头伸出固定架外、并通过拉压传感器与竖向加载装置的体铰接。
[0012]所述曲臂的结构是:它包括短臂和长臂，所述短臂和长臂铰接，铰接后短臂、长臂的总长度与直臂长度相等，曲臂的两端分别与拉压传感器和试件夹具铰接。
[0013]本发明用于输电基础的复合式加载试验系统的工作过程描述如下:
(1)单独施加水平荷载(H):水平加载装置的MTS动态作动缸提供水平方向的荷载，并将水平方向的荷载传送到铰接的竖向加载装置，带动竖向加载装置及其固连的水平移动架进行整体平动，最终通过试件夹具对输电基础试验构件施加水平力或水平位移；
(2)单独施加竖向荷载(V):竖向加载装置的两个MTS动态作动缸提供相同的竖向荷载，同时向试件夹具施加相同的竖向力或竖向位移，通过试件夹具对输电基础试验构件直接作用；
(3)单独施加力矩荷载(M):由竖向加载装置的两个MTS动态作动缸分别施加不同的竖向位移，使试件夹具产生一定的旋转角度，同时由水平加载装置的MTS动态作动缸提供水平方向的荷载，以施加水平位移，对夹具旋转过程中所产生的水平位移进行补偿，从而使输电基础试验构件可围绕目标旋转点产生准确的旋转，实现力矩加载效果；
(4)水平荷载(H )、竖向荷载(V )、力矩荷载(M )的组合施加:基于本试验装置的尺寸几何关系，采用数学中三角函数理论将输电基础试验构件顶部预施加的三分量荷载进行拆分，分别得出三个MTS动态作动缸在加载过程中的位移函数，通过MTS动态作动缸的程控装置进行自定义编程，实时控制水平加载装置和竖向加载装置中三个MTS动态作动缸的位移，最终实现水平荷载(H )、竖向荷载(V )、力矩荷载(M )的同时作用。
[0014]本发明的有益效果是:本发明将MTS动态作动缸、拉压传感器和程控系统等元件相结合，可在输电基础试验构件上选择单独或同时施加水平荷载(H )、竖向荷载(V )和力矩荷载(M )，其具有的优点体现在:
1.采用了MTS动态作动缸，可基于试验需求自由选择静态或动态加载方式；
2.采用了MTS动态作动缸，可基于试验需求选择施加力荷载或位移荷载；
3.采用了MTS动态作动缸，可在试验过程中自动进行力或位移补偿，大幅度提高试验精度；
4.采用了程控系统，可对液压作动缸进行实时操作，并可通过自定义编程使三个MTS动态作动缸之间协调工作，实现对基础试验构件的复合加载模式；
3.本发明从根本上避免了试验过程中传统的人工加载方式，提高了输电基础特性试验的整体可操控性。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的主视不意图；
图2为图1的左视不意图；
图3为本发明的水平导向装置与水平移动架的结构示意图；
图4为本发明的水平加载装置结构示意图；
图5为本发明的竖向加载装置结构示意图；
图6为本发明的加载实验平台原理图。
[0016]图中:1垂直升降系统，2刚性框架，3垂直移动平台，4水平移动架，5底座，6MTS动态作动缸，7水平加载装置，8固定架，9拉压传感器，10直臂，11试件夹具，12曲臂，13固定板，14竖向加载装置，15水平导轨，16导轨型钢，17水平滑块。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018]参见图1?图6，本实施例用于输电