专利名称：一种用于结构构件的轴向力和侧向力加载装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于结构构件的加载装置及方法，尤其是涉及一种用于结构构件模拟侧向力和轴向力试验的加载装置及方法。
背景技术：
土木建筑工程无论是新结构体系的设计研发还是复杂结构的设计施工，以及运营性能的验证，都需要进行结构及构件的实验研究。特别是作为承受竖向力及侧向力的构件， 如结构柱、承重墙体等关键构件在地震作用下的力学性能的实验研究极为重要。目前，进行结构及构件的侧向力加载时，往往需要同时施加轴向力来模拟重力。由于所施加的轴向力往往很大，而直接采用重物施加重力不可靠且不安全，因此，轴向力的施加主要通过以下三种方法(1)通过千斤顶张拉固定于结构构件两端的高强螺栓或拉杆来向结构构件施加轴向力；(2)设置加载框架，将千斤顶置于结构构件端部与加载框架之间来施加轴向力，千斤顶的一端与结构构件端部铰接，另一端与加载框架铰接，在侧向力(水平力)作用下结构构件端部移动时，千斤顶随之摆动；(3)类似前述方法(2)，但在结构构件端部与千斤顶之间或千斤顶端部与加载框架之间设置滑动轴承机构，在侧向力(水平力)作用下结构构件端部移动时，千斤顶保持方向不变。上述方法在使用时存在如下不足第一种方法和第二种方法在加载时，轴向加载的千斤顶或拉杆随侧向加载而改变方向，因而产生侧向加载分量，该分量随水平加载位移的变化而变化，在测量构件所承受的侧向力时必须修正；第三种方法中，构件所承受的实际侧向力也必须从施加的侧向力中扣除摩擦力才能获得，而且由于摩擦力的存在使得加载装置千斤顶受到侧向力作用产生弯曲，有可能损坏千斤顶。总之，在这些加载方法中，施加给构件的实际侧向力都不能直接测得，必须通过修正施加的侧向力间接获得，增加了试验分析的难度，降低了测试结果的可信度，随着试验构件的尺寸增大问题约为严重。此外，当为了模拟诸如双向地震力而侧向力必须双向加载时，问题变得更为复杂，甚至不确定。同样， 当轴向力为模拟地震作用而有变动时，问题变得更为复杂，严重降低了实验的可信度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种将侧向力加载和轴向力加载分离，能直接测得施加给结构构件的实际侧向力及轴向力，可提高测试结果可信度的加载装置及方法。本发明之用于结构构件的轴向力和侧向力加载装置，包括加载架，所述加载架通过两端设有铰的连杆与固定构件用的反力梁或反力基础连接，所述加载架由与侧向力平行的部件I和与轴向力平行的部件II固定连接而成，所述部件I上置有对结构构件加载轴向力的千斤顶I或拉杆，所述部件II上设有向结构构件传递侧向力并直接测量结构构件所承受的侧向力的力传感器，所述部件II与反力梁之间设有侧向力加载用的千斤顶II。进一步，所述千斤顶可优选电动控制液压式千斤顶。
进一步，所述与轴向力平行的加载架的部件II为两个，并互相成角度(设一个时， 只能模拟一个侧向力的加载；设两个并互相成角度，可以模拟不同方向侧向力加载或扭转)。本发明之用于结构构件的轴向力和侧向力加载方法先将结构构件固定在反力梁或反力基础上，再将轴向力加载系统的千斤顶I或拉杆安装在结构构件加力端与加载架之间，通过千斤顶I或拉杆张拉结构构件和加载架来施加轴向力，所述轴向力通过设在千斤顶I或拉杆上的测力传感器直接测得；侧向力先通过千斤顶II施加在加载架上，再通过设置在加载架与结构构件之间的力传感器向结构构件施加，所述结构构件所承受的真实侧向力通过力传感器直接测得。试验构件的固定端可以固定在加载架与侧向力平行的部件上，这样，加载装置可以作为一个加载平台使用，而侧向力荷载为动力时，成为一种振动台。 本发明在加载时，将侧向力加载和轴向力加载分离，轴向力加载因为通过了一个可以随侧向加载而移动的加载架施加，其方向在侧向力加载过程中保持不变，从而更为真实的模拟轴力或竖向重力作用，并且能直接测得施加给结构构件的实际侧向力及轴向力。另外，所述与轴向力平行的加载部件II可设置为两个，并互相成模拟不同方向的侧向力加载或扭转的角度，用于双向加载，进一步为工程检测，产品研发，设计验证等提供更为可靠的加载装置及方法。
图1为本发明之用于结构构件的轴向力和侧向力加载装置实施例的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。参照图1，本发明之用于结构构件的轴向力和侧向力加载装置实施例包括加载架 1，所述加载架1通过两端设有铰的连杆4与固定结构构件2用的反力梁3连接，所述加载架1由与侧向力平行的部件I 1-1和与轴向力平行的部件II 1-2固定连接而成，所述部件 I 1-1上置有对结构构件2加载轴向力的千斤顶I 5，所述部件II 1-2上设有向结构构件2 传递侧向力并直接测量结构构件2所承受的侧向力的力传感器8，所述部件II 1-2与反力梁 3之间设有侧向力加载用的千斤顶II 7。所述千斤顶I 5、千斤顶II 7均为电动控制液压式千斤顶。所述千斤顶I 5也可为拉杆。所述与轴向力平行的加载架的部件II也可为两个，并互相成角度。所述反力梁3也可为反力基础。参照图1，本发明之用于结构构件的轴向力和侧向力加载方法实施例将试验构件2固定在反力梁3上，再将轴向力加载系统的千斤顶5安装在试验构件2的加力端横梁 6与可随试验构件2侧向移动的加载架1的部件I 1-1之间，通过千斤顶5张拉试验构件2 和加载架1的部件I 1-1来施加轴向力，所述轴向力通过设在通过千斤顶5的测力传感器直接测得；侧向力先通过千斤顶7施加在加载架1的部件II 1-2上，再通过设置在加载架1 的部件II 1-2与试验构件2之间的力传感器8来向试验构件2施加，所述侧向力通过力传感器8直接测得。
权利要求
1.一种用于结构构件的轴向力和侧向力加载装置，其特征在于包括加载架，所述加载架通过两端设有铰的连杆与固定构件的反力梁或反力基础连接，所述加载架由与侧向力平行的部件I和与轴向力平行的部件II固定连接而成，所述部件I上置有对结构构件加载轴向力的千斤顶I或拉杆，所述部件II上设有向结构构件传递侧向力并直接测得结构构件所承受的侧向力的力传感器，所述部件II与反力梁或反力基础之间设有侧向力加载用的千斤顶II。
2.根据权利要求1所述的用于结构构件的轴向力和侧向力加载装置，其特征在于所述与侧向力平行的加载架部件I的形状为U形或口字形状。
3.根据权利1或2所述的用于结构构件的轴向力和侧向力加载装置，其特征在于所述与轴向力平行的加载架的部件II为两个，并互相成角度。
4.一种使用权利要求1所述轴向力和侧向力加载装置对结构构件加载轴向力和侧向力的方法，其特征在于先将结构构件固定在反力梁或反力基础上，再将轴向力加载系统的千斤顶I或拉杆安装在结构构件加力端与加载架之间，通过千斤顶I或拉杆张拉结构构件和加载架来施加轴向力，所述轴向力通过设在千斤顶 I或拉杆上的测力传感器直接测得；侧向力先通过千斤顶II施加在加载架上，再通过设置在加载架与结构构件之间的力传感器向结构构件施加，所述结构构件所承受的真实侧向力通过力传感器直接测得。
全文摘要
一种用于结构构件的轴向力和侧向力加载装置及方法，该装置包括加载架，所述加载架通过两端设有铰的连杆与固定构件的反力梁或反力基础连接，所述加载架由与侧向力平行的部件Ⅰ和与轴向力平行的部件Ⅱ固定连接而成，所述部件Ⅰ上置有对结构构件加载轴向力的千斤顶Ⅰ或拉杆，所述部件Ⅱ上设有向结构构件传递侧向力并直接测得结构构件所承受的侧向力的力传感器，所述部件Ⅱ与反力梁或反力基础之间设有侧向力加载用的千斤顶Ⅱ。本发明还包括用于结构构件的轴向力和侧向力加载方法。本发明可直接测得施加给结构构件的实际侧向力及轴向力，提高了测试结果的可信度。
文档编号G01N3/02GK102426133SQ20111026459
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者肖岩 申请人:湖南大学