适用不同尺寸与形状钢砼构件的可调三维加载试验系统的制作方法

本发明涉及一种适用不同尺寸与形状钢砼构件的组合可调三维加载试验系统。

技术背景

目前，各种工程中大量使用钢砼构件，为了满足不同工程需要，需要制作不同尺寸、不同形状的钢砼构件；为确保工程质量与安全，需要对钢砼构件的物理力学参数进行详细测定，需要钢砼构件进行加载试验。由于钢砼构件具有尺寸与形状多变、加载位置不定、屈服和破坏荷载比较大的特点，所以对钢砼构件进行加载试验，必须有大吨位、高强度、加载位置灵活可调、适用各种构件形状且操作方便的试验系统，但目前已有钢砼构件加载试验设备均具有较大的局限性。如下所述：

中国专利zl201010546650.8发明了一种钢砼构件疲劳加载耐久性试验装置，该装置可以模拟疲劳荷载、化学侵蚀、干湿循环等条件共同作用下钢砼构件的变形破坏情况，但该装置只适用于板式钢砼构件，且尺寸不可调，通用性差。

中国专利zl201510790592.6发明了一种盐雾环境下钢砼构件加压试验装置，该装置可对盐雾环境下的钢砼构件施加压力荷载，加载量程范围大，可自由调节荷载值大小。但该装置只适用于规则长方体钢砼构件加压试验，通用性差，且无法调节加载位置及试件尺寸。

中国专利zl200920110127.3发明了一种钢砼构件加载试验装置，该装置具有双跨梁结构，可预先将需要安装的加载缸连接在连接板上，将连接板和加载缸整体起吊连接在双跨梁上。该装置具有结构传力明晰、用材经济等优点。其缺点该试验装置的反力架不是自反力装置，且尺寸不可调。

中国专利zl2011100390776发明了千吨模块化组合式可调自反力台架装置，可进行钢砼加载试验，该台架装置具有结构简单、加工容易、节省钢材、高度可调等特点。但该装置仅高度可调，不能实现三维加载和三维尺寸调整，也无法进行大尺寸钢砼构件的加载试验。

上述已有试验装置各有特点，但均有较大的局限性，其局限性如下所述：

1)试验装置通用性差，无法根据钢砼构件的形状和尺寸随意调整加载框架的位置和加载油缸位置；

2)试验装置结构不紧凑，加载空间及加载吨位较小，无法进行大尺寸、大吨位、高强度钢砼构件的加载试验；

3)加载试验装置无法实现自平衡，加载框架无法自动控制移动和锁定，安装及使用不方便，灵活性较差。

技术实现要素：

为克服钢砼加载试验装置所存在的各种不足，本发明提供了一种多功能、大吨位、大尺寸、自平衡、高强度的三维加载试验系统及方法，可根据钢砼构件的形状和尺寸调整加载框架的位置和加载油缸位置，具有较好的适用性和通用性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下所述：

适用不同尺寸与形状钢砼构件的组合可调三维加载试验系统，该试验系统加载反力框架全部采用厚钢板焊接加工的钢结构组装而成，包括一个组装式底座，在所述的组装式底座上设有可以沿着组装式底座左右方向移动的回形结构i，在所述的回形结构i的内部设有三个回形结构ii，其中位于中间的回形结构ii固定不动，两侧的回形结构ii在推移油缸的驱动下可以沿着组装式底座前后方向移动；三个回形结构ii围成的空间内设有一个升降试验平台，在所述的回形结构i上设有用于对钢砼构件后部加载的后部加载油缸，在所述的回形结构ii上设有用于对钢砼构件侧部和顶部加载的侧部加载油缸和上部加载油缸；加载油缸通过推移固定装置进行推动和固定。

进一步的，所述的上部加载油缸包括三个，一个回形结构ii的顶部安装一个上部加载油缸。

进一步的，所述的侧部加载油缸包括三个，一个回形结构ii的侧部安装一个侧部加载油缸。

进一步的，三个左右方向回形结构ii高度较低，一个前后方向回形结构i高度较高，并搭接于所述左右方向回形结构ii水平梁上方。

进一步的，所述的位于两侧的回形结构ii的底部通过导向固定装置实现其前后移动，移动到位后可通过锁定机构锁定。

进一步的，所述的导向固定装置由凸出块体、导轨、垫板、固定台、固定螺栓构成，其中所述的垫板直接固定于所述的组装式底座上，导轨固定于所述的垫板上，所述的凸出块体与固定台限制回形结构ii的立柱上下左右移动，可沿导轨做前后移动，可满足侧部不同加载位置的要求；回形结构ii的立柱可通过固定台螺栓孔、底座螺栓孔及固定螺栓限制其前后移动，使其完全锁定。

进一步的，所述的回形结构i、回形结构ii均各自包括两根立柱和一个水平梁，两根立柱下端固定于组装式底座上，上端通过连接件与水平梁连接。

进一步的，回形结构i的水平梁由一根可动、一根固定的较短水平梁搭接而成，可动一端连接的立柱的下端位于组装式底座导向槽内，另一根立柱固定不可调。所述的底座导向槽既可用于立柱的左右移动，调节加载位置，又可作为滑动打开结构，以使钢砼结构件能顺利的进出就位。

进一步的，所述的回形结构i的水平梁上布置有后部加载油缸推移固定装置，后部加载油缸推移固定装置由推移油缸、导轨、固定螺栓组成，实现后部加载油缸左右方向的移动与固定，可满足钢砼构件后部不同加载位置的要求。

进一步的，回形结构ii的水平梁上布置有上部加载油缸推移固定装置；上部加载油缸推移固定装置由推移油缸、导轨、加载油缸固定板、固定螺栓组成，实现上部加载油缸左右方向移动与固定，可满足钢砼构件上部不同加载位置的要求。

进一步的，立柱上端通过连接件与水平梁连接，该连接件为具有多个螺栓孔的板式结构，且所述立柱以及水平梁上均有多个与连接件相配合不同高度的螺栓孔，可通过选择不同高度螺栓孔通过螺栓进行连接，调整上部加载油缸的高度，可满足钢砼构件上部不同加载高度的要求。

进一步的，所述的加载油缸通过加载垫板与立柱相连接，可通过调整加载垫板的厚度来满足不同厚度钢砼试件的加载要求；各个立柱上布置有不同高度螺栓孔，可通过选择不同高度螺栓孔通过螺栓进行连接，调整侧部及后部加载油缸的高度，可满足侧部及后部不同加载高度的要求。

组装式底座上面设计有升降平移试验平台，使用时可通过下部的油缸实现试验平台的升降和平移。试验时，通过前立柱底座导向槽，移开该立柱，移入钢砼结构件，将钢砼结构件放置在升降平移试验平台上，并通过前立柱底座导向槽，将该立柱就位，开始加载试验；试验结束后，通过升降平移试验平台移出钢砼构件。

各个加载油缸通过液压加载系统均可实现独立伺服控制加载，保证加载精度和稳定性，并可长期保压，可选择按照位移或应力加载。

试验时，根据钢砼构件的具体尺寸、形状以及需要加载的位置，通过升降平移试验平台移入钢砼构件，通过侧部推移油缸、侧部加载油缸导向固定装置调整侧部加载油缸位置；通过立柱内侧不同螺栓孔调整侧部及后部加载油缸高度；通过后部加载油缸导向固定装置调整后部加载油缸位置；通过连接件不同螺栓孔及立柱不同螺栓孔调整上部加载油缸高度；通过上部加载油缸导向固定装置调整上部加载油缸位置；通过加载油缸加载垫板厚度调整侧部和后部加载油缸到对面立柱的距离。从而满足不同尺寸、不同形状钢砼构件的三维加载试验要求。

本发明的有益效果如下：

该系统具有多功能、大吨位、大尺寸、自平衡、高强度的特点，可根据钢砼构件的形状和尺寸调整加载框架的位置和加载油缸位置，可满足不同尺寸与形状的钢砼构件的三维加载试验要求，具有较好的适用性和通用性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明整体结构斜视图；

图2是本发明整体结构主视图；

图3是本发明整体结构侧视图；

图4是本发明整体结构俯视图；

图5是本发明立柱主视图；

图6是本发明立柱侧视图；

图7是本发明侧部加载油缸导向固定装置主视图；

图8是本发明侧部加载油缸导向固定装置俯视图；

图9是本发明上部加载油缸推移固定装置主视图；

图10是本发明上部加载油缸推移固定装置俯视图；

图11是本发明后部加载油缸推移固定装置主视图；

图12是本发明后部加载油缸推移固定装置俯视图；

图13是本发明连接件示意图；

图14是本发明升降试验平台示意图；

图15是可用本试验系统进行加载试验的钢砼构件示意图；

图16、图17、图18是可用本试验系统进行加载试验的钢砼构件受力三视图。

其中：1、左右方向回形结构，2、前后方向回形结构，3、立柱，4、水平梁5、组装式底座，6、连接件，7、侧部加载油缸导向固定装置，8、推移油缸，9、侧部加载油缸，10、后部加载油缸，11、上部加载油缸，12、底座导向槽，13、导轨，14、凸出块体，15、垫板，16、固定台，17、螺栓孔，18、上部加载油缸推移固定装置，19、后部加载油缸推移固定装置，20、钢砼构件，21、升降试验平台，22、试验平台升降腿，23、试验平台滚动轮，24、试验平台承载板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义；

本实施例部分描述的左右方向回形结构与发明内容部分描述的回形结构ii是指同一个部件；前后方向回形结构与发明内容部分描述的回形结构i是指同一个部件；

正如

背景技术：
所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种多功能、大吨位、大尺寸、自平衡、高强度的三维加载试验系统；试验系统加载反力框架全部采用厚钢板焊接加工的钢结构组装而成，组装式底座、八根立柱、五根水平梁以及连接件共同在三个方向上形成四个回形自反力框架，增大了整体刚度和强度。在四个回形自反力框架上共布置三个侧部加载油缸、三个上部加载油缸、一个后部加载油缸。三个左右方向回形结构高度较低，前后方向回形结构高度较高，并搭接于所述左右方向回形结构水平梁上方。所述三个左右方向回形结构的中间立柱固定不动，通过所述三个左右方向回形结构的前后两根立柱下端设计导向固定装置实现所述立柱前后移动，移动到位后可通过锁定机构锁定。左右面上所述三根立柱之间布置有推移油缸，通过推移油缸及导向固定装置实现所述立柱的移动与固定，可满足钢砼构件左右面上不同加载位置的要求；前后方向回形结构所述立柱下端固定于所述组装式底座上，上端通过所述连接件与所述水平梁连接，所述前后方向回形结构水平梁由一根可动、一根固定的较短水平梁搭接而成，可动一端连接的立柱的下端位于组装式底座导向槽内，另一根立柱固定不可调。所述底座导向槽既可用于立柱的左右移动，调节加载位置，又可作为滑动打开结构，以使钢砼结构件能顺利的进出就位。所述前后方向回形结构水平梁上布置有后部加载油缸推移固定装置，所述后部加载油缸推移固定装置由推移油缸、导轨、固定螺栓组成，实现后部加载油缸左右方向的移动与固定，可满足钢砼构件后部不同加载位置的要求；导向固定装置由所述立柱下端的凸出块体、导轨、垫板、固定台、固定螺栓构成，其中所述垫板直接固定于底座上，所述导轨固定于垫板上，所述立柱通过凸出块体与固定台限制其上下左右移动，可沿所述导轨做前后移动，立柱可通过固定台螺栓孔、底座螺栓孔及固定螺栓限制其前后移动，使其完全锁定，可满足侧部不同加载位置的要求。

具体的，下面结合附图，对本发明进行详细说明：

如图1～图6及图13所示，左右两侧面各三根立柱3，前后面各一根立柱3，所有立柱3内侧及前后侧均有不同高度的螺栓孔17；四根立柱内侧各布置一个加载油缸，所述加载油缸通过加载垫板与立柱相连接，可通过调整所述加载垫板的厚度来满足不同厚度钢砼试件的加载要求。立柱上布置有不同高度螺栓孔，可通过选择不同高度所述螺栓孔通过螺栓进行连接，调整所述侧部及后部加载油缸的高度，可满足侧部及后部不同加载高度的要求。

左右两侧面前后两端四根立柱3下端具有凸出块体14，并通过侧部加载油缸导向固定装置7与组装式底座5相连接，侧部中间两根立柱3直接通过螺栓孔17及螺栓与组装式底座5相连接，左右两侧面六根立柱3上端均通过图13所示连接件6、连接件12上布置的螺栓孔17及螺栓与水平梁4相连接，以上形成左右方向回形结构1。

前部立柱3下端通过螺栓孔17及螺栓直接与组装式底座5相连接，后部立柱3下端放置于底座导向槽12中，可沿导轨移动。前后部立柱3上端均通过连接件6、连接件6上布置的螺栓孔17、螺栓与水平梁4相连接，其中水平梁4由两条较短水平梁4组成，前侧水平梁4固定不可动，后侧水平梁4可左右移动，以上结构形成前后方向回形结构2。

三个左右方向回形结构1、一个前后方向回形结构2及组装式底座5组成该试验装置的主体框架，其中组装式底座5由多个较小组合块通过螺栓孔17及螺栓组装而成。

前后方向回形结构2的水平梁4位于左右方向回形结构1的水平梁4上方，三个左右方向回形结构1的水平梁4内侧各布置一个上部加载油缸11，前后方向回形结构2的后部立柱3内侧布置一个后部加载油缸10，三个左右方向回形结构1的一侧立柱3内侧各布置一个侧部加载油缸9。

三个左右方向回形结构1的水平梁4上各布置一个上部加载油缸推移固定装置18，前后方向回形结构2的水平梁4上布置一个后部加载油缸推移固定装置19，三个左右方向回形结构1之间布置有两个推移油缸8。

图7、图8为侧部加载油缸导向固定装置7示意图，垫板15固定于组装式底座5上，导轨13通过卡槽与垫板15上凸出部分相连接，通过其立柱3下端凸出块体14及固定台16限制立柱3上下左右的移动，固定台16可沿其自带导轨13前后移动，并可通过组装式底座5及固定台16上不同位置的螺栓孔17及螺栓固定固定台16，限制其前后移动，固定台16上的滚筒型结构可使立柱3更方便移动。

图9、图10为上部加载油缸推移固定装置18示意图，上部加载油缸11通过上下两块垫板15、其上螺栓孔17及螺栓固定于水平梁4上，上部垫板15与水平梁4之间布置有导轨13，水平梁4上布置有推移油缸8，推移油缸8一端固定于上部垫板15。

图11、图12为后部加载油缸推移固定装置19示意图，前后方向回形结构2水平梁4由两条较短水平梁4组成，前侧水平梁4固定不可动，后侧水平梁4可左右移动，后部加载油缸推移固定装置19布置于水平梁4上方，其底座与水平梁4相垂直，底座上布置有导轨13，固定台16布置于导轨13上，固定台16与可动水平梁4相连接，推移油缸8一端固定于底座凸出钢板，一端与固定台16相连接，并可通过底座螺栓孔17、固定台螺栓孔17及螺栓固定该水平梁位置。

图14为升降试验平台21示意图，在组装式底座上面设计有升降平移试验平台，使用时可通过下部的油缸实现试验平台的升降和平移。试验时，通过所述前立柱底座导向槽，移开该所述立柱，移入钢砼结构件，将钢砼结构件放置在所述升降平移试验平台上，并通过所述前立柱底座导向槽，将该立柱就位，开始加载试验；试验结束后，通过所述升降平移试验平台移出钢砼构件。

具体的，升降试验平台21由试验平台承载板24、试验平台升降腿22、试验平台滚轮23、螺栓孔17组成，其中试验平台承载板24用于放置拟进行加载试验的钢砼构件20；试验平台升降腿22主体为大尺寸伸缩油缸，可以根据试验加载要求调整钢砼构件20高度；试验平台滚轮23可方便升降平台21的移入移出；可通过试验平台承载板24上布置的螺栓孔17及螺杆对钢砼构件20进行固定；可通过组装式底座5上的螺栓孔17及螺杆对升降试验平台21进行固定，保证加载试验的稳定性。

图15和图16为用本试验系统进行加载试验的钢砼构件20示意图及受力示意图，本试验系统可适用于不同尺寸及形状的钢砼构件20，该示意图列出其中一种较简单钢砼构件20，对加载方式及受力情况进行说明，箭头表示钢砼构件20的受力情况。

试验时，通过后部加载油缸推移固定装置19及前后方向前立柱底座导向槽移开后部立柱3，通过升降试验平台21将放置于试验平台承载板24上的钢砼构件20移入到试验系统内部相应位置，并通过组装式底座5上的螺栓孔17及螺杆对升降试验平台21进行固定；钢砼构件20就位后，通过后部加载油缸推移固定装置19及前后方向前立柱底座导向槽将后部立柱3移回相应位置。

根据不同钢砼构件20的尺寸、形状、加载位置，确定各个加载油缸的位置。通过侧部推移油缸8伸缩，使左右方向回形结构1的立柱3沿下端侧部加载油缸导向固定装置7上的导轨13前后移动，从而使前后端的两个侧部加载油缸9位于试验位置；通过选择侧部立柱3内侧的不同螺栓孔17来固定侧部加载油缸9，从而使侧部加载油缸9位于试验高度；通过上部加载油缸导向固定装置18上的推移油缸8伸缩，使固定台16带动上部加载油缸11左右移动，从而使上部加载油缸11位于试验位置；左右方向回形结构1立柱3前后面上均有不同高度螺栓孔17，连接件6上也布置多个不同高度螺栓孔17，通过选择不同高度螺栓孔17连接立柱3和水平梁4，从而使水平梁4位于不同高度，同时使上部加载油缸11位于试验高度；通过后部加载油缸导向固定装置19上的推移油缸8伸缩，使固定台16带动水平梁4及后部立柱3左右移动，从而使后部加载油缸10位于试验位置；通过选择后部立柱3内侧的不同螺栓孔17来固定后部加载油缸10，从而使后部加载油缸10位于试验高度；通过改变加载油缸加载垫板厚度调整侧部加载油缸9和后部加载油缸10到对面立柱的距离；可通过调整升降试验平台21的试验平台试验腿23的高度，调整放置于试验平台承载板24上的钢砼构件24的高度。

当加载油缸位于钢砼构件20相应的加载位置时，可根据试验加载要求，通过液压加载系统按位移或按应力对钢砼构件20进行伺服控制加载。

加载过程结束后，回缩加载油缸，通过后部加载油缸推移固定装置19及前后方向前立柱底座导向槽移开后部立柱3，通过升降试验平台21将放置于试验平台承载板24上的钢砼构件20移出试验系统，试验结束。

液压加载系统和加载油缸均可实现独立伺服控制加载，保证加载精度和稳定性，并可长期保压，可选择按照位移或应力加载。