维持恒定压力的竖向加载试验装置及其方法

本发明属于土木工程领域，涉及土木工程试验加载装置，具体为一种维持恒定压力的竖向加载试验装置及其方法。

背景技术：

1、在土木工程结构中，竖向承载构件（如剪力墙、承重墙、框架柱等）是保证结构鲁棒性和承载能力的关键构件，在新型结构开发的过程中，对于竖向承载构件的力学性能和变形能力往往需要通过构件或结构层次的拟静力试验来进行验证。竖向承载构件自身在真实结构中通常承受定量的竖向荷载，即便在水平荷载引起侧移的条件下其竖向荷载也不会发生明显的变化。在大比例构件试验条件下，竖向荷载通常作为一种边界条件，需要在加载过程中保持稳定的数值，以保证结构试验结果的准确性。

2、目前的拟静力试验中实验室通常提供的竖向荷载施加方法通常包括反力梁和千斤顶配套加载、穿心式千斤顶与预应力钢筋通过预张拉进行加载等。在反力梁与千斤顶配套加载的方法中，水平力作用下试验构件的顶部通常会发生一定角度的倾斜，导致在试验过程中通常会导致试件顶面与千斤顶加载面贴合不牢，轴力在加载过程中的稳定性不易保证；在穿心式千斤顶与预应力钢筋预张拉结合的方法中，构件反复推拉的过程中会导致预应力钢筋处于反复拉压的状态，实际油压在加载过程中不易保证，导致试验过程中轴压力并不稳定；部分试验借用高精度的静态伺服液压控制装置配套加载，但在高速率加载过程或者构件水平移动幅值较大的情况下，油压的稳定维持效果不易得到保证。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种维持恒定压力的竖向加载试验装置，用于在结构竖向承重构件试验过程中提供稳定的轴压力。本发明提出的试验装置简洁高效，可以尽量避免试验过程中因油压不稳定造成的轴压力误差，进一步提升竖向试验构件拟静力试验结果的准确性。

2、为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

3、一种维持恒定压力的竖向加载试验装置，包括能够向待测试验构件施加竖向荷载的竖向加载装置，所述的竖向加载装置包括能够在竖向伸缩的加载千斤顶，加载千斤顶的油缸通过供油油路与油泵连通；还包括能够确保加载千斤顶在加载过程中油压稳定的稳油压装置；稳油压装置包括反力支架、作动器系统、稳油压用千斤顶以及稳压油路；其中：

4、所述作动器系统的固定端与反力支架连接，施力端则与稳油压用千斤顶的伸缩端顶面接触；稳油压用千斤顶的底座固定在反力支架上；

5、稳油压用千斤顶的油缸通过所述的供油油路与油泵连通；

6、稳压油路连接在稳油压用千斤顶的油缸与加载千斤顶的油缸之间，且稳压油路上安装有油压表b。

7、优选地，所述的供油油路包括供油油管a、供油油管b，且供油油管a、供油油管b上均安装有控制各自管路流通/截止的阀门以及检测各自管路所输送液压油油压的油压表；供油油管a的一端与油泵连通，另一端则与稳油压用千斤顶的油缸连通；供油油管b的一端与油泵连通，另一端则与加载千斤顶的油缸连通。

8、优选地，所述的供油油路包括供油主管、供油油管a以及供油油管b，供油主管上分别安装有阀门、油压表a，且供油主管的一端与油泵连通，另一端则通过三通阀a分别与供油油管a、供油油管b连通；所述的供油油管a连接至稳油压用千斤顶的油缸，而供油油管b则连接至加载千斤顶的油缸；

9、稳压油路包括稳压油管，稳压油管的一端与加载千斤顶的油缸连通，另一端则与稳油压用千斤顶的油缸连通，且稳压油管通过三通阀b安装有油压表b。

10、优选地，所述反力支架包括下部反力钢梁，上部反力钢梁以及拉杆系统；下部反力钢梁位于上部反力钢梁的下方，且下部反力钢梁与上部反力钢梁之间通过拉杆系统连接；

11、所述作动器系统的上端悬挂安装在上部反力钢梁上，而稳油压用千斤顶下端面安置在下部反力钢梁上。

12、优选地，所述拉杆系统由多根螺纹钢筋与配套的螺栓a组成；螺纹钢筋的两端分别对应穿过下部反力钢梁上预留的通孔、上部反力钢梁上预留的通孔，并在下部反力钢梁上预留的通孔、上部反力钢梁上预留的通孔的两端各拧紧一个螺栓a。

13、优选地，所述作动器系统包括竖向作动器；竖向作动器的上端通过连接组件与上部反力钢梁连接，竖向作动器的下端则与稳油压用千斤顶的上顶面接触；

14、所述连接组件为滑槽连接组件，包括滑槽；滑槽的顶面安装在上部反力钢梁上，而竖向作动器的上端则配装在滑槽中。

15、优选地，所述滑槽连接组件还包括螺纹钢连接件和钢板，钢板铺设在上部反力钢梁的上顶面上，而滑槽则布置在上部反力钢梁下底面下方，螺纹钢连接件包括有若干组，各螺纹钢连接件的上端穿过钢板上开设的通孔后通过紧固螺母a锁紧，而下端则穿过滑槽上对应开设的通孔后通过紧固螺母b锁紧。

16、优选地，加载千斤顶为穿心式千斤顶，置于待测试验构件上方并通过自身的穿心孔与待测试验构件的预应力筋连接。

17、本发明的另一个技术目的是提供一种维持恒定压力的竖向加载试验方法，基于上述维持恒定压力的竖向加载试验装置而实现，包括如下步骤：

18、步骤一、预设通过加载千斤顶施加于待测试验构件的竖向荷载f0，并根据竖向荷载f0计算出加载千斤顶所应当对应的油压值p0；然后依据油压值p0计算出通过作动器系统的竖向作动器施加于稳油压用千斤顶顶面的竖向荷载f1，进而通过作动器系统的竖向作动器向稳油压用千斤顶的顶面施加竖向荷载f1；

19、步骤二、打开阀门，启动油泵，通过供油主管输出液压油，并经过供油油管a向稳油压用千斤顶输送液压油、通过供油油管b向加载千斤顶输送液压油，直至稳油压用千斤顶的油缸伸出至预设位置；在此过程中，三通阀a和三通阀b均处于全通状态；

20、步骤三、启动竖向作动器，将其伸长至与稳油压用千斤顶的油缸顶面接触，同时维持竖向作动器向稳油压用千斤顶的油缸顶面施加竖向荷载f1；在此过程中，油泵继续分别向稳油压用千斤顶和加载千斤顶输送液压油，直至油压表b的数值达到油压值p0时，锁闭阀门，观察并记录下三通阀a和三通阀b的数值，保证三通阀b的数值维持在p0，若油压值发生异动，及时调整；

21、步骤四、在待测试验构件变形过程中，对油泵上油压表数值、三通阀b的数值及竖向作动器荷载数值进行实时监控；同时，在此过程中，穿过加载千斤顶的预应力筋会经历反复拉伸与恢复变形，迫使加载千斤顶的油压发生向稳油压用千斤顶回送机油的趋势，此时通过稳油压用千斤顶与竖向作动器之间的平衡关系，能够抑制这种趋势的发展，以保持加载千斤顶的油压稳定。

22、优选地，在实施步骤四的过程中，需要关注稳油压用千斤顶与加载千斤顶的油缸状态，防止油缸完全回落导致荷载施加机制失效。

23、基于上述的技术目的，相对于现有技术，本发明具有如下的优势：

24、1）设备构造简单，易于实现。所提出的稳油压装置可通过钢梁和螺纹钢筋组合形成的反力系统，配合市场常见的作动器系统及穿心式油压千斤顶形成原理易于实现的力学平衡体系，可实现对含有轴压力加载的水平荷载试验的轴力稳定加载需求。

25、2）原理简易，便于操作。所提出的稳油压装置通过反力体系和自平衡系统实现轴压力的施加，在原理上实现了简单清楚的施力方法；同时，可通过油源、油泵、油路的简单组合，通过1-2人次的人工量即可实现轴力施加，便于操作。

26、3）适用场景多。所提出的稳油压装置适用于通过预应力筋+穿心式千斤顶施加轴压力的试验场景，也适用于油压千斤顶直接施加压力的试验场景。可应用于包括框架结构、排架结构、剪力墙结构、承重墙结构等多种类型的竖向承压构件的水平荷载试验等。