一种拱坝缩尺模型集中式等效新型静动力加载试验装置

本发明属于水利工程，具体涉及一种拱坝缩尺模型集中式等效新型静动力加载试验装置。

背景技术：

1、我国的水资源和水能资源大多集中在高坝大库，这些大中型水利枢纽作为国家的重要基础设施，对经济建设和维护社会稳定具有重要作用。拱坝结构就是一种极其重要的水利工程挡水设施，随着近些年国家对水利设施的重视，关于拱坝结构的研究也越来越引起重视。

2、拱坝缩尺模型试验是目前拱坝结构安全性能研究的主要手段之一，其结果对分析评价拱坝结构安全性能有着重要的参考依据和价值。我国拱坝结构多建于西南峡谷地区，地震烈度较高，承受复杂的静动荷载，其中地震作用(动荷载)本质上是循环往复荷载，研究拱坝结构在静动荷载作用下的破坏现象和机理是拱坝结构的重点研究课题。现有对拱坝结构静动力荷载下破坏过程及其机理研究主要采用地质力学模型(基于千斤顶的静力法，单向荷载)和振动台试验(动力法，双向往复荷载)，但是地质力学模型和振动台模型试验耗费经费和时间巨大，极大得限制了其开展。特别地，拱坝在地震等循环往复荷载作用下的破坏形态及其机理可通过循环往复加载试验来模拟，但目前尚无关于拱坝结构在循环往复荷载作用下的试验装置与方法的研究，这些问题限制了拱坝结构相关科研进程与进展。

3、因此，亟需开发一种新型拱坝缩尺模型静动力加载试验装置来同时满足拱坝单向和循环往复的静动力加载试验需求。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

2、一种拱坝缩尺模型集中式等效新型静动力加载试验装置，包括：

3、拱坝缩尺模型；

4、反力墙，所述反力墙位于所述拱坝缩尺模型的上游侧；

5、加载机构，所述加载机构包括第一加载部和第二加载部，所述第一加载部和所述第二加载部相对设置在所述拱坝缩尺模型的坝体的上游侧和下游侧，用于对所述坝体进行力加载；其中，所述第一加载部与所述第二加载部通过固定件连接；

6、驱动机构，所述驱动机构安装在所述反力墙靠近所述拱坝缩尺模型的一侧，且所述驱动机构的驱动端与所述第一加载部连接，用于驱动加载机构对所述坝体进行加载。

7、进一步地，所述第一加载部包括若干个第一加载块、第一荷载分配梁和多级加载梁；若干个第一加载块均匀分布在所述第一荷载分配梁上，所述第一荷载分配梁的另一侧通过牵引板与所述多级加载梁连接；所述第一加载块远离所述第一荷载分配梁的一侧设置有与所述坝体的上游侧相契合的曲面，并与所述坝体的上游侧抵接；

8、所述第二加载部包括第二荷载分配梁和若干个与所述第一加载块相对设置的第二加载块；若干个第二加载块均匀分布在所述第二荷载分配梁上；所述第二加载块远离所述第二荷载分配梁的一面设置有与所述坝体的下游侧相契合的曲面，并与所述坝体的下游侧抵接；

9、所述第二荷载分配梁通过所述固定件与所述第一荷载分配梁连接；

10、所述多级加载梁与所述驱动机构的驱动端连接。

11、进一步地，所述第一荷载分配梁包括位于所述坝体的上游侧中间处竖直设置的第一分配主板和若干个与所述第一加载块相匹配的第一分配联板；若干所述第一分配联板相对分布在所述第一分配主板的两侧，并分别与所述第一加载块、所述多级加载梁固定连接；

12、所述第二荷载分配梁包括位于所述坝体的下游侧中间处竖直设置的第二分配主板和若干个与所述第二加载块相匹配的第二分配联板；若干所述第二分配联板相对分布在所述第二分配主板的两侧，所述第二分配联板与所述第二加载块固定连接；

13、所述第一分配主板与所述第二分配主板通过固定连接钢筋连接。

14、进一步地，所述多级加载梁包括一级加载梁、多组一级紧固件、多组二级紧固件和二级加载梁；所述一级加载梁和所述二级加载梁均为工字梁；其中，每组一级紧固件均包括2个一级紧固件，每组二级紧固件均包括2个二级紧固件；

15、所述一级加载梁的第一缘翼的腹板的两侧与每组所述二级紧固件的一端可滑移连接，每组所述二级紧固件的另一端与所述二级加载梁的第一缘翼的腹板两侧可滑移连接；

16、所述一级加载梁的第二缘翼的腹板两侧与每组所述一级紧固件的一端可滑移连接；所述一级紧固件通过牵引板与所述第一分配联板连接。

17、进一步地，所述一级加载梁设置有2个，一级紧固件设置有4组，二级紧固件设置有2组，二级加载梁设置有1个；2个所述一级加载梁的两端紧固连接；4组所述一级紧固件分别分布在2个所述一级加载梁的第二缘翼的两端；2组所述二级紧固件分别分布在所述二级加载梁的第一缘翼的两端，并与所述一级加载梁的第一缘翼连接。

18、进一步地，所述一级紧固件为角钢型结构，所述一级紧固件包括垂直设置的第一钢板和第二钢板；所述第一钢板上开设有2个第一贯穿圆孔，2个第一贯穿圆孔沿所述第一钢板的轴线对称，所述第二钢板开设有第二贯穿圆孔；

19、所述一级加载梁的第二缘翼的腹板两侧设置有与贯穿翼缘深度方向的矩形第一孔槽；第一螺杆穿过所述第一贯穿圆孔与所述第一孔槽，所述第一螺杆的两端设置有第一螺栓，以使所述一级加载梁与所述一级紧固件紧固连接；

20、所述牵引板设置有多组，其中，每组牵引板包括2个牵引板，并相对分布在所述第一分配联板上；所述牵引板包括c型铁板和开贯穿孔槽的矩形铁块，所述c型铁板的闭合端与所述矩形铁块固定连接；所述c型铁板的开口端与所述第一分配联板靠近所述第一分配主板的一端连接；

21、还包括第一水平螺杆，所述第一水平螺杆分别穿过每组牵引板的贯穿孔槽和每组一级紧固件的第二贯穿孔，以使所述第一分配联板与所述一级加载梁连接，同时，所述第一水平螺杆可沿牵引板滑动槽滑动。

22、进一步地，所述二级紧固件包括第四钢板和相对设置在所述第四钢板两边的第三钢板、第五钢板，所述第三钢板、所述第四钢板和所述第五钢板围合而成门字钢型结构；

23、所述第三钢板和所述第五钢板上均开设有2个第三贯穿圆孔，2个第三贯穿圆孔沿所述第三钢板的轴线对称，所述第四钢板开设有第四贯穿圆孔；

24、所述一级加载梁第一缘翼的腹板两侧与所述二级紧固件的第一缘翼的腹板两侧均设置有贯穿翼缘深度方向的矩形第二孔槽；第二螺杆穿过所述第三贯穿圆孔与所述第二孔槽，所述第二螺杆两端设置有第二螺栓，以使所述一级加载梁、所述二级紧固件和所述二级加载梁紧固连接；

25、还包括第二水平螺杆，所述第二水平螺杆穿过每组二级紧固件的第四贯穿孔，所述第二水平螺杆的两端设置有第三螺栓，以使所述第二水平螺杆与所述二级紧固件紧固连接。

26、进一步地，所述驱动机构包括双向拉压千斤顶，所述双向拉压千斤顶的固定端与所述反力墙连接，所述双向拉压千斤顶的输出端设置有加载头，所述加载头远离所述双向拉压千斤顶的一侧与所述二级加载梁的第二缘翼抵接。

27、进一步地，还包括荷载传感器，荷载传感器设置在所述加载头和双向拉压千斤顶之间。

28、有益效果：

29、1.本发明设计思路简单明确，荷载加载装置选用加载块和荷载分配梁夹持拱坝缩尺模型，并将拱坝承受的分布式面荷载转化为若干等效线荷载；使用固定连接钢筋、牵引板、多级加载梁、双向拉压千斤顶施加单向和反复荷载。该装置保证试验结果可靠性的同时极大得简化了加载装置的布置、安装与成本，解决了现有拱坝缩尺模型加载装置带来的占用空间大、拱坝表面布设传感器困难的问题。

30、2.本发明结构简单，安装方便，使用方法易操作，可以随时组装，也可整体运输；此外，占用空间小，拱坝缩尺模型表面占用面积小，可用来布设监测传感器，对节省实验空间，提高拱坝缩尺模型试验效率有重要作用和意义。

31、3.本发明可以开展拱坝的静力超载试验和拟静力(循环往复加载)、拟动力(以特定频谱模拟地震反复作用)等动荷载试验，极大地填补和解决了现有拱坝试验系统存在的空缺和问题。

32、4.牵引板、多级加载梁和加载头具有可滑动的特性，通过滑动调整其位置可以施加任意大小和位置的荷载，该装置仅通过简单的设计即克服了现有加载装置部件繁杂且加载不便的困难。

33、5.加载块采用环氧树脂等透明材料浇筑，因此该拱坝缩尺模型新型静动力加载装置可以透过加载块看到加载过程中拱坝裂缝演变过程和分布规律，这克服了传统千斤顶加载法由于布置密集的不透明加载块而无法监控拱坝受载后裂缝的演变过程及分布规律的缺陷。