水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置，包括反力架，反力架的下表面連接卡槽機構，鋼珠板位于上下設置的上部鋼板和帶凹槽的鋼板之間，鋼珠板和上部鋼板設置于卡槽機構中，帶凹槽鋼板的下表面設有與鋼球表面相配合的第一凹槽，鋼球的上半部分位于第一凹槽中，下半部分位于壓力傳感器上的第二凹槽中，壓力傳感器下端設置于能夠豎向加載的千斤頂上，千斤頂的下端固定于和被加載對象直接接觸的下部鋼板上。該發明同時公開了利用該裝置的加載方法。本發明解決了施加水平荷載后物體產生的轉角問題，保證在施加水平荷載時物體和豎向加載裝置之間無相對水平位移，豎向荷載作用點和大小不會隨著水平位移的增加而改變。
【專利說明】水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在進行水平荷載和豎向荷載同時作用的試驗時，往往是直接將加載裝置放置在加載對象上，或者是豎向荷載加載裝置和加載對象之間通過鉸接連接，這樣雖然解決加載過程中物體產生的轉角問題，但在物體和加載裝置之間仍然有相對的水平位移，這樣就導致豎向荷載隨著水平位移的增加逐漸減小，甚至發生嚴重傾斜導致試驗被迫終止。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置及方法。
[0004]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0005]一種水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置，包括用于提供反力的反力架，反力架的下表面固定連接有能保證鋼珠板直線運動的卡槽機構，鋼珠板位于上下設置的上部鋼板和帶凹槽的鋼板之間，鋼珠板和上部鋼板設置于卡槽機構中，帶凹槽鋼板的下表面設有與鋼球表面相配合的第一凹槽，鋼球的上半部分位于第一凹槽中，下半部分位于壓力傳感器上的第二凹槽中，壓力傳感器下端設置于能夠豎向加載的千斤頂上，千斤頂的下端固定于和被加載對象直接接觸的下部鋼板上。
[0006]所述反力架由工字鋼拼裝焊接組成，整體呈倒U型，且其兩端部通過螺栓與反力架固定裝置連接。
[0007]所述卡槽機構包括由螺栓連接在反力架底部兩邊位置的兩根平行設置的長條鋼板，鋼珠板和板上部鋼板放置在卡槽中，通過卡槽來保證鋼珠板的直線運動。
[0008]鋼珠板和上部鋼板的高度和小于兩長條鋼板的高度。
[0009]所述鋼珠板包括兩層平行設置的鋼片，鋼片上設有若干相對應的孔，兩層鋼片之間的設有卡在鋼片的孔中且能自動轉動的鋼珠，且鋼片上的孔的直徑小于鋼珠的直徑。
[0010]所述鋼珠與上下鋼板接觸位置涂抹潤滑油。
[0011]一種利用水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置的加載方法，包括先施加豎向荷載再施加水平荷載和先施加水平荷載再施加豎向荷載；
[0012]其中，先施加豎向荷載再施加水平荷載時:
[0013]1-1)將反力架用螺栓連接在固定裝置上并將卡槽機構連接在反力架上，再將千斤頂下部鋼板和壓力傳感器分別用螺栓和千斤頂連接完畢；
[0014]1-2)壓力傳感器上放置鋼球，按照從下至上的順序分別放置帶凹槽鋼板、鋼珠板、上部鋼板，并涂抹潤滑油；
[0015]1-3)整個裝置放置在被加載對象中間位置上，慢慢施加豎向荷載，并觀察壓力傳感器表盤讀數，施加豎向荷載時，應減去壓力傳感器、豎向加載千斤頂和千斤頂底部鋼板的重力；
[0016]1-4)豎向荷載施加完成后，施加水平荷載；
[0017]先施加水平荷載再施加豎向荷載時:
[0018]2-1)將反力架用螺栓連接在固定裝置上并將卡槽機構連接在反力架上，再將千斤頂下部鋼板和壓力傳感器分別用螺栓和千斤頂連接完畢；
[0019]2_2)施加水平荷載；
[0020]2-3)壓力傳感器上放置鋼球，按照從下至上的順序分別放置帶凹槽鋼板、鋼珠板、上部鋼板，并涂抹潤滑油；
[0021]2-4)整個裝置放置在被加載對象中間位置上，慢慢施加豎向荷載，并觀察壓力傳感器表盤讀數，施加豎向荷載時，應減去壓力傳感器、豎向加載千斤頂和千斤頂底部鋼板的重力。
[0022]本發明的鋼珠板是由大小相等的眾多鋼珠組成，在鋼珠中間部位設置兩層薄鋼片，保證鋼珠成一個平整整體，鋼珠上下與鋼板接觸位置涂抹潤滑油。鋼珠板既能保證豎向加載裝置的水平滑動，又能保證豎向荷載的均勻傳遞。
[0023]反力架由工字鋼焊接而成，整體呈倒U型，并通過螺栓與反力架固定裝置連接。可提供最大為200kN的反力。
[0024]卡槽為兩根長條鋼板，用螺栓連接在反力架的底部，保證鋼珠板運動過程中不會偏離反力架，保證鋼珠板的直線移動。
[0025]帶凹槽鋼板厚度為20mm，中間部位設置有球形凹槽，其尺寸與壓力傳感器凹槽尺寸相同。鋼板上部涂有潤滑油，減小鋼珠板與鋼板之間的摩擦力。
[0026]鋼球放置在壓力傳感器凹槽和鋼板凹槽中間，使得千斤頂與鋼板的連接為鉸接。該裝置避免了在水平荷載和豎向荷載作用下產生的水平位移導致加載對象旋轉和豎向荷載偏心問題。
[0027]千斤頂最大伸長量為20cm，能夠提供最大150000N的豎向荷載，其上部通過螺栓與壓力傳感器連接，為保證豎向荷載均勻分布在加載對象上，千斤頂下部設置厚度20mm的下部鋼板，千斤頂與下部鋼板通過內六角螺栓連接，使千斤頂、壓力傳感器和鋼板成為一個整體。壓力傳感器，精度為2N。
[0028]本發明有益效果:
[0029]1、本發明不僅能夠解決施加水平荷載后物體產生的轉角問題，而且能夠保證在施加水平荷載時物體和豎向加載裝置之間無相對水平位移，從而保證豎向荷載作用點和大小不會隨著水平位移的增加而改變。在做物體承受水平荷載和豎向荷載共同作用試驗時，豎向荷載一旦發生偏轉，根據力的分解定律，豎向荷載就會分解成一個與水平加載方向相同的水平分力，從而導致豎向荷載減小且增加加載對象的水平位移，因而嚴重影響試驗結果。本發明試驗裝置能夠讓豎向加載千斤頂與加載對象始終保持垂直而不發生偏轉，當加載對象產生水平位移時，加載裝置能夠和加載對象一起運動，保證了加載位置不會發生改變。本發明不僅能夠保證試驗結果的精確性，而且能夠更加真實的模擬物體同時承受水平荷載和豎向荷載時的實際工作狀態。
[0030]2、本發明壓力傳感器的精度為2N，精度較高，并且能夠實時監測荷載，便于隨時調節荷載大小。壓力傳感器上部帶有半球形凹槽，內部放置鋼珠，保證加載裝置在豎直方向的轉動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為豎向加載裝置整體主視圖；
[0032]圖2及圖3均為加載裝置局部放大圖；
[0033]圖4為鋼珠板俯視圖；
[0034]其中1、反力架，2、卡槽機構，3、鋼球，4、壓力傳感器，5、豎向加載千斤頂，6、下部鋼板，7、上部鋼板，8、鋼珠板，9、帶凹槽鋼板，10、水平載荷，11、加載對象。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0036]如圖1-圖4所不,一種水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置,包括用于提供反力的反力架1，反力架I的下表面固定連接有能保證鋼珠板8直線運動的卡槽機構2，鋼珠板8位于上下設置的上部鋼板7和帶凹槽的鋼板9之間，鋼珠板8和上部鋼板7設置于卡槽機構2中，帶凹槽鋼板9的下表面設有與鋼球3表面相配合的第一凹槽，鋼球3的上半部分位于第一凹槽中，下半部分位于壓力傳感器4上的第二凹槽中，壓力傳感器4下端設置于能夠豎向加載的千斤頂5上，千斤頂5的下端固定于和被加載對象11直接接觸的下部鋼板6上。
[0037]反力架I由工字鋼拼裝焊接組成，整體呈倒U型，且其兩端部通過螺栓與反力架固定裝置連接。
[0038]卡槽機構2包括由螺栓連接在反力架I底部兩邊位置的兩根平行設置的長條鋼板，鋼珠板8和上部鋼板7放置在卡槽機構2中，通過卡槽來保證鋼珠板8的直線運動。鋼珠板8和上部鋼板7的高度和小于兩長條鋼板的高度。
[0039]鋼珠板8包括兩層平行設置的鋼片，鋼片上設有若干相對應的孔，兩層鋼片之間的設有卡在鋼片的孔中且能自動轉動的鋼珠，且鋼片上的孔的直徑小于鋼珠的直徑。鋼珠與上下鋼板接觸位置涂抹潤滑油。
[0040]一種利用水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置的加載方法，包括先施加豎向荷載再施加水平荷載10和先施加水平荷載10再施加豎向荷載；
[0041]其中，先施加豎向荷載再施加水平荷載時:
[0042]首先將反力架I用螺栓連接在固定裝置上，并將卡槽機構2連接在反力架I上，再將千斤頂下部鋼板6和壓力傳感器3分別用螺栓和千斤頂5連接完畢；
[0043]進一步，壓力傳感器4上放置鋼球3，按照從下至上的順序分別放置帶凹槽鋼板9、鋼珠板8、上部鋼板7，并涂抹潤滑油；
[0044]進一步，圖2所示整個裝置放置在被加載對象11中間位置上，慢慢施加豎向荷載，并觀察壓力傳感器表盤讀數，施加豎向荷載時，應減去壓力傳感器4、豎向加載千斤頂5和千斤頂底部鋼板6的重力；
[0045]進一步，豎向荷載施加完成后，施加水平荷載10 ；
[0046]先施加水平荷載10再施加豎向荷載時:
[0047]首先將反力架I用螺栓連接在固定裝置上并將卡槽機構2連接在反力架I上，再將千斤頂下部鋼板6和壓力傳感器3分別用螺栓和千斤頂5連接完畢；
[0048]進一步，施加水平荷載10 ；
[0049]進一步，壓力傳感器4上放置鋼球3，按照從下至上的順序分別放置帶凹槽鋼板9、鋼珠板8、上部鋼板7，并涂抹潤滑油；
[0050]進一步，圖2所示整個裝置放置在被加載對象11中間位置上，慢慢施加豎向荷載，并觀察壓力傳感器表盤讀數，施加豎向荷載時，應減去壓力傳感器4、豎向加載千斤頂5和千斤頂底部鋼板6的重力。
[0051]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種水平荷載和豎向荷載共同作用下豎向加載裝置，其特征是，包括用于提供反力的反力架，反力架的下表面固定連接有能保證鋼珠板直線運動的卡槽機構，鋼珠板位于上下設置的上部鋼板和帶凹槽的鋼板之間，鋼珠板和上部鋼板設置于卡槽機構中，帶凹槽鋼板的下表面設有與鋼球表面相配合的第一凹槽，鋼球的上半部分位于第一凹槽中，下半部分位于壓力傳感器上的第二凹槽中，壓力傳感器下端設置于能夠豎向加載的千斤頂上，千斤頂的下端固定于和被加載對象直接接觸的下部鋼板上。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征是，所述反力架由工字鋼拼裝焊接組成，整體呈倒U型，且其兩端部通過螺栓與反力架固定裝置連接。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征是，所述卡槽機構包括由螺栓連接在反力架底部兩邊位置的兩根平行設置的長條鋼板。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征是，鋼珠板和上部鋼板的高度和小于兩長條鋼板的高度。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征是，所述鋼珠板包括兩層平行設置的鋼片，鋼片上設有若干相對應的孔，兩層鋼片之間的設有卡在鋼片的孔中且能自動轉動的鋼珠，且鋼片上的孔的直徑小于鋼珠的直徑。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征是，所述鋼珠與上部鋼板和帶凹槽鋼板接觸位置均涂抹有潤滑油。
7.一種利用權利要求6所述加載裝置的加載方法，其特征是，包括先施加豎向荷載再施加水平荷載和先施加水平荷載再施加豎向荷載； 其中，先施加豎向荷載再施加水平荷載時: 1-1)將反力架用螺栓連接在固定裝置上并將卡槽機構連接在反力架上，再將千斤頂下部鋼板和壓力傳感器分別用螺栓和千斤頂連接完畢； 1-2)壓力傳感器上放置鋼球，按照從下至上的順序分別放置帶凹槽鋼板、鋼珠板、上部鋼板，并涂抹潤滑油； 1-3)整個裝置放置在被加載對象中間位置上，慢慢施加豎向荷載，并觀察壓力傳感器表盤讀數，施加豎向荷載時，應減去壓力傳感器、豎向加載千斤頂和千斤頂底部鋼板的重力； 1-4)豎向荷載施加完成后，施加水平荷載； 先施加水平荷載再施加豎向荷載時: 2-1)將反力架用螺栓連接在固定裝置上并將卡槽機構連接在反力架上，再將千斤頂下部鋼板和壓力傳感器分別用螺栓和千斤頂連接完畢； 2-2)施加水平荷載； 2-3)壓力傳感器上放置鋼球，按照從下至上的順序分別放置帶凹槽鋼板、鋼珠板、上部鋼板，并涂抹潤滑油； 2-4)整個裝置放置在被加載對象中間位置上，慢慢施加豎向荷載，并觀察壓力傳感器表盤讀數，施加豎向荷載時，應減去壓力傳感器、豎向加載千斤頂和千斤頂底部鋼板的重力。
【文檔編號】G01N19/00GK103558147SQ201310552301
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】宋修廣, 岳紅亞, 莊培芝, 周志東, 張宏博, 吳建清 申請人:山東大學