[发明专利]一种纵向、转动刚度自约束及自平衡试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种纵向、转动刚度自约束及自平衡试验方法，其特征在于，该纵向、转动刚度自约束及自平衡试验方法采用的试验装置包括有分别呈竖向布置且分别沿着前后方向水平延伸的左侧支撑钢梁(11)、右侧支撑钢梁(12)，左侧支撑钢梁(11)位于右侧支撑钢梁(12)的左端侧且左侧支撑钢梁(11)与右侧支撑钢梁(12)正对间隔布置，左侧支撑钢梁(11)的上端面与右侧支撑钢梁(12)的上端面水平平齐布置，左侧支撑钢梁(11)的下端面与右侧支撑钢梁(12)的下端面水平平行布置；

左侧支撑钢梁(11)与右侧支撑钢梁(12)之间装设有前侧钢梁拉板组件(21)、位于前侧钢梁拉板组件(21)后端侧且与前侧钢梁拉板组件(21)间隔布置的后侧钢梁拉板组件(22)；前侧钢梁拉板组件(21)包括有位于左侧支撑钢梁(11)、右侧支撑钢梁(12)下端侧且沿着左右方向水平延伸的前侧下端钢梁拉板(211)以及位于左侧支撑钢梁(11)、右侧支撑钢梁(12)上端侧且沿着左右方向水平延伸的前侧上端钢梁拉板(212)，前侧上端钢梁拉板(212)位于前侧下端钢梁拉板(211)的正上方，前侧下端钢梁拉板(211)的左端部、前侧上端钢梁拉板(212)的左端部分别延伸至左侧支撑钢梁(11)的左端侧，前侧下端钢梁拉板(211)的右端部、前侧上端钢梁拉板(212)的右端部分别延伸至右侧支撑钢梁(12)的右端侧，左侧支撑钢梁(11)的上端面于前侧上端钢梁拉板(212)的正下方搭放有呈竖向布置的前侧左端立柱(213)，右侧支撑钢梁(12)的上端面于前侧上端钢梁拉板(212)的正下方搭放有呈竖向布置的前侧右端立柱(214)，前侧左端立柱(213)与前侧右端立柱(214)等高布置；前侧下端钢梁拉板(211)的左端部与前侧上端钢梁拉板(212)的左端部通过呈竖向布置的螺栓连接，前侧下端钢梁拉板(211)的右端部与前侧上端钢梁拉板(212)的右端部也通过呈竖向布置的螺栓连接，前侧左端立柱(213)卡紧于左侧支撑钢梁(11)与前侧上端钢梁拉板(212)之间，前侧右端立柱(214)卡紧于右侧支撑钢梁(12)与前侧上端钢梁拉板(212)之间；

后侧钢梁拉板组件(22)包括有位于左侧支撑钢梁(11)、右侧支撑钢梁(12)下端侧且沿着左右方向水平延伸的后侧下端钢梁拉板(221)以及位于左侧支撑钢梁(11)、右侧支撑钢梁(12)上端侧且沿着左右方向水平延伸的后侧上端钢梁拉板(222)，后侧上端钢梁拉板(222)位于后侧下端钢梁拉板(221)的正上方，后侧下端钢梁拉板(221)的左端部、后侧上端钢梁拉板(222)的左端部分别延伸至左侧支撑钢梁(11)的左端侧，后侧下端钢梁拉板(221)的右端部、后侧上端钢梁拉板(222)的右端部分别延伸至右侧支撑钢梁(12)的右端侧，左侧支撑钢梁(11)的上端面于后侧上端钢梁拉板(222)的正下方搭放有呈竖向布置的后侧左端立柱(223)，右侧支撑钢梁(12)的上端面于后侧上端钢梁拉板(222)的正下方搭放有呈竖向布置的后侧右端立柱(224)，后侧左端立柱(223)与后侧右端立柱(224)等高布置；后侧下端钢梁拉板(221)的左端部与后侧上端钢梁拉板(222)的左端部通过呈竖向布置的螺栓连接，后侧下端钢梁拉板(221)的右端部与后侧上端钢梁拉板(222)的右端部也通过呈竖向布置的螺栓连接，后侧左端立柱(223)卡紧于左侧支撑钢梁(11)与后侧上端钢梁拉板(222)之间，后侧右端立柱(224)卡紧于右侧支撑钢梁(12)与后侧上端钢梁拉板(222)之间；

左侧支撑钢梁(11)的前端部与右侧支撑钢梁(12)的前端部之间装设有位于前侧钢梁拉板组件(21)前端侧的前侧转动约束组件(31)、位于前侧转动约束组件(31)前端侧的前侧纵向约束组件(41)，左侧支撑钢梁(11)的后端部与右侧支撑钢梁(12)的后端部之间装设有位于后侧钢梁拉板组件(22)后端侧的后侧转动约束组件(32)、位于后侧转动约束组件(32)后端侧的后侧纵向约束组件(42)；前侧转动约束组件(31)包括有前侧试件支承板(311)以及位于左侧支撑钢梁(11)、右侧左侧钢梁上端侧且沿着左右方向水平延伸的前侧油缸安装板(312)，前侧油缸安装板(312)位于前侧试件支承板(311)的正上方，前侧油缸安装板(312)的左端部延伸至左侧支撑钢梁(11)的左端侧且前侧油缸安装板(312)的右端部延伸至右侧支撑钢梁(12)的右端侧，前侧试件支承板(311)包括有呈“n”形状的前侧支承板主体(3111)，前侧支承板主体(3111)包括有呈水平横向布置且位于左侧支撑钢梁(11)与右侧支撑钢梁(12)之间的前侧试件支承部(31111)，前侧支承板主体(3111)的左端部焊装有朝左侧水平延伸至左侧支撑钢梁(11)左端侧的前侧支承板左端连接部(3112)，前侧支承板主体(3111)的右端部焊装有朝右侧水平延伸至右侧支撑钢梁(12)右端侧的前侧支承板右端连接部(3113)，前侧试件支承板(311)的前侧支承板左端连接部(3112)与前侧油缸安装板(312)的左端部通过呈竖向布置的螺栓连接，前侧试件支承板(311)的前侧支承板右端连接部(3113)与前侧油缸安装板(312)的右端部也通过呈竖向布置的螺栓连接；前侧油缸安装板(312)上表面的中间位置螺装有上下动作的前侧转动约束油缸(313)，前侧转动约束油缸(313)的活塞杆穿过前侧油缸安装板(312)并延伸至前侧油缸安装板(312)的下端侧；

后侧转动约束组件(32)包括有后侧试件支承板(321)以及位于左侧支撑钢梁(11)、右侧左侧钢梁上端侧且沿着左右方向水平延伸的后侧油缸安装板(322)，后侧油缸安装板(322)位于后侧试件支承板(321)的正上方，后侧油缸安装板(322)的左端部延伸至左侧支撑钢梁(11)的左端侧且后侧油缸安装板(322)的右端部延伸至右侧支撑钢梁(12)的右端侧，后侧试件支承板(321)包括有呈“n”形状的后侧支承板主体(3211)，后侧支承板主体(3211)包括有呈水平横向布置且位于左侧支撑钢梁(11)与右侧支撑钢梁(12)之间的后侧试件支承部(32111)，后侧试件支承部(32111)的支承面与前侧试件支承部(31111)的支承面水平平齐，后侧支承板主体(3211)的左端部焊装有朝左侧水平延伸至左侧支撑钢梁(11)左端侧的后侧支承板左端连接部(3212)，后侧支承板主体(3211)的右端部焊装有朝右侧水平延伸至右侧支撑钢梁(12)右端侧的后侧支承板右端连接部(3213)，后侧试件支承板(321)的后侧支承板左端连接部(3212)与后侧油缸安装板(322)的左端部通过呈竖向布置的螺栓连接，后侧试件支承板(321)的后侧支承板右端连接部(3213)与后侧油缸安装板(322)的右端部也通过呈竖向布置的螺栓连接；后侧油缸安装板(322)上表面的中间位置螺装有上下动作的后侧转动约束油缸(323)，后侧转动约束油缸(323)的活塞杆穿过后侧油缸安装板(322)并延伸至后侧油缸安装板(322)的下端侧；

前侧纵向约束组件(41)包括有位于前侧试件支承板(311)前端侧的前侧分力板支承板(411)、位于前侧分力板支承板(411)前端侧的前侧约束梁支承板(412)，前侧分力板支承板(411)、前侧约束梁支承板(412)分别位于左侧支撑钢梁(11)的前端部与右侧支撑钢梁(12)的前端部之间，前侧分力板支承板(411)、前侧约束梁支承板(412)的左端部分别通过锁紧螺丝螺装紧固于左侧支撑钢梁(11)的下端部，前侧分力板支承板(411)、前侧约束梁支承板(412)的右端部分别通过锁紧螺丝螺装紧固于右侧支撑钢梁(12)的下端部；前侧分力板支承板(411)的上表面搭放有呈竖向布置的前侧活动分力板(413)，前侧约束梁支承板(412)的上表面搭放有呈竖向布置的前侧纵向约束梁(414)，前侧纵向约束梁(414)前表面的中间位置螺装有前后水平动作的前侧纵向约束油缸(415)，前侧纵向约束油缸(415)的活塞杆外延端部穿过前侧纵向约束梁(414)并延伸至前侧纵向约束梁(414)的后端侧，前侧纵向约束梁(414)的后端侧装设有与前侧纵向约束油缸(415)的活塞杆外延端部连接的前侧传力板(416)，前侧传力板(416)的后端部与前侧活动分力板(413)接触，前侧活动分力板(413)螺装有呈均匀间隔分布且分别沿着前后方向水平延伸的前侧传力螺栓(417)，各前侧传力螺栓(417)的后端部分别延伸至前侧活动分力板(413)的后端侧；左侧支撑钢梁(11)前端部的右侧面螺装有前侧左端支座(418)，右侧支撑钢梁(12)前端部的左侧面螺装有前侧右端支座(419)，前侧左端支座(418)、前侧右端支座(419)分别位于前侧纵向约束梁(414)的前端侧，当前侧纵向约束油缸(415)动作并施力于混凝土试件(5)前端面时，前侧左端支座(418)、前侧右端支座(419)分别与前侧纵向约束梁(414)抵接；

后侧纵向约束组件(42)包括有位于后侧试件支承板(321)后端侧的后侧分力板支承板(421)、位于后侧分力板支承板(421)后端侧的后侧约束梁支承板(422)，后侧分力板支承板(421)、后侧约束梁支承板(422)分别位于左侧支撑钢梁(11)的后端部与右侧支撑钢梁(12)的后端部之间，后侧分力板支承板(421)、后侧约束梁支承板(422)的左端部分别通过锁紧螺丝螺装紧固于左侧支撑钢梁(11)的下端部，后侧分力板支承板(421)、后侧约束梁支承板(422)的右端部分别通过锁紧螺丝螺装紧固于右侧支撑钢梁(12)的下端部；后侧分力板支承板(421)的上表面搭放有呈竖向布置的后侧活动分力板(423)，后侧约束梁支承板(422)的上表面搭放有呈竖向布置的后侧纵向约束梁(424)，后侧纵向约束梁(424)后表面的中间位置螺装有前后水平动作的后侧纵向约束油缸(425)，后侧纵向约束油缸(425)的活塞杆外延端部穿过后侧纵向约束梁(424)并延伸至后侧纵向约束梁(424)的前端侧，后侧纵向约束梁(424)的前端侧装设有与后侧纵向约束油缸(425)的活塞杆外延端部连接的后侧传力板(426)，后侧传力板(426)的前端部与后侧活动分力板(423)接触，后侧活动分力板(423)螺装有呈均匀间隔分布且分别沿着前后方向水平延伸的后侧传力螺栓(427)，各后侧传力螺栓(427)的前端部分别延伸至后侧活动分力板(423)的前端侧；左侧支撑钢梁(11)后端部的右侧面螺装有后侧左端支座(428)，右侧支撑钢梁(12)后端部的左侧面螺装有后侧右端支座(429)，后侧左端支座(428)、后侧右端支座(429)分别位于后侧纵向约束梁(424)的后端侧，当后侧纵向约束油缸(425)动作并施力于混凝土试件(5)后端面时，后侧左端支座(428)、后侧右端支座(429)分别与后侧纵向约束梁(424)抵接;

该纵向、转动刚度自约束及自平衡试验方法包括有以下步骤，具体的：

a、将所述的试验装置安装于压力机的工作平台上，且将混凝土试件(5)放置于左侧支撑钢梁(11)与右侧支撑钢梁(12)之间，混凝土试件(5)的前端部搭放于前侧试件支承板(311)的前侧试件支承部(31111)上表面，混凝土试件(5)的后端部搭放于后侧试件支承板(321)的后侧试件支承部(32111)上表面；其中，混凝土试件(5)表面粘贴或者内埋有电阻式应变片、正弦式应变计、光纤光栅应变计，混凝土试件(5)的表面安装有LVDT位移传感器，混凝土试件(5)的前端面、后端面分别安装有压电陶瓷片，混凝土试件(5)前端面的压电陶瓷片与后端面的压电陶瓷片对向布置；

b、将前侧转动约束油缸(313)、后侧转动约束油缸(323)、前侧纵向约束油缸(415)、后侧纵向约束油缸(425)分别与伺服泵站连接，且将伺服泵站、各压力传感器、电阻式应变片、正弦式应变计、光纤光栅应变计、LVDT位移传感器以及压电陶瓷片分别与采集系统及计算机连接；

c、根据试验要求设定混凝土试件(5)的纵向约束力、转动约束力，而后启动前侧转动约束油缸(313)、后侧转动约束油缸(323)、前侧纵向约束油缸(415)、后侧纵向约束油缸(425)，并通过前侧转动约束油缸(313)、后侧转动约束油缸(323)对混凝土试件(5)的前端部、后端部分别施加转动约束力，且通过前侧纵向约束油缸(415)、后侧纵向约束油缸(425)对混凝土试件(5)的前端面、后端面分别施加纵向约束力；前侧转动约束油缸(313)、后侧转动约束油缸(323)、前侧纵向约束油缸(415)、后侧纵向约束油缸(425)对混凝土试件(5)的压力与试验设定参数一致；

d、待前侧转动约束油缸(313)、后侧转动约束油缸(323)、前侧纵向约束油缸(415)、后侧纵向约束油缸(425)施力于混凝土试件(5)后，启动压力机对混凝土试件(5)进行预加载；

e、待预加载动作完成后，进行卸荷；

f、待预加载卸荷完毕后，通过压力机对混凝土试件(5)进行正式加载，并根据试验计划分级逐步加载并相应持荷，在此过程中，通过电阻式应变片、正弦式应变计、光纤光栅应变计、LVDT位移传感器以及压电陶瓷片采集混凝土试件(5)相应的应变、位移、裂缝及变形数据，上述数据传输至采集系统及计算机中；

g、直到混凝土试件(5)破坏，试验加载完成，最后采集系统及计算机对试验数据进行处理分析。