[发明专利]一种预应力状态下的张拉膜结构堆载试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种预应力状态下的张拉膜结构堆载试验装置，其特征在于，包括加载架、盖板、施加预应力单元、载荷单元、位移传感器和夹具，所述加载架固定于水平地面，所述盖板盖合于加载架上，所述加载架和所述盖板之间设有十字形膜材试件，所述十字形膜材试件上设有测试点，所述位移传感器与测试点连接，所述测试点上设有载荷单元，所述加载架和所述盖板上设有凹凸槽结构；所述夹具用于夹持加载架和盖板；所述施加预应力单元用于对十字形膜材试件施加预应力；所述载荷单元采用堆载沙袋；所述盖板的四个角处设有吊耳；所述夹具上带有刻度；

所述施加预应力单元包括膜材连接件、拉力传感器和牵引部件；所述膜材连接件的一端与所述十字形膜材试件连接，另一端与所述拉力传感器的一端连接，所述拉力传感器的另一端与牵引部件连接；

所述十字形膜材试件包括测试区以及与测试区侧边相接的辅助区；沿垂直于测试区侧边的方向，所述辅助区分为夹持区和牵引区，所述夹持区与测试区侧边相接；所述夹持区为加载架与盖板之间的夹持部分；所述牵引区与施加预应力单元连接；

所述加载架包括结构相同的第一至第四加载件，所述第一至第四加载件分别包括第一至第四加载框和第一至第四支腿，所述第一支腿设于第一加载框上；所述第一至第四加载框的一端均设有滑块；所述第一至第四加载框上设有滑槽；所述盖板分为第一盖板框至第四盖板框；

所述第一至第四加载框和第一至第四盖板框上均设有所述凹凸槽结构，且一一对应；所述第二加载框的滑块设于第一加载框的滑槽内；所述第三加载框的滑块设于第二加载框的滑槽内；所述第四加载框的滑块设于第一加载框的滑槽内；所述第一加载框的滑块设于第四加载框的滑槽内；

所述第一至第四加载框的滑槽内还设有卡位块和卡紧件；所述卡位块穿过滑槽与卡紧件可拆卸连接；卡位块与卡紧件拧紧，预应力状态下的堆载试验装置处于固定状态；卡位块与卡紧件松开，预应力状态下的堆载试验装置处于测试区域可调节状态；

实施时，将十字形膜材试件铺设在加载架上，利用焊接机将其四个辅助区部分的24个张拉条端部进行熔融，形成套结，将套结套在无缝钢管上，即加载架的四边分别设有一根无缝钢管，无缝钢管的两端分别连接有张拉索与拉力传感器；

所述加载架和盖板上的凹凸槽结构咬合后的侧面设有侧向间隙，侧向间隙尺寸为3～7mm；

所述加载架和盖板的凹凸槽结构中的凸槽棱角处采用倒角处理。

2.根据权利要求1所述的预应力状态下的张拉膜结构堆载试验装置，其特征在于，所述第一支腿上设有万向轮，万向轮设有锁死状态和自由状态；

当万向轮处于锁死状态时，第一加载框处于固定状态；

当万向轮处于自由状态时，第一加载框处于移动状态。

3.一种预应力状态下的张拉膜结构堆载试验方法，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的预应力状态下的张拉膜结构堆载试验装置，包括以下步骤：

S1.将十字形膜材试件设置于加载架上面，对十字形膜材试件施加预应力，然后将盖板设置于十字形膜材试件上面，将夹具夹持于加载架和盖板侧面；

S2.设计与有限元数值模拟中相同位置的测试点，测试点位于测试区内的X轴和Y轴上，将测试点与位移传感器连接，并记录各个位移传感器的初始示数；

S3.以从边缘到中心的顺序在十字形膜材试件的测试区域内依次堆放载荷单元，完成一级加载；

S4.静置待位移传感器示数稳定后记录测试点的一级加载位移量；

S5.重新以从边缘到中心的顺序在一级加载的堆载单元上依次堆放载荷单元，完成二级加载；

S6.静置待位移传感器示数稳定后记录测试点的二级加载位移量；

S7.重复步骤S3～S6，分别测试各个测试点在不同加载级数下的位移量，直至完成试验设计的堆载级数；

S8.完成试验。