[发明专利]平面加载框架系统升级为空间加载系统的设计方法

权利要求书

1.将已有的平面加载系统升级为空间加载系统的设计方法，其特征在于：在已有平面加载框架系统的基础上，增设底座、反力梁、反力柱组件，根据用户需求，将这些组件的部分或全部与已有平面加载框架连接，以期用较少的投入，升级既有平面加载系统从而实现土木教学和科研时的空间加载方案，具体包括如下步骤：

步骤S1，根据已有平面加载系统伺服仪的最大输出荷载T确定实现试件的支座功能的底座的截面尺寸d×t，其中d为圆钢管直径，t为圆钢管壁厚，并设计底座底板和相关锚栓或螺栓，底座底板尺寸为b₀×h₀×t₀；

步骤S2，在已有平面加载框架的基础上增加反力梁，反力梁近似为两跨连续梁，根据试验室可用空间和升级需求确定反力梁跨度l_b，反力梁与原有平面加载框架构成能给试件施加平面外弯矩的加载系统；

步骤S3，反力梁采用H型钢梁、或两个槽钢组合成的格构梁、或四块板焊接而成的箱型截面梁，根据伺服仪最大输出荷载进行反力梁设计；

步骤S4，根据反力梁的截面高度h_b和原有平面框架净高H_f确定反力柱长度l_c，反力柱选用箱型截面梁；

步骤S5，由反力梁和反力柱构成新平面加载框架垂直于已有的平面加载框架，用锚栓或螺栓将反力梁和已有加载框架梁连接在一起形成空间加载系统，反力梁和反力柱之间也采用锚栓或螺栓连接，进行这些锚栓或螺栓设计；

步骤S6，根据用户需求，选择不同模块的加载系统升级方案，第一模块为在平面加载框架系统基础上仅增加2个反力梁，第二模块为增加1个垂直于原平面加载框架系统的新平面加载框架，新平面加载框架由反力梁和反力梁各2根构成，第三模块为第二模块基础上再增加1个新平面加载框架。

2.根据权利要求1所述的将已有的平面加载系统升级为空间加载系统的设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，将底座视为底部固定、上端自由、长0.5H_f、承受轴压力N、竖向伺服仪最大输出荷载T₁的柱，按照轴压稳定构件计算确定截面；底座的顶部配有可拆卸的连接头，连接头用于模拟试件的铰接或固定支座、底座的底部通过底板和锚栓或螺栓固定于平面加载框架的底部框架梁上或者新增的底部反力梁上；锚栓或螺栓的直径根据已有加载框架梁翼缘上的孔直径确定，锚栓或螺栓数量n₁根据竖向伺服仪最大输出荷载T₁确定，底板的平面尺寸b₀×h₀根据底座截面钢管外径d、锚栓或螺栓孔的布置以及构造要求确定，底板厚度t₀则根据锚栓或螺栓受拉承载力和布置按照不同支承分区计算得到，底板厚度t₀计算如下：

式中，f为钢板抗拉强度设计值，N_t为一个锚栓或螺栓抗拉承载力设计值，e_w、e_f为锚栓或螺栓中心到底座加劲肋的距离。

3.根据权利要求1所述的将已有的平面加载系统升级为空间加载系统的设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，反力梁视为两跨连续梁，垂直于已有平面加载框架，反力梁中间支承在平面框架的顶部或底部框架梁上、两端支承于反力柱或固定在地面的墩子，再根据试验室可利用的空间和能实现最大试件的尺寸的升级需求确定新增反力梁的跨度l_b。