[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

说明书

本平面加载框架系统升级为空间加载系统的设计方法，包括：确定新增组件反力梁、反力柱、底部支座；根据已有平面加载系统中的伺服仪最大输出荷载并按轴压构件稳定性计算确定底座的截面尺寸，进行底座设计；根据试验室可用空间和升级需求确定新增反力梁跨度l_b；根据伺服仪最大荷载按两跨连续梁计算反力梁的最大弯矩，并进行反力梁设计；确定反力柱长度l_c，根据伺服仪最大输出荷载按压弯构件设计计算反力柱；计算用于连接各个组件的螺栓；根据用户需求，选择不同模块的加载系统升级方案。本发明可用于已有的平面加载框架系统升级为能实现平面外加载，实现能在多个平面同步施加荷载的空间加载系统，以较少花费实现结构试验室的功能升级。

技术领域

本发明涉及土木工程结构试验加载装置领域，基于钢结构设计基本理论，提出了一种将已有平面加载系统升级为空间加载系统的设计方法，而且可以根据用户的不同需求实现不同的加载升级方案。

背景技术

加载系统是土木工程结构试验室重要的科研和教学试验设备，整套系统主要包括伺服仪(或千斤顶)系统、数据采集仪、加载框架系统。其中加载框架系统通常由刚度和强度均较大的钢梁和钢柱组成，用来为构件、节点等各类试件施加科研期望的荷载类型，如轴力、平面内(外)弯矩、以及弯矩和轴力共同作用等。加载框架系统是试验是否获得成功的关键，对科研工作具有重要的意义。

近年来，不少地方高校的土木学院(建工学院)从原来教学为主型变成科研教学并重型，导致以前购置、功能相对较简单(所有荷载只能在一个平面内)的平面加载框架系统难以满足科研面临的日益复杂的荷载条件，譬如多个荷载不在同一个平面内。然而，完全放弃原有系统而重新建造一个空间加载系统，则不仅需要投入更多成本、而且也造成资源浪费。本发明充分利用已有平面加载框架系统，运用钢结构基本理论，提出了将现有平面加载框架系统升级为空间加载框架系统的设计方法。此外，本发明采用模块化升级方案，不同升级模块以满足不同的客户要求。

发明内容

本发明要克服现有平面加载系统的上述缺陷，提出平面加载框架系统升级为空间加载系统的设计方法。

本发明的空间加载系统的设计方法是指在已有、仅能施加简单荷载的平面加载系统的基础上增加底座、反力梁、反力柱等组件，从而升级为能对试件施加更加复杂荷载的空间加载系统。同时，升级方案采用模块化，可以根据用户的需求选择不同的升级模块。

本发明的平面加载系统升级为空间加载系统的设计方法，包括如下步骤：

1)步骤S1，根据已有平面加载系统伺服仪的最大输出荷载T确定底座(实现试件的支座功能)的截面尺寸d×t(钢管直径和壁厚)，并设计底座底板(b₀×h₀×t₀)和相关锚栓(或螺栓)；

2)步骤S2，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；

3)步骤S3，反力梁采用H型钢梁、或两个槽钢组合成的格构梁、或四块钢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；

4)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；

5)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，用螺栓(锚栓)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螺栓连接，设计相关的螺栓(锚栓)；

6)步骤S6，根据用户需求，选择不同模块的加载系统升级方案。