[发明专利]一种可变刚度的多自由度弹性固定系统

说明书

本发明公开了一种可变刚度的多自由度弹性固定系统，包括多个竖直分布的竖向支撑柱，多个所述竖向支撑柱配合在前端面活动连接有处于水平状态的横向支撑梁，所述横向支撑梁上活动连接有轴向支撑盒；所述竖向支撑柱的内部安装有配合竖直弹性支撑所述横向支撑梁的竖直弹性支撑结构，所述横向支撑梁的内部安装有配合横向弹性支撑所述轴向支撑盒的水平弹性支撑结构，所述轴向支撑盒内部设有配合所述法兰盘转动提供轴向弹性支撑的轴向弹性支撑结构，通过在装置上提供安装横向、竖直、轴向弹性支撑，可还原结构或构件在真实受力情况下的端部多自由度弹性固定情况，较传统铰接或固定端，可模拟构件端部受力及破坏情况，提高试验精度与准确性。

技术领域

本发明涉及土木工程试验以及船舶与海洋工程试验技术领域，具体涉及一种可变刚度的多自由度弹性固定系统。

背景技术

土木工程建筑结构中的钢结构部分复杂性不断提高，各构件连接情况与约束条件不同，在地震与台风等极端工况下，构件连接节点处可能发生较大变形，导致构件受力情况改变，引起结构损坏或连续倒塌，在通过试验对各构件受力情况与连接的可靠性进行分析时，若构件端部约束形式选为铰接或固定连接，难以还原结构或构件在发生极端荷载情况下的受力与变形情况。

此外，海洋石油工程中的油气开采由浅水区域逐渐向深水区域发展，海底管道与深水立管在复杂荷载下的受力情况与可靠性亟需分析与评估，以确保油气开采与输送系统的整体性与安全性，在试验分析中，常截取一定长度的局部管道或立管开展试验，若选取管道端部固定方式为铰接或固定，则无法还原相邻管道对其的约束支撑效应，导致试验中管道约束不足或过强，进而使得试验结果偏于危险或过于保守。

因此，为提高试验准确性与可靠度，需设计研发一种可变刚度的多自由度弹性固定系统，且该系统需具备同时对试验构件端部竖向、横向、轴向提供弹性支撑，三个方向的刚度可根据试验要求进行改变，且试验过程中三向刚度互不干扰，以适应不同尺寸以及不同边界条件的构件需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变刚度的多自由度弹性固定系统，以解决现有技术中的常规采用铰接或固定管道试验件的方式准确性和安全性不理想问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种可变刚度的多自由度弹性固定系统，包括多个竖直分布的竖向支撑柱，多个所述竖向支撑柱配合在前端面活动连接有处于水平状态的横向支撑梁，所述横向支撑梁上活动连接有轴向支撑盒；

所述竖向支撑柱的内部安装有配合竖直弹性支撑所述横向支撑梁的竖直弹性支撑结构，所述横向支撑梁的内部安装有配合横向弹性支撑所述轴向支撑盒的水平弹性支撑结构，所述轴向支撑盒内部设有配合所述法兰盘转动提供轴向弹性支撑的轴向弹性支撑结构，所述轴向支撑盒通过所述轴向弹性支撑结构连接有用于安装试验构件的法兰盘。

作为本发明的一种优选方案，所述竖向支撑柱的内部中心位置开设有延伸至其顶端的通滑槽，所述竖向支撑柱通过所述通滑槽形成U形结构，所述竖向支撑柱的两处顶端结构的前端面皆开设有第一螺纹孔，所述竖向支撑柱通过两处顶端结构安装有封闭所述通滑槽的柱顶封闭盖；

所述柱顶封闭盖的底端开设有两个分别用于卡套所述通滑槽两处顶端结构的对接定位槽，所述柱顶封闭盖的前端面开设有两个关于其中心轴线对称的螺栓定位孔，两个所述螺栓定位孔延伸至所述对接定位槽的内部并分别与两个所述第一螺纹孔重合，所述柱顶封闭盖前端面的中心轴线上开设有第二螺纹孔，所述柱顶封闭盖的底端开设有向内凹陷的卡槽。

作为本发明的一种优选方案，所述竖直弹性支撑结构包括沿所述通滑槽上下滑动的梁滑块，所述梁滑块的底端固定有配合所述通滑槽内侧提供竖直弹性支撑的底弹性支撑弹簧，所述梁滑块的顶端活动安装有配合所述柱顶封闭盖提供竖直弹性支撑的顶弹性支撑组件，所述顶弹性支撑组件用于配合所述底弹性支撑弹簧为所述梁滑块提供进一步的竖直弹性支撑；