一种结构工程拟静力试验的试件装载系统和装置的制作方法

1.本发明涉及结构工程拟静力试验技术领域，具体涉及一种结构工程拟静力试验的试件装载系统和装置。


背景技术：

2.用一定的荷载控制或变形控制对试体进行低周反复加载使试体从弹性阶段直至破坏的一种试验被称为拟静力试验，该试验通常研究待测试试件在地震荷载作用下的恢复特性和耗能能力，进而从强度、变形和能量三方面判别和鉴定待测试试件的抗震性能，为改进抗震设计方法、修改建筑抗震设计提供依据。目前，在低周反复加载试验中，装载装置主要包括水平装载装置和竖直装载装置（主要为作动器与千斤顶等）；反力装置主要有反力架，反力地板与反力墙等；约束装置主要有压梁，侧向支撑等。
3.目前市场上关于此类试验的试件装载装置并不多，在进行大型结构拟静力试验时，无论是将大型试件向反力装置内运输还是试件调平及定位安装等，均较难避免且较为繁琐。将试件向反力架内移动时，常用方法为利用桁车，汽车吊等大型吊装设备搬运，但因反力架横梁、立柱等结构的阻挡，往往还需要二次吊装或者人力进行调整，较为繁琐费力，且存在安全隐患。在对试件进行精准定位，以确保试件轴心正对作动器或千斤顶轴心时，较为常见的办法是利用撬棍或千斤顶进行小幅调整，或直接重新吊装。该类方法往往会对试件造成轻微损伤，也较为费力费时。
4.而当试件底部不平整时，试验便难以获得较为真实的试验数据，在诸多结构实验室内，喷涂砂浆，打磨等解决办法较为常见，但此类方法费时费力，尤其是大型结构试样，此类方法甚至存在一定的危险性。垫垫片或者铁板等解决办法也偶有采用，但在安装时可能会存在垫多垫少，或试样受垫片影响应力集中而导致变形等情况，最终导致试验数据不准，试验失败。对于不同类型，尺寸的试件而言，现阶段的约束方式基本相同，通过压梁限制试件底座左右翘起，侧向约束板安装在反力架立柱，加紧试件以防止面外变形，在试件底座左右两侧放置千斤顶以防止试件侧移。但对于尺寸较小的试件而言，约束过于保守，从而导致工作量的增加，约束方式并不灵活。


技术实现要素：

5.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种结构工程拟静力试验的试件装载系统和装置，解决背景技术中提出的至少一个技术问题。
6.（二）技术方案本发明采用的技术方案是：第一方面：提供一种结构工程拟静力试验的试件装载系统，所述试件装载系统包括：装载平台，所述装载平台用于承载试件，并能够将试件移动至反力架内；
千斤顶调平单元，所述千斤顶调平单元包括多个千斤顶，所述多个千斤顶阵列式布设在装载平台，并用于支撑试件；扫描单元，所述扫描单元用于扫描试件在反力架内的垂直状态；判断单元，基于扫描单元扫描试件的垂直状态，判断试件是否与水平面垂直；控制单元，所述控制单元接受判断单元的信号，若试件与水平面垂直，完成试件装载；若试件与水平面非垂直，则控制千斤顶调平单元中的千斤顶的力和位移。
7.优先的，所述千斤顶调平单元中的千斤顶通过信号线按顺序编号并接入控制单元，控制单元通过各个千斤顶下部的电子阀台调节油量进入，进而通过控制不同编号千斤顶内的油压、抬升力。
8.优先的，所述扫描单元扫描试件尺寸、形状和重心位置，并实时传输至判断单元。
9.第二方面：提供一种结构工程拟静力试验的试件装载装置，所述试件装载装置包括：承载平台；千斤顶调平组件，所述千斤顶调平组件包括多个千斤顶，所述多个千斤顶阵列式布设在承载平台上；平移组件，所述平移组件包括液压伸缩缸和滚轮组，所述液压伸缩缸设置在所述承载平台的底部，所述滚轮组的底部与所述伸缩缸连接，所述液压伸缩缸用于驱动所述滚轮组纵向升降，所述滚轮组用于驱动所述承载平台水平移动。
10.优先的，所述试件装载装置还包括：扫描组件，所述扫描组件布设在试件四周，等距离扫描试件。
11.优先的，所述千斤顶调平组件还包括：液压油管，所述液压油管用于输送液压油至千斤顶中；电子阀台，所述电子阀台设置多个，且每个电子阀台对应一个千斤顶，通过所述述电子阀台调节千斤顶的油量进入。
12.优先的，所述试件装载装置还包括：锚固组件，所述锚固组件包括设置于所述承载平台边缘的长槽和锚固螺栓，所述锚固螺栓贯穿所述长槽将所述试件固定安装于所述承载平台上。
13.优先的，所述试件装载装置还包括：转角调节组件，所述转角调节组件包括横杆和千斤顶，所述转角调节组件的两端部固定于反力墙；所述千斤顶的一端部与所述横杆，且与所述横杆呈垂直状态，所述千斤顶的另一端部能够与所述试件连接。
14.优先的，所述承载平台的上表面阵列布设有圆弧形凹槽，所述圆弧形凹槽与所述千斤顶调平组件中的千斤顶一一对应。
15.（三）有益效果本发明提供了一种结构工程拟静力试验的试件装载系统和装置及模拟方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：本技术的试件装载系统和装置，可在反力架外对试件进行快速调平，并将试件固定在装载装置上，后移动至反力架内，不受反力立柱与横梁的阻挡，实现安全快速搬运；再利用装置，实现结构试件的三向六自由度的微调，进而精准定位，不会损伤试件且方便精
确；千斤顶调平组件内的各个千斤顶均可独立受控，精准调平试件，适宜各个尺寸，各种底座不平整的试件调平，和传统的调平手段（垫垫片、重新打磨、重新涂抹砂浆、报废试件）相比，其通用性更强，准确度更高。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明实施例调平流程示意图；图2为本发明实施例针对试件底部不平整自调平示意图；图3为本发明实施例针对试件底部平整自调平示意图；图4为本发明实施例装置的整体结构示意图；图5为图4的a-a剖视图；图6为平移组件示意图；图7为本发明实施例千斤顶调平组件中的千斤顶示意图；图8为本发明实施例转角调节组件示意图；图9为本发明实施例转角调节组件安装示意图；其中，千斤顶调平组件1、锚固组件2、承载平台3、转角调节组件4、信号传输系统5、平移组件7。
17.具体实施方法为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明：本发明提供一种结构工程拟静力试验的试件装载系统，所述试件装载系统包括装载平台、千斤顶调平单元、扫描单元、判断单元和控制单元，所述装载平台用于承载试件，并能够将试件移动至反力架内并调整垂直度，实施时，将试件安装在装载平台上，并将试件和装载平台整体移动至反力架内；所述千斤顶调平单元包括多个千斤顶，所述多个千斤顶阵列式布设在装载平台，并用于支撑试件；阵列式分布的千斤顶均匀分布在装载平台上，试件安装在装载平台上，试件的底部由千斤顶支撑，通过控制不同千斤顶的压力和进程，实现对试件重心的调整以保证试件垂直度满足试验要求。
19.所述扫描单元用于扫描试件在反力架内的垂直状态；基于扫描单元扫描试件的垂直状态，判断试件是否与水平面垂直；所述控制单元接受判断单元的信号，若试件与水平面垂直状态，则完成试件装载；若试件与水平面非垂直状态，控制单元将结合扫描组件反馈结果，通过控制千斤顶调平单元中的千斤顶的力和位移对试件的垂直度进行调整，所述结合控制单元将结合扫描组件反馈结果，具体的，如扫描结果如图3所示，即试件向右倾斜呈非垂直状态，则控制试件底部右侧的千斤顶向上伸出将时间右部分顶起。进一步的，若试件状态复杂，也可以通过人为干
涉，控制千斤顶调平单元中的千斤顶的力和位移，即通过人工手动输入参数，通过控制千斤顶对试件的垂直度进行调整。
20.上述实施例中，所述千斤顶调平单元中的千斤顶通过信号线按顺序编号并接入控制单元，控制单元通过各个千斤顶下部的电子阀台调节油量进入，进而通过控制不同编号千斤顶内的油压、抬升力。也就是对阵列式分布的所有千斤顶进行编号，然后对于不同的电子阀台，进而能够实现调整既定千斤顶的油量进入。
21.上述实施例中，所述扫描单元扫描试件尺寸、形状和重心位置，并实时传输至判断单元。
22.上述实施例在具体实施过程中，如图1所示的调平流程，针对混凝土，钢结构等试件，底部不平整或试件垂直度较差的情况，装载装置上的千斤顶调平单元可进行简单地自调平操作或手动操作。装载装置上的千斤顶调平单元通过信号线按顺序编号并接入控制单元，控制单元通过各个千斤顶下部的阀台调节油量进入，进而实现不同编号千斤顶内油压不同、抬升力不同。试件安放到指定位置时，扫描单元在试件四周等距离扫描，具体可以设置四个扫描单元分别进行扫描试件形状、尺寸、重心等信息，并判断是否进行自动调平，可自动调平试件，给出是否进行自动调平选项。自动调平原理为：位移当试件底部不平整，垂直度满足要求时，各个千斤顶同步出力，试件底面各处贴紧，调平结束，如图2，而当底部平整，垂直度不满足要求时，依据当试件垂直时，底部各个千斤顶基本均匀受力，控制各个千斤顶高度一致时，缓慢增加受力大的千斤顶的油压，侦测其他受力千斤顶的受力变化，重心慢慢靠中，逐步迭代计算、微调、直至调平，如图3。对于少见的异型试件或重心位置不在中间的叠合类试件以及其他复杂情况，该控制系统也支持手动操作，调节各千斤顶油压直至调平，调平步骤如图1所示。
23.本发明实施例，基于上述试件装载系统，还提供了一种结构工程拟静力试验的试件装载装置，如图5-7图所示，所述试件装载装置包括承载平台3、千斤顶调平组件1和平移组件7，所述千斤顶调平组件1包括多个千斤顶，所述多个千斤顶阵列式布设在承载平台3上，千斤顶用于支撑试件的底部；所述平移组件7包括液压伸缩缸701和滚轮组702，所述液压伸缩缸701设置在所述承载平台3的底部，用于驱动所述滚轮组702纵向升降，所述滚轮组702设置与所述承载平台3的底部，用于驱动所述承载平台3水平移动。
24.上述实施例在实施时，可预先将试件安装在承载平台3上，试件的底部由千斤顶调平组件1支撑，即由于数个千斤顶支撑，运送至反力架内部，避免反力架等的阻碍，实现快速搬运功能。在移动过程中，平移组件7的液压伸缩缸701和能够带动承载平台3纵向升降，进而使得滚轮组702能够与地面接触，通过滚轮组702实现承载平台3水平移动，再通过液压伸缩缸701使得滚轮组702脱离水平面。具体的，如图5和图6所示，液压伸缩缸701的上部分为油腔管，下半部的活塞杆，其中液压伸缩缸701的顶部与承载平台3上固定连接，液压伸缩缸701的活塞杆的一端部位于液压伸缩缸701的油腔管内，一端部与滚轮组702连接。也就是当液压伸缩缸701的活塞杆收在液压伸缩缸701的油腔管内，滚轮组702远离地面，如图6中的a图所示，此时有承载平台3的底座支撑。而，当液压伸缩缸701的活塞杆伸长，就是将滚轮组702推出，如图6图中的b图，进而实现通过滚轮组702支撑承载平台3。进一步的，为了便于对滚轮组702的控制，可以液压伸缩缸701与液压油管101之前设置一电子油阀703，通过电子油阀703控制油的进出，进而便于对液压伸缩缸701的伸缩进行控制。
25.一实施例中，所述试件装载装置还包括扫描组件，所述扫描组件布设在试件四周，等距离扫描试件，通过扫描组件扫描试件形状、尺寸、重心等信息，进而判断试件是否调平。
26.一实施例中，所述千斤顶调平组件1还包括液压油管101和电子阀台102，所述液压油管101用于输送液压油至千斤顶中；所述电子阀台102设置多个，且每个电子阀台102对应一个千斤顶，通过所述电子阀台102调节千斤顶的油量进入。液压油管101为装置供油供压，通过信号传输系统5传输信号，电子阀台接受信号后，控制油量进入千斤顶，达到控制千斤顶上升下降等，进而实现对试件的调平。各个千斤顶均由带花纹的承载面103，可防滑，承载面103与试件底部接触；支撑杆104可转动连接活塞杆105的球形壳，具体的就是支撑杆104的端部成球形结构，活塞杆105的端部设置有球形壳结构，进而将支撑杆104的端部成球形结构置于活塞杆105的端部设置有球形壳结构，两者配合实现转动连接，实现支撑杆104和活塞杆105的转动连接，但沿着支撑杆104的长度方向，活塞杆105对支撑杆104形成限位。活塞杆105下表面放置薄膜压力传感器107，且位移计106一端连接在活塞杆105下表面。油腔管108与活塞杆105嵌套，即薄膜压力传感器107和位移计106都位于油腔管108中，在油腔管108的底部设置电子阀台102，位移计106另一端连接在102上表面，通过信号线109接受控制单元的信号，进而通过电子阀台102控制油的进出，进而控制给指定的千斤顶的油压。具体如图7所示，其中图7中的a图为千斤顶上升的状态图，图7中的b图为下降状态的图。
27.一实施例中，所述试件装载装置还包括锚固组件2，所述锚固组件2包括设置于所述承载平台3边缘的长槽和锚固螺栓，长槽为通孔结构，所述锚固螺栓贯穿所述长槽将所述试件固定安装于所述承载平台3上。
28.一实施例中，如图8和9所示，所述试件装载装置还包括转角调节组件4，所述转角调节组件4包括横杆401和千斤顶，所述转角调节组件4的两端部固定于反力墙；所述千斤顶的一端部与所述横杆401，且与所述横杆401呈垂直状态，所述千斤顶的另一端部能够与所述试件连接。实施时，可以采用两个千斤顶，需要调整试件角度时，可以驱动两个千斤顶在长度方向伸缩距离不同，如一个千斤顶伸长，一个千斤顶缩短，就能够实现试件的角度调整。
29.一实施例中，所述承载平台3的上表面阵列布设有圆弧形凹槽，所述圆弧形凹槽与所述千斤顶调平组件1中的千斤顶一一对应。
30.上述实施例中，千斤顶调平组件1和转角调节组件4的千斤顶可以根据需要进行选择，通过本技术装置能够对各种底座不平整的试件进行调平，和传统的调平手段（垫垫片、重新打磨、重新涂抹砂浆、报废试件）相比，其通用性更强，准确度更高，同时实现试件的快速搬运和安装位置的三向六自由度的微调，确保试验更加精细化地开展。
31.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
32.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。