本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)用平臺，具體涉及一種可持續(xù)施加軸力的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

受壓構(gòu)件（如柱、墻等）是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其抗沖擊性能是評估結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的重要指標(biāo)。

針對此類構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)通常借助液壓實(shí)驗(yàn)機(jī)或簡易千斤頂開展，然而，一旦受壓構(gòu)件因承受側(cè)向撞擊產(chǎn)生軸向位移，加載儀器即與試件脫離，軸力消失，這與結(jié)構(gòu)倒塌過程中軸力漸弱的情況不符，基于此類實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)無法為準(zhǔn)確理解受壓構(gòu)件的抗沖擊行為提供可靠支持。

此外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)機(jī)僅能針對邊界條件為一端固定、另一端自由的構(gòu)件開展沖擊實(shí)驗(yàn)，工況單一。隨著該類研究內(nèi)課題的深入，迫切需要發(fā)展可以準(zhǔn)確模擬其內(nèi)力變化規(guī)律和邊界條件的試驗(yàn)設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是，提供一種可持續(xù)施加軸力的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)平臺，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，在沖擊實(shí)驗(yàn)過程中，試件軸力逐漸變小，符合工程實(shí)際的“軸力漸弱”過程，具有較小的“系統(tǒng)誤差”。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種可持續(xù)施加軸力的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，包括剛性支撐、固定端、滑動端、滑動組件、加載組件、液壓組件、數(shù)據(jù)采集組件七個部分，其中，滑動端、滑動組件、加載組件依次布置于剛性支撐；

所述剛性支撐包括大、小底座各一組，其上預(yù)設(shè)螺孔和槽溝；

所述固定端包括開有凹槽的固定端上部組件、固定端下部組件和夾具一，固定端下部組件通過螺栓固定于剛性支撐，夾具一形狀、尺寸契合固定端上部組件和固定端下部組件凹槽；

所述滑動端包括開有凹槽的滑動端上部組件、滑動端下部組件和夾具二，通過與所述滑動組件嵌套，保證其沿剛性支撐上表面水平方向自由滑動；

上述夾具一和夾具二可根據(jù)試件形狀、尺寸調(diào)整，以適應(yīng)不同試驗(yàn)對象；

所述滑動組件包括兩個滑動槽和一個鋼棒，滑動槽中部鏤空，通過螺栓固定于剛性支撐；

上述鋼棒穿過滑動端下部組件和兩個滑動槽，其直徑與滑動槽開槽短邊大小及滑動端下部組件開洞大小一致；

所述加載組件包括兩個槽鋼、彈簧、H型鋼和保護(hù)蓋板，H型鋼通過螺栓與滑動端相連，彈簧兩端布置槽鋼，保護(hù)蓋板通過螺栓與剛性支撐連接，整體覆蓋兩個槽鋼和彈簧，部分覆蓋H型鋼；

上述槽鋼內(nèi)側(cè)邊長等于彈簧外直徑；

上述H型鋼內(nèi)側(cè)邊長等于槽鋼外邊邊長；

上述H型鋼與滑動端通過螺栓連接；

所述數(shù)據(jù)采集組件包括荷載傳感器、位移計(jì)、計(jì)算機(jī)終端和高速攝像機(jī)，荷載傳感器位于槽鋼和H型鋼之間，位移計(jì)固定于保護(hù)蓋板，其端部與H型鋼凸起接觸，高速攝像機(jī)及計(jì)算機(jī)終端均布置于剛性支撐前方；

所述液壓組件，包括千斤頂、油泵、螺桿、油管及反力底板；

上述螺桿一端連接剛性支撐，另一端連接反力底板，內(nèi)部空間布置千斤頂

所述液壓站的供油油泵由所述計(jì)算機(jī)終端控制與調(diào)節(jié)。

優(yōu)選為位移計(jì)、荷載傳感器和高速攝像機(jī)，均通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)通訊終端連接；

該優(yōu)選方案帶來的直接技術(shù)效果是，環(huán)形彈簧前部接觸H型鋼（與所述滑動端連接），沖擊過程中，試件側(cè)向變形引發(fā)彈簧軸向伸長，試件在整個響應(yīng)過程中保持漸弱的軸力，符合工程實(shí)際。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述滑動端下部組件預(yù)留四個內(nèi)螺紋螺栓孔，孔洞大小與所述剛性支撐預(yù)留槽溝寬度一致。

該優(yōu)選技術(shù)方案帶來的直接技術(shù)效果是，通過螺栓連接滑動端與剛性支撐，可開展受彎構(gòu)件（如鋼、混凝土梁）側(cè)向沖擊（對應(yīng)兩端固定邊界條件）實(shí)驗(yàn)；拆除滑動端下部組件螺栓，可進(jìn)行軸壓與沖擊實(shí)時(shí)耦合（對應(yīng)一端滑動、另一端固定邊界條件）實(shí)驗(yàn)；以此保證底座適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)工況。

進(jìn)一步優(yōu)選，固定端夾具一端部和滑動端夾具二端部均有部分突出。

該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，可避免現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)機(jī)因強(qiáng)大撞擊力導(dǎo)致試件被拔出現(xiàn)象的發(fā)生。

進(jìn)一步優(yōu)選，上述滑動槽中部鏤空，鋼棒依次穿過滑動槽和滑動端下部組件；

該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，保證滑動端沿試件的軸向自由滑動，而其他方向位移為零，嚴(yán)格遵循工程實(shí)際邊界條件和力學(xué)分析模型，減小“系統(tǒng)誤差”。

本發(fā)明的目的之二是，提供一種上述的可持續(xù)施加軸力的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)驗(yàn)方法，其具有操作簡便、實(shí)驗(yàn)過程中的核心環(huán)節(jié)/關(guān)鍵步驟“全自動化”進(jìn)行，人為介入少，實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差小等特點(diǎn)。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種上述的可持續(xù)施加軸力的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，手動操作，將試件布置于所述剛性支撐的大、小底座之間，兩端嵌入固定端及滑動端夾具的凹槽內(nèi)，并通過螺栓固定所述固定端、滑動端上、下組件；

第二步，手動調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)，保證其視場可以覆蓋自試件初始狀態(tài)至可能發(fā)生的最大變形區(qū)域；

第三步，手動操作，連接荷載傳感器，啟動計(jì)算機(jī)終端，啟動液壓站，驅(qū)動千斤頂活塞桿伸長，至計(jì)算機(jī)終端顯示的荷載值達(dá)到預(yù)定數(shù)值，關(guān)閉油泵；

第四步，手動調(diào)節(jié)位移計(jì)，使其與H型鋼鋼片接觸；

第五步，啟動實(shí)驗(yàn)設(shè)備，施加沖擊載荷，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄動力過程中試件軸力、位移變化規(guī)律并顯示于計(jì)算機(jī)終端；

第六步，手動控制計(jì)算機(jī)終端，實(shí)時(shí)記錄、保存圖像和數(shù)據(jù)文件。

綜上所述，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

1、實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，可靠性高；試件軸力變化符合結(jié)構(gòu)倒塌過程所經(jīng)歷的軸力漸弱趨勢，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差小。

2、實(shí)驗(yàn)工況易于轉(zhuǎn)換，通過靈活調(diào)整滑動端與剛性支撐之間的螺栓連接，可快速實(shí)現(xiàn)一端固定、一端自由以及兩端固定邊界條件的實(shí)驗(yàn)工況，真實(shí)反映受壓、受彎構(gòu)件承受沖擊荷載的失效機(jī)理。

3、實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊、操作簡便。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明裝置西南等軸側(cè)示意圖；

圖2為本發(fā)明裝置剛性支撐、固定端、滑動端、滑動組件的組裝示意圖；

圖3為本發(fā)明裝置加載組件、液壓組件、數(shù)據(jù)采集組件的組裝示意圖。

圖中的標(biāo)號為：1、剛性支撐；2、固定端；3、試件；4、滑動端；5、加載組件；6、液壓組件；7、滑動組件；8、數(shù)據(jù)采集組件；9、剛性底板；10、螺栓；11、固定端下部組件；12、夾具一；13、固定端上部組件；14、滑動端下部組件；15、夾具二；16、滑動端上部組件；17、鋼棒；18、滑動槽；19、槽溝；20、H型鋼；21、荷載傳感器；22、槽鋼；23、彈簧；24、保護(hù)蓋板；25、反力底板；26、千斤頂；27、螺桿；28、油管；29、油表；30、油泵；31、位移計(jì)；32、高速攝像機(jī)；33、計(jì)算機(jī)終端。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明可提供兩端固定以及一端固定、一端滑動邊界條件，配合沖擊設(shè)備開展實(shí)驗(yàn)，下面結(jié)合附圖分別對這兩種工況進(jìn)行解釋說明。

一端固定、一端滑動工況：如圖1、3所示，一種可持續(xù)施加軸力的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于，包括剛性支撐1、固定端2、滑動端4、加載組件5、液壓組件6、滑動組件7、數(shù)據(jù)采集組件8七個部分，其中，滑動端4、滑動組件7、加載組件5均放置在剛性支撐1大底座上，從左向右依次布置；

所述剛性支撐1包括大、小底座各一組，其上布置螺孔和槽溝19；

所述固定端2包括固定端下部組件11、固定端上部組件13和夾具一12，固定端下部組件11通過高強(qiáng)螺栓10固定于剛性支撐1，夾具一12契合固定端2的凹槽；

所述滑動端4包括滑動端下部組件14、滑動端上部組件16和夾具二15。

上述滑動端下部組件14可在剛性支撐1上軸向自由滑動；

所述滑動組件7包括滑動槽18和鋼棒17，滑動槽18中部鏤空，通過螺栓10固定于剛性支撐1；

上述鋼棒17穿過滑動端下部組件14和滑動槽18，其直徑與滑動槽18開槽短邊尺寸及滑動端下部組件14開洞大小一致；

上述滑動端4與滑動組件7嵌套；

所述加載組件5包括槽鋼22、彈簧23、H型鋼20和保護(hù)蓋板24，H型鋼20通過螺栓10與滑動端4相連，彈簧23兩端各布置一個槽鋼22，保護(hù)蓋板24將槽鋼22和彈簧23全部覆蓋，將H型鋼20部分覆蓋，保護(hù)蓋板24通過螺栓10與剛性支撐1剛接；

上述槽鋼22內(nèi)側(cè)邊長等于彈簧23外直徑；

上述H型鋼20內(nèi)側(cè)邊長等于槽鋼22外邊邊長；

上述H型鋼20與滑動端4通過螺栓10連接；

所述數(shù)據(jù)采集組件8包括荷載傳感器21、位移計(jì)31、計(jì)算機(jī)終端33、高速攝像機(jī)32和數(shù)據(jù)線，荷載傳感器21位于槽鋼22和H型鋼20之間，位移計(jì)31固定于保護(hù)蓋板24，端部與H型鋼20凸起接觸，高速攝像機(jī)32和計(jì)算機(jī)終端33均布置于剛性支撐1前方；

上述位移計(jì)31、荷載傳感器21和高速攝像機(jī)32，均通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)終端33連接；

所述液壓組件6，包括千斤頂26、油泵30、螺桿27、油管28和反力底板25；

上述螺桿27兩端分別連接固定于剛性支撐1和反力底板25；

上述千斤頂26布置于剛性支撐1和反力底板25之間；

上述滑動端下部組件14的底部預(yù)設(shè)內(nèi)螺紋螺栓孔，孔洞大小與溝槽19寬度一致；

上述固定端夾具一12端部與滑動端夾具二15端部均有部分突出；

上述滑動槽18中部鏤空，鋼棒17依次穿過滑動槽18和滑動端下部組件14；

上述的可持續(xù)施加軸力的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，手動操作，將試件布置于所述剛性支撐的大、小底座之間，兩端嵌入固定端及滑動端夾具的凹槽內(nèi)，并通過螺栓固定所述固定端、滑動端上、下組件；

第二步，手動調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)，保證其視場可以覆蓋自試件初始狀態(tài)至可能發(fā)生的最大變形區(qū)域；

第三步，手動操作，連接荷載傳感器，啟動計(jì)算機(jī)終端，啟動液壓站，驅(qū)動千斤頂活塞桿伸長，至計(jì)算機(jī)終端顯示的荷載值達(dá)到預(yù)定數(shù)值，關(guān)閉油泵；

第四步，手動調(diào)節(jié)位移計(jì)，使其與H型鋼鋼片接觸；

第五步，啟動實(shí)驗(yàn)設(shè)備，施加沖擊載荷，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄動力過程中試件軸力、位移變化規(guī)律并顯示于計(jì)算機(jī)終端；

第六步，手動控制計(jì)算機(jī)終端，實(shí)時(shí)記錄、保存圖像和數(shù)據(jù)文件。

兩端固定工況：此工況下，無需施加軸力，因此只需使用剛性支撐1、固定端2、滑動端4三部分。

如圖2所示，一種兩端固定的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)平臺，所述平臺包括剛性支撐1、固定端2、滑動端4，所述固定端2和滑動端4通過螺栓10和剛性支撐1連接，固定端2和滑動端4通過試件3相連，所述剛性支撐1通過地錨桿固定在剛性底板9上。

上述固定端2從上到下依次是：固定端上部組件13、夾具一12、固定端下部組件11。

上述滑動端4從上到下依次是：滑動端上部組件16、夾具二15、滑動端下部組件14。

上述一種兩端固定的多功能沖擊實(shí)驗(yàn)平臺，包括以下步驟：

第一步，手動操作，將試件布置于所述剛性支撐的大、小底座之間，兩端嵌入固定端及滑動端夾具的凹槽內(nèi)，并通過螺栓固定所述固定端、滑動端上、下組件；

第二步，手動調(diào)節(jié)高速攝像機(jī)，保證其視場可以覆蓋自試件初始狀態(tài)至可能發(fā)生的最大變形區(qū)域；

第三步，啟動實(shí)驗(yàn)設(shè)備，施加沖擊載荷，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄動力過程中試件橫向位移變化規(guī)律并顯示于計(jì)算機(jī)終端；

第四步，手動控制計(jì)算機(jī)終端，實(shí)時(shí)記錄、保存圖像和數(shù)據(jù)文件。