专利名称：用于建筑结结构节点试验的球形全方位加载装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于建筑结构节点试验的球形全方位加载装置，更具体地说，涉及一种在结构节点试验中，对试件进行空间全方位加载、自动调整加载方位、自动数据采集的球形反力架及配套装置。
背景技术：
随着建筑结构技术的发展，越来越多的创新结构体系被应用于实际结构工程中， 相应的建筑结构节点形式也愈加空间多样化。对于此类结构，节点的安全度往往是保证整体结构安全度的关键，因为节点的破坏往往直接导致整个结构的破坏。通常结构节点强度的分析，除了必要的理论计算外还需要依靠足尺或大比例试件试验数据来进行验证。对于连接杆件较多、承受荷载较大的建筑结构节点，在对其进行加载的过程中，必须有一个满足要求的加载架与加载系统。反力架作为一种早期的施加荷载的设施由来已久，世界各国对其应用都较为普遍。早期的加载反力架都以平面内加载为主，国内多所高校都制作有类似的装置，比如同济大学制作了可承受4000kN荷载的矩形平面内加载框架。为了更加适合平面内结构节点的多方位加载试验，日本东京大学奥村研究室以及哈尔滨工业大学都设计制作了圆环形平面加载反力架。随着建筑结构形式的丰富和发展，越来越多的结构节点试验要求实现空间三维全方位加载。目前现有的节点加载反力架装置与技术，其缺陷主要表现为以下几点
1、现有加载反力装置对于平面内的加载比较容易，对于空间多角度的加载比较困难。2、现有的加载反力装置以及辅助构件通用性差，为了完成节点空间多向加载试验，都是根据该特定的节点试件进行设计，试验完成后基本报废，无法重复使用，造成极大的资源浪费。3.现有加载系统在同步自动加载与数据采集技术上还相对比较落后，一般需要多人分别对加载千斤顶进行操作。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于建筑结结构节点试验的球形全方位加载装置。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种球形全方位加载装置，它包括球形钢制反力架、加载定位调整轮轨系统、千斤顶液压伺服加载系统和主控台；其中，所述加载定位调整轮轨系统安装于球形钢制反力架内部，千斤顶液压伺服加载系统安装于加载定位调整轮轨系统上，主控台分别与加载定位调整轮轨系统和千斤顶液压伺服加载系统相连。进一步地，所述钢制反力架包括反力架主体结构、反力架门洞、运输轮轨、运输小车和试件台座；运输轮轨和试件台座均安装于反力架主体结构上，运输小车在运输轮轨上移动；反力架门洞在运输轮轨上移动，与反力架主体结构活动连接。
进一步地，所述加载定位调整轮轨系统包括两根中心定位轴、环向轨道和两个径向轨道转动轴环、若干个径向轨道、径向轨道传动装置和千斤顶传动装置；所述两根中心定位轴分别安装于反力架主体结构的顶部和底部，环向轨道安装于反力架主体结构的底部， 两个径向轨道转动轴环分别以转动方式安装于两根中心定位轴上，所有径向轨道的上下部位均分别与两个径向轨道转动轴环连接，每个径向轨道的底部均连接一个径向轨道传动转置，径向轨道传动转置与环向轨道活动连接，每个径向轨道上均活动连接一个千斤顶传动装置。进一步地，所述千斤顶液压伺服加载系统包括油泵和千斤顶；油泵一端与主控台连接，另一端与千斤顶连接，千斤顶安装于千斤顶传动装置上。本发明与现有技术相比较具有的有益效果
1.设计制作了一种球形的反力架结构形式，并通过轮轨进行空间加载定位、结合液压控制加载技术与数据采集技术实现了节点试件的空间全方位加载与数据采集。2.适用于所有不同类型建筑结构节点的空间全方位加载要求，不再需要根据每一种节点试验加工特定的辅助构件，并且本发明装置可长期重复使用。


下面结合附图对本发明专利作详细说明 图1是球形全方位加载装置示意图2是球形反力架主体钢结构示意图； 图3是球形反力架内部轮轨系统示意图； 图4是主控台控制试验加载流程图中球形钢制反力架主体结构1、反力架门洞2、试件运输轮轨3、运输小车4、试件台座5、中心定位轴6、环向轨道7、径向轨道8、径向轨道转动轴环9、径向轨道传动装置10、千斤顶传动装置11、油泵12、千斤顶13、主控台14、节点试件15。
具体实施例方式如图所示，本发明球形全方位加载装置包括球形钢制反力架、加载定位调整轮轨系统、千斤顶液压伺服加载系统和主控台。加载定位调整轮轨系统安装于球形钢制反力架内部，千斤顶液压伺服加载系统安装于加载定位调整轮轨系统上，主控台分别与加载定位调整轮轨系统和千斤顶液压伺服加载系统相连。其中，钢制反力架包括反力架主体结构1、反力架门洞2、运输轮轨3、运输小车4、 试件台座5 ；运输轮轨3和试件台座5均安装于反力架主体结构1上，运输小车4在运输轮轨3上移动，反力架门洞2在运输轮轨3上移动，与反力架主体结构1活动连接。加载定位调整轮轨系统包括两根中心定位轴6、环向轨道7、两个径向轨道转动轴环9、若干个径向轨道8、径向轨道传动装置10和千斤顶传动装置11 ；两根中心定位轴6分别安装于反力架主体结构1的顶部和底部，环向轨道7安装于反力架主体结构1的底部，两个径向轨道转动轴环9分别以转动方式安装于两根中心定位轴6上，所有径向轨道8的上下部位均分别与两个径向轨道转动轴环9连接，每个径向轨道8的底部均连接一个径向轨道传动转置10，径向轨道传动转置10与环向轨道7活动连接，每个径向轨道8上均活动连接一个千斤顶传动装置11。千斤顶液压伺服加载系统包括油泵12和千斤顶13 ；油泵12 —端与主控台14连接，另一端与千斤顶13连接，千斤顶13安装于千斤顶传动装置11上。主控台14通过计算机，编程实现门洞开闭、试件运输、千斤顶定位控制、千斤顶加载控制、试验数据采集等功能，具体工作流程如图4所示。本发明的具体实施方式
如下如图1、2、3所示，首先，由吊车将建筑结构节点试件 15吊置于运输小车4，并通过运输轮轨3，经反力架门洞2运输进入反力架主体结构1中，卸载后，安装固定于试件台座5，运输小车4随后退出反力架主体结构1外，反力架门洞2关闭，关闭后，反力架主体结构1与反力架门洞2共同组成一个由肋环形钢板构成的内部中空的钢结构球体，便于千斤顶承受加载反力与调整加载方位。然后，根据节点形式确定的加载方位，由加载方位调整轮轨系统控制径向轨道传动装置10牵引径向轨道8沿环向轨道7移动，从而使整条径向轨道8通过径向轨道转动轴环9围绕中心定位轴6转动，以确保千斤顶 13水平面就位，同样控制千斤顶传动装置11带动千斤顶13在径向轨道8上移动，以确保千斤顶13竖平面就位，通过此操作，使所有千斤顶13准确就位于最终加载位置；最后，当所有千斤顶13准确就位后，根据试验加载方案所确定的加载量级与加载步骤，由千斤顶液压伺服加载系统控制油泵12，对所有千斤顶13进行加载控制，同时进行试验数据的采样工作。 在整个试验过程中，所有运输、定位、加载及采集工作的操作控制，均集中于主控台14位置进行。本发明的提出，实现了在空间复杂节点的加载试验中，根据不同建筑结构节点的加载方位，对所有千斤顶进行灵活方便的定位调整，无需加工任何辅助构件，并同时实现了千斤顶的自动加载控制及数据采集，解决了目前钢结构节点加载试验中存在的普遍问题。
权利要求
1.一种球形全方位加载装置，其特征在于，它包括球形钢制反力架、加载定位调整轮轨系统、千斤顶液压伺服加载系统和主控台等；其中，所述加载定位调整轮轨系统安装于球形钢制反力架内部，千斤顶液压伺服加载系统安装于加载定位调整轮轨系统上，主控台分别与加载定位调整轮轨系统和千斤顶液压伺服加载系统相连。
2.根据权利要求1所述球形全方位加载装置，其特征在于，所述钢制反力架包括反力架主体结构(1)、反力架门洞(2)、运输轮轨(3、运输小车(4)和试件台座(5)等；运输轮轨 (3)和试件台座(5)均安装于反力架主体结构(1)上，运输小车(4)在运输轮轨(3)上移动； 反力架门洞(2)在运输轮轨(3)上移动，与反力架主体结构(1)活动连接。
3.根据权利要求1所述球形全方位加载装置，其特征在于，所述加载定位调整轮轨系统包括两根中心定位轴(6)、环向轨道(7)和两个径向轨道转动轴环(9)、若干个径向轨道 (8)、径向轨道传动装置(10)和千斤顶传动装置(11)等；所述两根中心定位轴(6)分别安装于反力架主体结构(1)的顶部和底部，环向轨道(7)安装于反力架主体结构(1)的底部，两个径向轨道转动轴环(9)分别以转动方式安装于两根中心定位轴(6)上，所有径向轨道(8) 的上下部位均分别与两个径向轨道转动轴环(9)连接，每个径向轨道(8)的底部均连接一个径向轨道传动转置(10)，径向轨道传动转置(10)与环向轨道(7)活动连接，每个径向轨道(8 )上均活动连接一个千斤顶传动装置(11)。
4.根据权利要求1所述球形全方位加载装置，其特征在于，所述千斤顶液压伺服加载系统包括油泵(12)和千斤顶(13);油泵(12)—端与主控台(14)连接，另一端与千斤顶(13) 连接，千斤顶(13)安装于千斤顶传动装置(11)上。
全文摘要
本发明公开了一种用于建筑结结构节点试验的球形全方位加载装置,包括球形钢结构反力架、加载定位调整轮轨系统、千斤顶液压伺服加载系统和主控台；本发明通过轮轨进行空间加载定位、结合液压控制加载技术与数据采集技术实现了节点试件的空间全方位加载与数据采集；本发明适用于所有不同类型建筑结构节点的空间全方位加载要求，不再需要根据每一种节点试验加工特定的辅助构件，并且本发明装置可长期重复使用。
文档编号G01M99/00GK102539189SQ20111045435
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者沈雁彬, 罗尧治, 肖南, 苏亮, 董石麟 申请人:浙江大学