[发明专利]一种实现轴向近似梯度静应力的加载实验方法及装置

权利要求书

1.一种实现轴向近似梯度静应力的加载实验装置，其特征是：包括平台，固定于平台四角的立柱，在平台的中央设置有基座；在立柱上配有上下滑动的水平框架，水平框架由升降装置驱动；在水平框架的中央设置有矩形框，矩形框的中心与基座中心位于同一铅垂线上；试件直立于基座上，其上端套于矩形框中；试件自上而下的两组相对侧面上交替安装有加载梁，即在试件上端前后侧面上安装第一级加载梁，紧挨第一级加载梁下边缘的左右侧面上安装第二级加载梁；紧挨第二级加载梁下边缘的前后侧面上安装第三级加载梁，紧挨第三级加载梁下边缘的左右侧面上安装第四级加载梁，以此类推安装所有加载梁；加载梁上对称地布置有加载孔，加载孔上对称地挂有砝码；同时位于试件同一侧面上相邻的下一加载梁的长度短于上一加载梁的长度；

所述的加载梁由等边角钢预制而成，两根长度相同的角钢组成一对加载梁，通过螺栓连接夹紧在试件的两相对侧面上，角钢上对称地布置有加载孔。

2.根据权利要求1所述的一种实现轴向近似梯度静应力的加载实验装置，其特征是：加载梁与试件中间加一层橡胶垫，橡胶垫的厚度为2mm～5mm。

3.依据权利要求1所述的装置实现轴向近似梯度静应力的加载实验的方法，其特征是：包括下述步骤：

(1)根据试件尺寸、所需应力梯度选择加载梁尺寸并计算砝码规格和数量；

(2)在试件侧面上标记出加载梁的安装位置并黏贴橡胶垫；两根角钢组成一对加载梁，两根角钢安装在试件相对的两侧面，在确定加载梁尺寸的基础上，从试件上端沿轴线方向交替在其前后侧面和左右侧面分别标记出加载梁的安装位置；根据加载梁安装位置的尺寸，用厚度为2-5mm橡胶制备橡胶垫，并用502胶水黏贴在安装位置处；

(3)调整水平框架高度固定试件；将试件竖直放在基座的中心位置，启动升降装置调整水平框架的高度，使其中的矩形框正好套在试件的最上端；接着通过固定升降装置高度来保持水平框架固定；

(4)加载梁和砝码的安装；紧贴矩形框的下边缘，将第一级加载梁水平安装到试件上两相对侧面的已标示区域，调整加载梁的位置，使其与试件的轴线对称布置并且垂直后，固定加载梁，然后在加载梁的对称加载孔上悬挂相应砝码；待第一级加载梁安装和砝码悬挂完毕并稳定后，在另一相对两侧面上，紧贴着第一级加载梁的下边缘，将第二级加载梁安装到试件上，安装加载梁和悬挂砝码方法与第一级加载梁相同；依次交替重复上述步骤，完成所有加载梁的安装和相应砝码的悬挂。

4.根据权利要求3所述的实现轴向近似梯度静应力的加载实验的方法，其特征是：步骤(1)中当试件的横截面尺寸：长×宽为30mm×30mm时，选择边宽为30mm的3号角钢制备加载梁；在此基础上，计算每级加载需要的砝码规格和数量；拟实现线性梯度时，即σ(x)＝(G₁(x)+G₂(x)+G₃(x)+G₄(x))/A为关于x的线性函数，也即σ(x)＝Kx，K称为应力梯度，单位为MPa/m，x为试件横截面的坐标，以第一级加载梁的上边缘为起点x＝0，单位为m；A为试件横截面面积；在忽略试件自重G₃(x)和螺栓重G₄(x)的前提下，砝码重G₁(x)和加载梁重G₂(x)之和为x的线性函数，依据选择的每级加载梁的规格计算其重量，进而可以确定对应加载级的砝码重量和所需规格及个数。

5.根据权利要求4所述的实现轴向近似梯度静应力的加载实验的方法，其特征是：加载参数见表1：

表1：加载方案