[发明专利]一种预加轴力、弯矩的冲击实验装置及其实验方法

说明书

本发明公开了一种配合冲击实验的预加轴力、弯矩的试件固定装置及其实验方法，其固定装置包括刚性底座、滑动端荷载施加组件、固定端荷载施加组件、摆锤、试件、数据采集系统和计算机终端共7部分，其关键技术点在于，经气动装置驱动的加载压头嵌入可灵活调整偏心距的齿形轨道压缩试件，实现多种初始轴力和弯矩工况组合；冲击实验时，瞬时冲击力导致试件侧向变形并引发轴向收缩，气动装置活塞伸长，持续施加渐弱的轴力和弯矩直至构件失效，准确模拟结构倒塌过程中内力的实际演化规律；与此同时，数据采集系统实时记录荷载、位移变化和试件构型演变过程，为评估试件的抗倒塌能力及建立准确的力学分析模型提供数据支持。本发明整体结构简单、紧凑，实验操作简单。

技术领域

本发明属于一种实验用试件固定和预加载装置及其实验方法，具体为涉及一种配合冲击实验的预加轴力、弯矩的试件固定装置及其实验方法。

背景技术

随着社会进步和日益严峻的防恐形势，人们对于大型公共建筑和防护结构的安全设计有了更高要求。自上个世纪以来，各国学者加强了结构构件在冲击载荷下的力学分析和实验研究，推动了材料和能量吸收装置的巨大发展，被大量应用于汽车、航天和军事工业等领域。柱子作为建筑结构的主要承重和抗侧构件，在冲击类强动载荷作用下引发的失效将导致大规模的人员和财产损失，针对其开展实验研究日益受到重视。然而，鉴于问题的复杂性，传统的实验方法仅适用于简单的加载和边界条件，如仅考虑固支或简支边界，或只考虑初始轴力对结构响应的影响，而忽视轴力在整体变形过程的渐弱效应以及对结构响应有巨大影响的弯矩作用。因此，准确结构安全性评价和设计理论的完善需要一种可以同时考虑渐变轴力和弯矩的实验装置，并以此为依托开展实验研究。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的之一在于提供一种结构简单、紧凑且易于操作的预加轴力和弯矩的试件固定装置，本装置不仅可以提供多种内力组合形式完成不同工况的预加载及试件加载后的冲击，还可精确测量并实时记录冲击实验过程中试件所承受的渐弱的轴力和弯矩。

本发明公开了一种配合冲击实验的预加轴力、弯矩的试件固定装置。该装置包括刚性底座、滑动端荷载施加组件、固定端荷载施加组件、摆锤、试件、数据采集系统和计算机终端。

所述刚性底座包括滑动端刚性底座和固定端刚性底座，均通过地锚固定于刚性底板的指定位置。

所述数据采集系统包括压力传感器、位移传感器、动态采集仪、非接触式应变位移测量仪和计算机终端。所述压力传感器及位移传感器通过数据传输线和动态采集仪连接；所述动态采集仪及非接触式应变位移测量仪通过数据传输线和所述计算机终端通讯连接。

所述滑动端荷载施加组件包括滑动轴力施加组件、滑动弯矩施加组件、气体充压系统和气动加载组件。所述气动加载组件通过高强螺栓固定于所述滑动端刚性底座上端。所述气动加载组件正前端通过高强螺栓顺次固定所述滑动轴力施加组件和滑动弯矩施加组件。所述滑动弯矩施加组件的转动夹具夹紧试件一端，防止拔出。

所述滑动轴力加载组件进一步包括滑筒、隔板、压力传感器和保护罩。所述滑筒可保证刀形加载压头的运动方向保持不变，进而保证所施加轴力方向不变。

所述滑动弯矩施加组件进一步包括弧形轨道、刀形加载压头、转动夹具、齿形滑道。所述刀形加载压头的刀形头卡入所述齿形滑道的齿形槽内，且刀形加载压头的刀形头厚度小于齿形槽的开口宽度，其目的为加载过程中齿形滑道以齿形槽内刀形加载压头刀形头顶部为支点转动。

所述气动加载组件进一步包括垫板、气缸、固定卡具。所述垫板和滑动端刚性底座连接，所述气缸通过固定卡具固定于所述垫板上。所述气缸活塞杆的端部通过所述隔板和压力传感器连接。所述气动加载组件中的气缸可以在不装配弯矩施加组件下单独工作，实现试件在单纯轴力加载下的实验研究。