一种可变分布式侧压力加载装置及试验方法

本发明涉及模拟结构构件承受侧向压力试验加载，具体的说，涉及了一种可变分布式侧压力加载装置及试验方法。

背景技术：

1、粮食安全是与国民经济发展、社会稳定和国家自立密切相关的一项重大战略问题。散装粮食楼房仓结构作为一种新型储粮结构体系，具有节约土地、高度自动化、良好的储粮效果等优势，符合当前国家倡导的节能、节地、绿色、低碳等发展理念。然而，由于楼房仓结构存在着装粮高度高、粮食堆载大以及储粮工况不连续等特点，使得楼房仓的围护结构（仓壁）需要承受较大的侧向粮食荷载，即仓壁面外要承受较大的侧向压力。

2、现有的实验室加载装置主要适用于模拟构件在平面内受力或平面外承受特定集中力的工况进行试验加载。而对于散粮楼房仓的围护结构而言，其受力形式较为复杂，呈由围护结构中部向两边逐渐减小，上部向底部逐渐增大的分布形式。尤其是在地震作用下，粮食散体颗粒的特殊特性会导致粮食散体与仓壁之间的动力耦合作用十分复杂多变。且针对楼房仓围护结构在面外粮食荷载作用下的受力性能的试验研究，目前尚缺乏有效的试验加载装置。

3、因此，亟需研发并设计一种适用于模拟楼房仓等围护结构承受面外非均匀荷载的试验加载装置，以研究其实际工况下的力学行为。

4、为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种可实现空间内纵向跟随滑动、横向滑动及竖向适时调节、能有效模拟楼房仓仓壁在地震作用及侧向粮食荷载共同作用下的受力工况的可变分布式侧压力加载装置及试验方法。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种可变分布式侧压力加载装置，包括平台、第一分配梁、桁架模块和至少两组水平设置且竖向方向上彼此平行的侧向力加载模块；

3、所述桁架模块底面基于所述平台可横向滑动，所述桁架模块的前端连接侧向力加载模块用于施加横向力，所述桁架模块的后端连接第一分配梁，所述第一分配梁用于连接横向力源；

4、每组所述侧向力加载模块包括与桁架模块的前端纵向滑动配合的纵向滑轨和安装于纵向滑轨前端面的一排变刚度弹簧加载模块，所述变刚度弹簧加载模块随纵向滑轨纵向滑动；

5、各所述变刚度弹簧加载模块的前端作用面处于同一平面内，各所述变刚度弹簧加载模块中的弹簧通过改变各个弹簧的力学参数构建侧向压力分布不同的侧向压力矩阵。

6、基上所述，所述桁架模块为多层结构，包括桁架端板、第二分配梁和设置于两者之间的第一斜支撑、第二斜支撑和中心支撑，所述第二分配梁的横向宽度大于桁架端板的横向宽度以构成稳定的三角形结构，所述桁架端板固定于第一分配梁前端，所述第二分配梁的前端用于安装所述纵向滑轨，所述第二分配梁包括两根前后分布的水平槽钢横梁和连接前后水平槽钢横梁的槽钢腹杆。

7、基上所述，所述侧向力加载模块中的纵向滑轨包括第一纵向滑轨、第二纵向滑轨、水平向滚轴滑轮、竖向滚轴滑轮和第二对穿螺栓，所述第一纵向滑轨和第二纵向滑轨分别通过水平向滚轴滑轮与前后两条水平槽钢横梁滑动配合，所述第一纵向滑轨内侧还设置有与前端的水平槽钢横梁滑动配合的竖向滚轴滑轮，所述第一纵向滑轨和第二纵向滑轨的上端之间和下端之间通过若干第二对穿螺栓锁定，使第一纵向滑轨和第二纵向滑轨合围在第二分配梁外侧并沿第二分配梁纵向滑动。

8、基上所述，所述侧向力加载模块中的变刚度弹簧加载模块包括弹簧连接端板、弹簧加载端板和所述弹簧，所述弹簧连接端板通过弹簧与弹簧加载端板连为一体，所述纵向滑轨的前端面上对应弹簧连接端板设置弹簧模块限位卡槽，所述弹簧连接端板可拆卸的卡装在所述弹簧限位卡槽中；各变刚度弹簧加载模块的弹簧加载端板的作用面处于同一平面内。

9、基上所述，还包括弹簧模块库，所述弹簧模块库中储备有弹簧内径和弹簧高度一致，其它弹簧参数各异的变刚度弹簧加载模块，所述侧向力加载模块中的变刚度弹簧加载模块均取自弹簧模块库。

10、基上所述，各层桁架模块中的中心支撑、第一斜支撑和第二斜支撑之间通过第一对穿螺栓杆连接在一起。

11、基上所述，位于最下层桁架模块中的第二分配梁两端及中心支撑底面分别安装横向滚轮模块与所述平台的平台板上表面滑动接触。

12、基上所述，所述平台包括平台板和平台立柱，所述平台板固定于平台立柱上端，所述平台板上对应横向滚轮模块设置有横向轨道。

13、一种可变分布式侧压力加载试验，包括试件、第一作动器、第二作动器、竖向千斤顶和所述的可变分布式侧压力加载装置，通过以下方式进行试验：

14、步骤1）所述试件顶端与竖向千斤顶连接，用于对试件施加竖向压力；试件侧端与第二作动器连接，用于驱动试件沿纵向水平移动；

15、按预设的侧向压力矩阵需求安装各个变刚度弹簧加载模块，在第一分配梁后端安装第一作动器，用于驱动各个变刚度弹簧加载模块横向运动；

16、调整各个变刚度弹簧加载模块的作用面抵接试件表面；

17、步骤2）在试验开始前，首先，通过竖向千斤顶对试件施加竖向压力；然后，通过第一作动器施加较小的推力，保证可变分布式侧压力加载装置中第一分配梁、桁架模块和侧向力加载模块与试验试件之间可以正常传力；

18、步骤3）测试纵向滑轨可以沿第二分配梁纵向自由滑动；

19、步骤4）测试整个加载装置可以沿平台上表面横向自由滑动；

20、步骤5）试验开始加载，通过第二作动器在平面内对试验试件的墙板施加轴向压力；

21、步骤6）按预设加载方案，通过第一作动器对试验试件的墙板分级施加侧向压力，直至连接作动器的mts系统记录侧向压力的数值达到预定侧压力；

22、步骤7）试验试件的墙板平面内的第二作动器分级施加低周往复荷载，加载过程中，可变分布式侧压力加载装置中的纵向滑轨与变刚度弹簧加载模块一起同试验试件的墙板在平面内做低周往复运动，直至最终试验完成。

23、本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

24、1.该套可变分布式侧压力加载装置可以通过配置不同的弹簧规格模拟对试验试件的墙体表面的侧向压力分布形态，然后通过作动器对该加载装置的驱动和对试验试件的驱动，有效模拟楼房仓仓壁在地震作用及侧向粮食荷载共同作用下的受力工况。

25、2.该加载装置将有助于研究楼房仓等围护结构在实际受力工况下的力学行为，并为改进结构设计和施工提供指导。

技术特征：

1.一种可变分布式侧压力加载装置，其特征在于：包括平台、第一分配梁、桁架模块和至少两组水平设置且竖向方向上彼此平行的侧向力加载模块；

2.根据权利要求1所述的可变分布式侧压力加载装置，其特征在于：所述桁架模块为多层结构，包括桁架端板、第二分配梁和设置于两者之间的第一斜支撑、第二斜支撑和中心支撑，所述第二分配梁的横向宽度大于桁架端板的横向宽度以构成稳定的三角形结构，所述桁架端板固定于第一分配梁前端，所述第二分配梁的前端用于安装所述纵向滑轨，所述第二分配梁包括两根前后分布的水平槽钢横梁和连接前后水平槽钢横梁的槽钢腹杆。

3.根据权利要求2所述的可变分布式侧压力加载装置，其特征在于：所述侧向力加载模块中的纵向滑轨包括第一纵向滑轨、第二纵向滑轨、水平向滚轴滑轮、竖向滚轴滑轮和第二对穿螺栓，所述第一纵向滑轨和第二纵向滑轨分别通过水平向滚轴滑轮与前后两条水平槽钢横梁滑动配合，所述第一纵向滑轨内侧还设置有与前端的水平槽钢横梁滑动配合的竖向滚轴滑轮，所述第一纵向滑轨和第二纵向滑轨的上端之间和下端之间通过若干第二对穿螺栓锁定，使第一纵向滑轨和第二纵向滑轨合围在第二分配梁外侧并沿第二分配梁纵向滑动。

4.根据权利要求3所述的可变分布式侧压力加载装置，其特征在于：所述侧向力加载模块中的变刚度弹簧加载模块包括弹簧连接端板、弹簧加载端板和所述弹簧，所述弹簧连接端板通过弹簧与弹簧加载端板连为一体，所述纵向滑轨的前端面上对应弹簧连接端板设置弹簧模块限位卡槽，所述弹簧连接端板可拆卸的卡装在所述弹簧限位卡槽中；各变刚度弹簧加载模块的弹簧加载端板的作用面处于同一平面内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的可变分布式侧压力加载装置，其特征在于：还包括弹簧模块库，所述弹簧模块库中储备有弹簧内径和弹簧高度一致，其它弹簧参数各异的变刚度弹簧加载模块，所述侧向力加载模块中的变刚度弹簧加载模块均取自弹簧模块库。

6.根据权利要求4或5所述的可变分布式侧压力加载装置，其特征在于：各层桁架模块中的中心支撑、第一斜支撑和第二斜支撑之间通过第一对穿螺栓杆连接在一起。

7.根据权利要求6所述的可变分布式侧压力加载装置，其特征在于：位于最下层桁架模块中的第二分配梁两端及中心支撑底面分别安装横向滚轮模块与所述平台的平台板上表面滑动接触。

8.根据权利要求7所述的可变分布式侧压力加载装置，其特征在于：所述平台包括平台板和平台立柱，所述平台板固定于平台立柱上端，所述平台板上对应横向滚轮模块设置有横向轨道。

9.一种可变分布式侧压力加载试验，其特征在于：包括试件、第一作动器、第二作动器、竖向千斤顶和权利要求1-8任一项所述的可变分布式侧压力加载装置，通过以下方式进行试验：

技术总结本发明提供了一种可变分布式侧压力加载装置和试验方法，包括平台、第一分配梁、桁架模块和至少两组水平设置且竖向方向上彼此平行的侧向力加载模块；侧向力加载模块整体可基于平台横向滑动，一组所述侧向力加载模块包括纵向滑轨模块和一排变刚度弹簧加载模块；全部所述变刚度弹簧加载模块中的各个弹簧的弹簧内径和弹簧高度一致，所有变刚度弹簧加载模块中的弹簧通过改变各个弹簧线径、节距及圈数等参数构建侧向压力分布不同的侧向压力矩阵。该方案可实现空间内纵向跟随滑动、横向滑动及竖向适时调节，从而有效模拟楼房仓仓壁在地震作用及侧向粮食荷载共同作用下的受力工况。技术研发人员：许振华,丁永刚,赵金全,郭政杰,任国旗,许启铿,刘强,郭存生受保护的技术使用者：河南工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25