多功能碼頭結構動力靜力試驗系統及試驗方法技術方案

本發明專利技術公開了一種多功能碼頭結構動力靜力試驗系統，包括可拆卸大剛度承載框架、垂向加載作動器、水平加載作動器、多通道控制器、電液伺服油源系統、數據采集系統、位移和力傳感器。加載框架凈空尺寸最大4.5m×4.5m×4.5m（長×寬×高），試驗空間可根據試樣要求任意調節，加荷方式可以通過兩個10t~100t靜態垂向作動器、3t~20t動態水平作動器完成豎向和水平組合加載，模擬大水位差高樁框架碼頭結構在門機荷載、堆貨荷載、船舶荷載等各種復雜工況組合作用下整體或構件受力性能試驗。并提供了碼頭結構動力靜力試驗方法，能真實的模擬碼頭結構在各種復雜受力工況下的受力變形性能，也可用于類似結構的受力試驗。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種適用于空間結構件的受力變形試驗系統及試驗方法，特別涉及一種碼頭空間結構受力變形試驗系統及試驗方法。
技術介紹
隨著國民經濟的發展，內河航運的基礎建設也取得了長足的進步，但由于內河碼頭建設面臨復雜的水文和地質環境，在船舶系纜力或撞擊力及各種復雜工況作用下，極易造成大水位差高樁框架碼頭的破壞，因此，在高樁框架碼頭的建設中，對碼頭整體結構的受力分析以及碼頭結構中樁、柱、梁、板、墻、框架、節點等常用構件的結構性能試驗顯得尤為重要，而在現實的技術中還沒有可以模擬各種復雜工況作用下碼頭整體結構或構件的試驗系統和試驗方法，大型結構試驗系統是一種用于測試結構力學性能的大型儀器，它的研制和發展，對國家現代化建設過程中必須建設的基礎設施的設計檢驗、優化、驗證具有重要意義。大規模的工程設計的風險性和節約資源減少成本的總體要求對大型工程在設計階段的試驗驗證變得更為重要和必不可少，在設計和使用過程中必須考慮的結構在復雜外界條件下(負荷、振動、高低溫、腐蝕、風化)的變形和斷裂強度等技術指標以及各種結構整體工作性能、鋼筋混凝土結構非線性性能等問題的研究需要也日益突出。現代結構試驗由過去的單個構件試驗向整體結構試驗和足尺寸試驗轉化，為確保安全必須進行接近實際結構或全尺寸試驗，同時，科學技術的發展特別是計算機技術、電子技術、自動控制技術和液壓伺服技術的飛速發展為結構試驗和監測技術的發展提供了堅實的基礎，為各種復雜結構的設計、試驗和監測提供了有力的保障，促進了結構設計理論的發展。因此，世界上各國都在致力于大型結構試驗儀器的開發研究。因此急需一種碼頭空間結構件受力變形試驗系統及試驗方法。
技術實現思路
有鑒于此，為了解決上述問題，本專利技術提出一種碼頭空間結構件受力變形試驗系統及試驗方法。本專利技術的目的之一是提出一種多功能碼頭結構動力靜力試驗系統；本專利技術的目的之二是提出一種利用多功能碼頭結構動力靜力試驗系統來進行的碼頭結構動力靜力試驗的方法。本專利技術的目的之一是通過以下技術方案來實現的本專利技術提供的多功能碼頭結構動力靜力試驗系統，包括承載框架、用于模擬高樁碼頭豎向荷載的垂向加載作動器、用于模擬船舶對碼頭的撞擊力和系纜力的水平加載作動器、分別為垂向加載作動器與水平加載作動器提供動力的電液伺服油源、控制器和數據采集系統；所述承載框架通過反力地基構成封閉的試件加載空間，所述水平加載作動器設置于加載框架的水平調節梁上并作用于試件，所述垂向加載作動器設置于加載框架的垂向調節梁上并作用于試件，所述電液伺服驅動器分別與垂向加載作動器和水平加載作動器連接并分別為其提供動力，所述控制器分別與垂向加載作動器和水平加載作動器連接用于控制垂向加載作動器和水平加載作動器對試件施加載荷，所述水平加載作動器設置有水平位移傳感器，所述水平位移傳感器設置于水平加載作動器與試件接觸的作用端，所述垂向加載作動器設置有垂向位移傳感器，所述垂向位移傳感器設置于垂向加載作動器與試件接觸的作用端，所述水平加載作動器設有水平負荷傳感器，所述水平負荷傳感器用于檢測水平加載作動器對試件施加的載荷，所述垂向加載作動器設有垂向負荷傳感器，所述垂向負荷傳感器用于檢測垂向加載作動器對試件施加的載荷，所述水平位移傳感器、垂向位移傳感器、水平負荷傳感器、垂向負荷傳感器分別與數據采集系統連接。進一步，所述承載框架包括承載橫梁、立柱和斜支撐，所述承載橫梁、立柱和斜支撐通過螺栓以可拆卸的方式連接形成組合式框架結構。進一步，所述水平調節梁為設置于加載框架上垂向移動的承載橫梁，所述垂向調節梁為設置于加載框架上水平移動的承載橫梁。進一步，所述承載框架還包括雙層試驗力分配梁、試件底座、水平支撐裝置和水平拉桿支撐板，所述雙層試驗力分配梁設置與垂向加載作動器與試件之間，所述試件設置于試件底座上，所述試件底座與試件連接，所述水平支撐裝置設置于承載框架一側用于加固承載框架，所述水平拉桿支撐板設置于試件底座與承載框架的立柱之間，所述水平拉桿支撐板用于調節試件底座的位置。進一步，所述控制器為多通道工控PC控制器，所述控制器與數據采集系統通訊連接，用于實現控制器內部信號與外部數據信號的同步采集。進一步，所述垂向加載作動器還設置有萬向球頭和法蘭，所述垂向加載作動器通過萬向球頭與前端部分配梁連接，所述垂向加載作動器通過法蘭與水平調節梁連接；所述水平加載作動器還設置有前球鉸和后球鉸，所述水平加載作動器通過前球鉸與試樣連接，所述水平加載作動器通過后球鉸與垂向調節梁連接。進一步，所述水平加載作動器采用電液伺服擬動力作動器，用于最高響應頻率高于20Hz的擬動力加載試驗。本專利技術的目的之二是通過以下技術方案來實現的本專利技術提供的根據多功能碼頭結構動力靜力試驗系統來進行的碼頭結構動力試驗方法，包括以下步驟Si:根據試驗要求制作試件并預埋測試元件；52:數據采集系統參數設置初始化；53:放置待測試件；S4:按規范分級驅動垂向加載作動器作用于待測試件垂向載荷，獲取垂向承載力信號及位移、變形信號；55:按規范分級驅動水平加載作動器作用于待測試件水平載荷，獲取水平承載力信號及位移、變形信號；56:處理獲取垂向承載力信號、水平承載力信號及位移、變形信號；57:分析待測試件并輸出處理結果。進一步，所述步驟S7中處理結果包括應力和應變值；所述應力和應變值通過圖或5表的形式列出。本專利技術的優點在于框架組裝簡單，結構穩定，具有很強的通用性。既能完成高樁碼頭的加載實驗又能根據添加的輔具完成梁、板、柱、墻、框架、節點等典型結構的力學性能試驗，垂向承載梁能和滑動導軌能夠在不移動高樁碼頭的情況下直接調整高樁碼頭的受力點。在控制方面，采用POP-M多通道電液伺服計算機控制，該控制系統操作方便，控制精度高，系統的穩定性好，數據采集的精度高，并且該控制系統有著很強的數據分析能力。本專利技術采用組合式加載框架，整個框架由螺栓連接而成，可以進行拆卸后再組裝，滿足高樁框架碼頭結構試驗的要求，還可以非常方便地通過調整框架的組合方式和試驗空間，變更框架用途，達到一次投資，長期使用的目的。本專利技術的其它優點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本專利技術的實踐中得到教導。本專利技術的目標和其它優點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。附圖說明為了使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步的詳細描述，其中圖I為本專利技術實施例提供的高樁框架碼頭結構試驗加載主視圖2為本專利技術實施例提供的高樁框架碼頭結構試驗加載側視圖3為本專利技術實施例提供的高樁框架碼頭結構試驗加載俯視圖4為本專利技術實施例提供的碼頭結構動力試驗方法流程圖5為本專利技術實施例提供的碼頭結構動力試驗裝置原理框圖。圖中，承載框架-I、垂向加載作動器-2、水平加載作動器-3、電液伺服油源-4、試件加載空間-5、承載橫梁-6、立柱-7、斜支撐-8、水平拉桿支撐板-9、導軌-10、分配梁-11、水平承載梁-12、控制器-13。具體實施例方式以下將結合附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本專利技術，而不是為了限制本專利技術的保護范圍。圖I為本專利技術實施例提供的高樁框架碼頭結本文檔來自技高網...

【技術保護點】
多功能碼頭結構動力靜力試驗系統，其特征在于：包括承載框架、用于模擬高樁碼頭豎向荷載的垂向加載作動器、用于模擬船舶對碼頭的撞擊力和系纜力的水平加載作動器、分別為垂向加載作動器與水平加載作動器提供動力的電液伺服油源、控制器和數據采集系統；所述承載框架通過反力地基構成封閉的試件加載空間，所述水平加載作動器設置于加載框架的水平調節梁上并作用于試件，所述垂向加載作動器設置于加載框架的垂向調節梁上并作用于試件，所述電液伺服驅動器分別與垂向加載作動器和水平加載作動器連接并分別為其提供動力，所述控制器分別與垂向加載作動器和水平加載作動器連接用于控制垂向加載作動器和水平加載作動器對試件施加載荷，所述水平加載作動器設置有水平位移傳感器，所述水平位移傳感器設置于水平加載作動器與試件接觸的作用端，所述垂向加載作動器設置有垂向位移傳感器，所述垂向位移傳感器設置于垂向加載作動器與試件接觸的作用端，所述水平加載作動器設有水平負荷傳感器，所述水平負荷傳感器用于檢測水平加載作動器對試件施加的載荷，所述垂向加載作動器設有垂向負荷傳感器，所述垂向負荷傳感器用于檢測垂向加載作動器對試件施加的載荷，所述水平位移傳感器、垂向位移傳感器、水平負荷傳感器、垂向負荷傳感器分別與數據采集系統連接。...

【技術特征摘要】
1.多功能碼頭結構動力靜力試驗系統，其特征在于包括承載框架、用于模擬高樁碼頭豎向荷載的垂向加載作動器、用于模擬船舶對碼頭的撞擊力和系纜力的水平加載作動器、分別為垂向加載作動器與水平加載作動器提供動力的電液伺服油源、控制器和數據采集系統；所述承載框架通過反力地基構成封閉的試件加載空間，所述水平加載作動器設置于加載框架的水平調節梁上并作用于試件，所述垂向加載作動器設置于加載框架的垂向調節梁上并作用于試件，所述電液伺服驅動器分別與垂向加載作動器和水平加載作動器連接并分別為其提供動力，所述控制器分別與垂向加載作動器和水平加載作動器連接用于控制垂向加載作動器和水平加載作動器對試件施加載荷，所述水平加載作動器設置有水平位移傳感器，所述水平位移傳感器設置于水平加載作動器與試件接觸的作用端，所述垂向加載作動器設置有垂向位移傳感器，所述垂向位移傳感器設置于垂向加載作動器與試件接觸的作用端，所述水平加載作動器設有水平負荷傳感器，所述水平負荷傳感器用于檢測水平加載作動器對試件施加的載荷，所述垂向加載作動器設有垂向負荷傳感器，所述垂向負荷傳感器用于檢測垂向加載作動器對試件施加的載荷，所述水平位移傳感器、垂向位移傳感器、水平負荷傳感器、垂向負荷傳感器分別與數據采集系統連接。2.根據權利要求I所述的多功能碼頭結構動力靜力試驗系統，其特征在于所述承載框架包括承載橫梁、立柱和斜支撐，所述承載橫梁、立柱和斜支撐通過螺栓以可拆卸的方式連接形成組合式框架結構。3.根據權利要求2所述的多功能碼頭結構動力靜力試驗系統，其特征在于所述水平調節梁為設置于加載框架上垂向移動的承載橫梁，所述垂向調節梁為設置于加載框架上水平移動的承載橫梁。4.根據權利要求3所述的多功能碼頭結構動力靜力試驗系統，其特征在于所述承載框架還包括雙層試驗力分配梁、試件底座、水平支撐裝置和水平拉桿支撐板，所述雙層試驗力...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉明維，王多銀，王俊杰，周世良，張小龍，梁好，
申請(專利權)人：重慶交通大學，
類型：發明
國別省市：