弯矩主动控制试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种弯矩主动控制试验系统及方法。其中，该系统包括：轴力加载装置、应变测量装置、弯矩补偿装置和控制装置。其中，轴力加载装置用于对试件的两端施加轴力；应变测量装置用于测量试件两端的应变值；弯矩补偿装置用于与试件的两端相连接且对试件的两端施加弯矩。控制装置与轴力加载装置、应变测量装置和弯矩补偿装置均电连接，用于对轴力加载装置发出加载信号，并且接收应变测量装置测量的应变值，以及根据应变值向弯矩补偿装置输出加载信号。本发明专利技术提供的弯矩主动控制试验系统中，弯矩补偿装置可以抵消约束弯矩，并且，可以利用弯矩补偿装置做到预期弯矩的灵活施加，进而使试验结果更准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及结构工程试验
，具体而言，涉及一种弯矩主动控制试验系统及方法。
技术介绍
在结构工程试验中，试件的轴压试验及压弯试验的精度是计算试件受压的稳定系数和受弯的承载力的关键影响因素。其中，试件的轴压试验和压弯试验对试验过程中试件产生的约束弯矩非常敏感，该约束弯矩会导致试件测得的轴压力偏大，进而使得根据试件轴压和压弯承载力公式计算出的承载力不准确，影响试件的安全性能。在进行试件的轴压试验时，试件的两端均设置有加载支座，加载装置通过加载支座对试件施加轴力，通常情况下，加载支座采用球铰支座或刀口铰支座，加载装置通过球铰支座或刀口铰支座将轴力施加在试件两端的端板上，球铰支座或刀口铰支座与试件两端端板之间具有一定的摩擦力，因此，当试件两端的端板在轴力的作用下发生旋转时，试件端板和球铰支座或刀口铰支座之间巨大的压应力会产生不可忽视的约束弯矩，该约束弯矩导致试件测得的轴压力偏大，从而降低了轴压试验的精度，进而降低试件轴心受压稳定系数。在进行试件压弯试验时，通常采用施加轴力偏心距的方法来对试件施加杆端力。如果球铰支座或刀口铰支座与试件两端端板之间的摩擦力为零，则杆端的预期弯矩为轴力与偏心距之积。然而，在实际试验过程中，球铰支座或刀口铰支座与试件两端端板之间是具有一定的摩擦力，该摩擦力引起的约束弯矩会抵消一部分预期弯矩，容易使得压弯试验测量值不准确，偏于不安全，这会降低试件受弯的承载力的测试精度，同时，采用该方法进行压弯试验时，轴力和偏心距均为固定值，则计算出的预期弯矩也为固定值，也就是说，预期弯矩无法改变，从而作用于试件的弯矩的无法灵活施加。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提出了一种弯矩主动控制试验系统及方法，旨在解决现有设备在轴压试验和压弯试验中试件端部因摩擦力产生的约束弯矩导致的测试精度降低的问题。一个方面，本专利技术提出了一种弯矩主动控制试验系统，该系统包括：轴力加载装置、应变测量装置、弯矩补偿装置和控制装置。其中，轴力加载装置用于对试件的两端施加轴力；应变测量装置用于测量试件两端的应变值；弯矩补偿装置用于与试件的两端相连接且对试件的两端施加弯矩；控制装置与轴力加载装置、应变测量装置和弯矩补偿装置均电连接，用于对轴力加载装置发出加载信号，并且接收应变测量装置测量的应变值，以及根据应变值向弯矩补偿装置输出加载信号。进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，弯矩补偿装置包括第一加载装置、第二加载装置、第一传力机构和第二传力机构；其中，控制装置与第一加载装置和第二加载装置均电连接，用于向第一加载装置和第二加载装置发出加载信号；第一传力机构与第一加载装置相连接，并且，第一传力机构用于与试件的第一端相连接；第二传力机构与第二加载装置相连接，并且，第二传力机构用于与试件的第二端相连接。进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，第一传力机构包括第一力臂和第二力臂；其中，第一力臂的第一端和第二力臂的第一端均与第一加载装置相连接，第一力臂的第二端和第二力臂的第二端均用于与试件的第一端相连接；第一力臂与第二力臂垂直设置。进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，第二传力机构包括第三力臂和第四力臂；其中，第三力臂的第一端和第四力臂的第一端均与第二加载装置相连接，第一力臂的第二端和第二力臂的第二端均用于与试件的第一二端相连接；第三力臂与第四力臂垂直设置。进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，轴力加载装置包括第三加载装置和第四加载装置；其中，控制装置与第三加载装置和第四加载装置均电连接，用于向第三加载装置和第四加载装置发出加载信号；第三加载装置设置有第一加载体，第一加载体用于对试件的第一端加载轴向力；第四加载装置设置有第二加载体，第二加载体用于对试件的第二端加载轴向力；第一加载体和第二加载体均与应变测量装置相连接。进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，应变测量装置包括第一应变片和第二应变片；其中，第一应变片为多个，并且，多个第一应变片沿周向贴设于第一加载体，并且多个第一应变片均与控制装置电连接；第二应变片为多个，并且，多个第二应变片沿周向贴设于第二加载体，并且多个第二应变片均与控制装置电连接。进一步地，上述弯矩主动控制试验系统中，控制装置包括第一控制装置和第二控制装置；其中，第一加载装置、第三加载装置和多个第一应变片均与第一控制装置电连接；第二加载装置、第四加载装置和多个第二应变片均与第二控制装置电连接。本专利技术中，通过弯矩补偿装置可以抵消试件两端因摩擦力产生的约束弯矩，并且，可以利用弯矩补偿装置做到预期弯矩的灵活施加，进而提高了试件轴心受压稳定系数和压弯承载力的测试精度。另一方面，本专利技术还提出了一种弯矩主动控制试验方法，该方法包括如下步骤：轴向力施加步骤，控制加载装置对试件的两端加载轴向力；约束弯矩确定步骤，确定试件端部的约束弯矩；补偿弯矩确定步骤，根据试件端部的约束弯矩确定补偿弯矩。进一步地，上述弯矩主动控制试验方法中，轴向力施加步骤进一步包括：控制第一加载体和第二加载体对试件的两端施加轴向力；其中，第一加载体的侧壁沿周向预先贴设有多个应变片，并且，其中的两对应变片分别置于在第一加载体的截面建立的x轴和y轴上；第二加载体的侧壁沿周向预先贴设有多个应变片，并且，其中的两对应变片分别置于在第二加载体的截面上建立的x轴和y轴上。进一步地，上述弯矩主动控制试验方法中，约束弯矩确定步骤进一步包括：获取第一加载体和第二加载体的直径D和弹性模量E、以及贴设于第一加载体和第二加载体的各应变片检测的应变值；根据公式分别确定第一加载体和第二加载体的抵抗弯矩W；根据获取的第一加载体的各应变值计算第一加载体的平均应变值以及计算位于第一加载体的x轴的两个应变片的差值εx和位于y轴的两个应变片的差值εy；根据获取的第二加载体的各应变值计算第二加载体的平均应变值以及计算位于第二加载体的x轴的两个应变片的差值εx和位于y轴的两个应变片的差值εy；根据公式分别计算第一加载体和第二加载体位于x轴的约束弯矩Mx；根据公式分别计算第一加载体和第二加载体位于y轴的约束弯矩My；将第一加载体和第二加载体的约束弯矩确定为试件的约束弯矩。进一步地，上述弯矩主动控制试验方法中，补偿弯矩确定步骤进一步包括：根据公式M＝Mpx-Mx计算第一加载体和第二加载体位于x轴所在的水平平面内的补偿弯矩M，根据公式M＝Mpy-My计算第一加载体和第二加载体位于y轴所在的竖直平面内的补偿弯矩M。本专利技术中，控制装置根据接收到的试件两端的应变值确定试件两端的补偿弯矩，并控制弯矩补偿装置对试件的两端施加补偿弯矩，将试件两端因摩擦力产生的约束弯矩抵消，并且，做到预期弯矩的灵活施加，进而提高了试件轴心受压稳定系数和压弯承载力的测试精度。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的弯矩主动控制试验系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的弯矩主动控制试验系统的俯视结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的弯矩主动控制试验系统的仰视结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的弯矩主动控制试验方法的流程图。具体实施方式下面将参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弯矩主动控制试验系统，其特征在于，包括：轴力加载装置(1)，用于对试件(2)的两端施加轴力；应变测量装置(3)，用于测量所述试件(2)两端的应变值；弯矩补偿装置(4)，用于与所述试件(2)的两端相连接且对所述试件(2)的两端施加弯矩；控制装置(5)，与所述轴力加载装置(1)、所述应变测量装置(3)和所述弯矩补偿装置(4)均电连接，用于对所述轴力加载装置(1)发出加载信号，并且接收所述应变测量装置(3)测量的应变值，以及根据所述应变值向所述弯矩补偿装置(4)输出加载信号。

【技术特征摘要】
1.一种弯矩主动控制试验系统，其特征在于，包括：轴力加载装置(1)，用于对试件(2)的两端施加轴力；应变测量装置(3)，用于测量所述试件(2)两端的应变值；弯矩补偿装置(4)，用于与所述试件(2)的两端相连接且对所述试件(2)的两端施加弯矩；控制装置(5)，与所述轴力加载装置(1)、所述应变测量装置(3)和所述弯矩补偿装置(4)均电连接，用于对所述轴力加载装置(1)发出加载信号，并且接收所述应变测量装置(3)测量的应变值，以及根据所述应变值向所述弯矩补偿装置(4)输出加载信号。2.根据权利要求1所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述弯矩补偿装置(4)包括：第一加载装置、第二加载装置、第一传力机构(41)和第二传力机构(42)；其中，所述控制装置(5)与所述第一加载装置和所述第二加载装置均电连接，用于向所述第一加载装置和所述第二加载装置发出加载信号；所述第一传力机构(41)与所述第一加载装置相连接，并且，所述第一传力机构(41)用于与所述试件(2)的第一端相连接；所述第二传力机构(42)与所述第二加载装置相连接，并且，所述第二传力机构(42)用于与所述试件(2)的第二端相连接。3.根据权利要求2所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述第一传力机构(41)包括：第一力臂(411)和第二力臂(412)；其中，所述第一力臂(411)的第一端和所述第二力臂(412)的第一端均与所述第一加载装置相连接，所述第一力臂(411)的第二端和所述第二力臂(412)的第二端均用于与所述试件(2)的第一端相连接；所述第一力臂(411)与所述第二力臂(412)垂直设置。4.根据权利要求2所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述第二传力机构(42)包括：第三力臂(421)和第四力臂(422)；其中，所述第三力臂(421)的第一端和所述第四力臂(422)的第一端均与所述第二加载装置相连接，所述第三力臂(421)的第二端和所述第四力臂(422)的第二端均用于与所述试件(2)的第二端相连接；所述第三力臂(421)与所述第四力臂(422)垂直设置。5.根据权利要求1所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述轴力加载装置(1)包括：第三加载装置和第四加载装置；其中，所述控制装置(5)与所述第三加载装置和所述第四加载装置均电连接，用于向所述第三加载装置和所述第四加载装置发出加载信号；所述第三加载装置设置有第一加载体(11)，所述第一加载体(11)用于对所述试件(2)的第一端加载轴向力；所述第四加载装置设置有第二加载体(12)，所述第二加载体(12)用于对所述试件(2)的第二端加载轴向力；所述第一加载体(11)和所述第二加载体(12)均与所述应变测量装置(3)相连接。6.根据权利要求1所述的弯矩主动控制试验系统，其特征在于，所述应变测量装置(3)包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海峰，王旭明，韩军科，胡晓光，朱彬荣，王飞，汪长智，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11