本發(fā)明涉及一種光彈試驗(yàn)三方向均布力加載裝置，特別涉及平面光彈試驗(yàn)中面力模擬地應(yīng)力的均布加載。

背景技術(shù)：

隨著煤礦開(kāi)采深度、廣度和強(qiáng)度的不斷增加，深部高應(yīng)力巷道圍巖變形增大，支護(hù)成本成倍增加。深部巷道大變形的穩(wěn)定及控制，已成為深部煤炭資源開(kāi)發(fā)面臨的難題之一。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的現(xiàn)代支護(hù)理念認(rèn)為：巷道的穩(wěn)定性控制應(yīng)適當(dāng)允許圍巖變形，并充分提高和發(fā)揮圍巖自身承載力，與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成互相協(xié)調(diào)、互相作用的支承系統(tǒng)；該支護(hù)理念已被廣泛接受，并提出了一次支護(hù)(錨桿+噴層)-可縮層(泡沫塑料等可縮材料)-二次支護(hù)(鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層、錨索、注漿、U型鋼、W鋼帶等)等支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于解決深部巷道圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題具有較明顯的效果。對(duì)于這種復(fù)合支護(hù)體系中各結(jié)構(gòu)單元或部分組合單元的作用，國(guó)內(nèi)外做過(guò)大量的物理、數(shù)值和理論研究，但目前還沒(méi)有對(duì)這種復(fù)合支護(hù)體系整體耦合作用進(jìn)行研究。

提供一種能夠利用帶底拱巷道斷面的平面光彈模型來(lái)研究巷道的平面應(yīng)變問(wèn)題，并設(shè)計(jì)光彈試驗(yàn)所需的三方向均布力加載裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)較大平面光彈模型外圍進(jìn)行均布力加載，達(dá)到模擬地應(yīng)力的目的，已經(jīng)是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種針對(duì)利用帶底拱巷道斷面的平面光彈模型來(lái)研究巷道的平面應(yīng)變問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種光彈試驗(yàn)所需的三方向均布力加載裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)較大平面光彈模型外圍進(jìn)行均布力加載，達(dá)到模擬地應(yīng)力的目的。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種光彈試驗(yàn)三方向均布力加載裝置，包括底座1，設(shè)置在底座1上的反力框架2，所述的反力框架2的下部連接有底部支撐12，底部支撐12與分荷加載板共同構(gòu)成的空間用于放置光彈模型，所述的分荷加載板與萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)的一端連接，萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)的另一端通過(guò)蝸輪絲杠千斤頂裝置與反力框架2連接；

所述的底座1包括兩根平行設(shè)置的底座橫梁14，以及與兩根底座橫梁14垂直固定連接的底座支撐梁15；所述的底座支撐梁15與底座橫梁14通過(guò)螺栓垂直固定，底座支撐梁15的兩端分別設(shè)置有可調(diào)地腳杯13；

所述的反力框架2為矩形框架，包括框架下梁21，與框架下梁21平行設(shè)置的框架上梁24，以及分別設(shè)置在框架下梁21與框架上梁24兩端，且與框架下梁21與框架上梁24垂直連接的框架立柱23；所述的反力框架2的四個(gè)角分別成對(duì)設(shè)置有角連接板25，所述的兩個(gè)下端的角連接板25通過(guò)螺栓連接框架立柱23和框架下梁21，上端的兩個(gè)角連接板25通過(guò)螺栓連接框架立柱23和框架上梁24；

所述的框架下梁21的底部焊接有一組與框架下梁21垂直的連接板22；

所述的框架上梁24的下方連接有一組定位板吊架26，所述的定位板吊架26的上端通過(guò)螺栓與框架上梁24固定，下端用于限定分荷加載板的位置；

所述的框架下梁21的上方通過(guò)螺栓連接有底部支撐12，所述的底部支撐12的上部設(shè)置有梯形開(kāi)槽，兩端設(shè)置有連接分荷加載板的定位板；

所述的分荷加載板裝置包括平行布置的垂直方向左分荷加載板9、右分荷加載板11以及上部水平放置的上分荷加載板10，三塊分荷加載板均通過(guò)定位板吊架26限位。

所述的萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)包括三個(gè)方向設(shè)置的萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)，分別為左萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)7、右萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)6和上萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)8；所述的蝸輪絲杠千斤頂裝置包括左蝸輪絲杠千斤頂裝置5、右蝸輪絲杠千斤頂裝置3和上蝸輪絲杠千斤頂裝置4；所述的左萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)7的左端通過(guò)左蝸輪絲杠千斤頂裝置5與框架立柱23固定，右端連接左分荷加載板9；所述的右萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)6的左端與右分荷加載板11連接，右端通過(guò)右蝸輪絲杠千斤頂裝置3與框架立柱23固定；所述的上萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)8的下端與上分荷加載板10固定，上端通過(guò)上蝸輪絲杠千斤頂裝置4與框架上梁24固定；

所述的萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)包括螺紋連接件61，與螺紋連接件61連接的拉壓力傳感器62，所述的拉壓力傳感器62同時(shí)連接彈簧及導(dǎo)向裝置63的一端，彈簧及導(dǎo)向裝置63的另一端連接十字銷萬(wàn)向節(jié)64；

所述的左分荷加載板9、右分荷加載板11和上分荷加載板10分別包括兩側(cè)約束板91，設(shè)置在兩側(cè)約束板91兩端中間的約束板支撐塊96；所述的兩側(cè)約束板91與約束板支撐塊96中間設(shè)置有施壓梁92，施壓梁92的下方依次設(shè)置有二分分荷塊93、四分分荷塊94和八分分荷塊95；所述的二分分荷塊93、四分分荷塊94和八分分荷塊95通過(guò)兩側(cè)約束板91上設(shè)置的長(zhǎng)孔內(nèi)穿銷釘實(shí)現(xiàn)定位。

積極有益效果:本發(fā)明通過(guò)對(duì)較大平面光彈模型實(shí)現(xiàn)三方向分荷均布力加載；針對(duì)有發(fā)生載荷波動(dòng)的光彈模型，具有加載力方向自調(diào)整和加載力保持的效果，支持傳感器輸出載荷的數(shù)值；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的底座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的反力框架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的分荷加載板分解的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中為：底座 1、反力框架 2、右蝸輪絲杠千斤頂裝置 3、上蝸輪絲杠千斤頂裝置 4、左蝸輪絲杠千斤頂裝置 5、右萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu) 6、左萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu) 7、上萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu) 8、左分荷加載板 9、上分荷加載板 10、右分荷加載板 11、底部支撐 12、可調(diào)地腳杯 13、底座橫梁 14、底座支撐梁 15、下梁 21、連接板 22、框架立柱 23、框架上梁 24、角連接板 25、定位板吊架 26、螺紋連接件 61、拉壓力傳感器 62、導(dǎo)向裝置 63、十字銷萬(wàn)向節(jié) 64、兩側(cè)約束板 91、施壓梁 92、二分分荷塊 93、四分分荷塊 94、八分分荷塊 95、約束板支撐塊 96。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明：

一種光彈試驗(yàn)三方向均布力加載裝置，包括底座1，設(shè)置在底座1上的反力框架2，所述的反力框架2的下部連接有底部支撐12，底部支撐12與分荷加載板共同構(gòu)成的空間用于放置光彈模型，所述的分荷加載板與萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)的一端連接，萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)的另一端通過(guò)蝸輪絲杠千斤頂裝置與反力框架2連接；

所述的底座1包括兩根平行設(shè)置的底座橫梁14，以及與兩根底座橫梁14垂直固定連接的底座支撐梁15；所述的底座支撐梁15與底座橫梁14通過(guò)螺栓垂直固定，底座支撐梁15的兩端分別設(shè)置有可調(diào)地腳杯13；可調(diào)地腳杯13、底座橫梁14和底座支撐梁15三部分通過(guò)螺栓連接組成，用于裝置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的放置與調(diào)平。

所述的反力框架2為矩形框架，包括框架下梁21，與框架下梁21平行設(shè)置的框架上梁24，以及分別設(shè)置在框架下梁21與框架上梁24兩端，且與框架下梁21與框架上梁24垂直連接的框架立柱23；所述的反力框架2的四個(gè)角分別成對(duì)設(shè)置有角連接板25，所述的兩個(gè)下端的角連接板25通過(guò)螺栓連接框架立柱23和框架下梁21，上端的兩個(gè)角連接板25通過(guò)螺栓連接框架立柱23和框架上梁24；

所述的框架下梁21的底部焊接有一組與框架下梁21垂直的連接板22，所述的反力框架各部分主要通過(guò)螺栓連接，連接板22與框架下梁21采用焊接方法連接；反力框架用于提供加載時(shí)的反作用力。

所述的框架上梁24的下方連接有一組定位板吊架26，所述的定位板吊架26的上端通過(guò)螺栓與框架上梁24固定，下端用于限定分荷加載板的位置；

所述的框架下梁21的上方通過(guò)螺栓連接有底部支撐12，所述的底部支撐12的上部設(shè)置有梯形開(kāi)槽，用于定位放置和支撐光彈模型，兩端設(shè)置有限定分荷加載板裝置位置的定位板；

所述的分荷加載板裝置包括平行的垂直方向左分荷加載板9、右分荷加載板11以及上部水平放置的上分荷加載板10，三塊分荷加載板均通過(guò)定位板吊架26限位。

所述的萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)包括三個(gè)方向設(shè)置的萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)，分別為左萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)7、右萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)6和上萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)8；所述的蝸輪絲杠千斤頂裝置包括左蝸輪絲杠千斤頂裝置5、右蝸輪絲杠千斤頂裝置3和上蝸輪絲杠千斤頂裝置4；所述的左萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)7的左端通過(guò)左蝸輪絲杠千斤頂裝置5與框架立柱23固定，右端連接左分荷加載板9；所述的右萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)6的右端與右分荷加載板11連接，左端通過(guò)右蝸輪絲杠千斤頂裝置3與框架立柱23固定；所述的上萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)8的下端與上分荷加載板10固定，上端通過(guò)上蝸輪絲杠千斤頂裝置4與框架上梁24固定；

所述的萬(wàn)向保持力加載機(jī)構(gòu)包括螺紋連接件61，與螺紋連接件61連接的拉壓力傳感器62，所述的拉壓力傳感器62同時(shí)連接彈簧及導(dǎo)向裝置63的一端，彈簧及導(dǎo)向裝置63的另一端連接十字銷萬(wàn)向節(jié)64；其中拉壓力傳感器用于控制載荷的大小，彈簧及導(dǎo)向裝置可以在光彈模型內(nèi)部卸荷出現(xiàn)載荷波動(dòng)時(shí)，通過(guò)釋放彈性勢(shì)能保持加載載荷的基本恒定，萬(wàn)向節(jié)可以使加載面與光彈模型接觸后載荷方向?qū)崿F(xiàn)自調(diào)整，保證載荷方向準(zhǔn)確。

所述的左分荷加載板9、右分荷加載板11和上分荷加載板10分別包括兩側(cè)約束板91，設(shè)置在兩側(cè)約束板91兩端中間的約束板支撐塊96；所述的兩側(cè)約束板91與約束板支撐塊96中間設(shè)置有施壓梁92，施壓梁92的下方依次設(shè)置有二分分荷塊93、四分分荷塊94和八分分荷塊95；所述的二分分荷塊93、四分分荷塊94和八分分荷塊95通過(guò)兩側(cè)約束板91上設(shè)置的長(zhǎng)孔內(nèi)穿銷釘實(shí)現(xiàn)定位；每塊分荷塊通過(guò)銷與兩側(cè)約束板上的長(zhǎng)孔配合定位，分荷加載板通過(guò)逐級(jí)分荷將集中荷載均分后傳遞至光彈模型的邊界，實(shí)現(xiàn)均布恒定載荷的施加。

使用時(shí)，將制作好的光彈模型安裝在加載裝置上后，即可開(kāi)始對(duì)光彈模型加載。

加載方法：將光彈模型放置在底部支撐上后，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪調(diào)整各分荷加載板的位置，使光彈模型在加載裝置上固定。根據(jù)計(jì)算出的加載載荷的大小，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使蝸輪絲杠千斤頂伸出，壓緊光彈模型進(jìn)行加載并根據(jù)拉壓力傳感器輸出的載荷數(shù)值控制載荷的大小。

由于試驗(yàn)所使用的光彈模型的幾何尺寸較大，為環(huán)氧樹(shù)脂板材，而且在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中光彈模型內(nèi)部需模擬卸荷過(guò)程，載荷出現(xiàn)波動(dòng)，需在加載的同時(shí)保持載荷的基本恒定。該裝置通過(guò)布置在反力框架上不同方向的三個(gè)蝸輪絲杠千斤頂提供加載力，當(dāng)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)千斤頂手輪時(shí)，絲杠會(huì)相應(yīng)的進(jìn)退移動(dòng)，由此產(chǎn)生加載力。絲杠末端連接有拉壓力傳感器，再通過(guò)彈簧、萬(wàn)向節(jié)將載荷傳遞至分荷加載板，分荷加載板通過(guò)逐級(jí)分荷將集中荷載均分后傳遞至光彈模型的邊界，實(shí)現(xiàn)均布恒定載荷的施加。在框架下部設(shè)置底部支撐用于光彈模型的放置和定位。

本發(fā)明通過(guò)對(duì)較大平面光彈模型實(shí)現(xiàn)三方向分荷均布力加載；針對(duì)有發(fā)生載荷波動(dòng)的光彈模型，具有加載力方向自調(diào)整和加載力保持的效果，支持傳感器輸出載荷的數(shù)值；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

以上實(shí)施案例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代及改進(jìn)等，均應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。