本發(fā)明屬于大型構(gòu)件強度測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種載荷加載裝置及載荷加載方法。

背景技術(shù)：

在大型橋梁、高塔、風電等工程領(lǐng)域，會涉及到高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應用。以風力發(fā)電機組為例，支撐安裝發(fā)電機和葉輪的塔架構(gòu)件為高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一端固定于地面，另一端安裝發(fā)電機和葉輪，形成懸臂梁結(jié)構(gòu)。作為發(fā)電機組的支撐和安裝基礎(chǔ)，塔架構(gòu)件在風力發(fā)電機組運行過程中不僅承受風力發(fā)電機組的重力作用，更承受風產(chǎn)生的側(cè)向力作用，在塔架底部形成軸向載荷、水平載荷和彎矩載荷的多向荷載復合作用，受力復雜，其承載能力關(guān)系到整個風力發(fā)電機組的穩(wěn)定和安全?；谝陨显颍枰獙λ軜?gòu)件的受力狀況及承載能力進行理論及試驗研究分析。而現(xiàn)有試驗設備只能進行水平和豎向的單向加載，對于復合受力的大型構(gòu)件或結(jié)構(gòu)模型試驗，無法實現(xiàn)軸向載荷、水平載荷和彎矩載荷的同時加載。因此，如何搭建載荷加載裝置和確定加載方法成為塔架構(gòu)件的受力研究的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種載荷加載方法和載荷加載裝置，能夠使高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到復合載荷。

第一方面，提供一種載荷加載方法，用于對一端固定且豎立設置的高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加載荷，包括以下步驟：步驟a，提供橫梁，將橫梁橫向地固定于高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自由端；步驟b，向橫梁施加軸向的第一載荷，第一載荷通過橫梁使高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到彎矩載荷、且使高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自由端受到水平載荷；步驟c，向橫梁上與高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件自由端具有預定距離的部位施加徑向的第二載荷，第二載荷能通過橫梁使高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到彎矩載荷和軸向載荷。

在第一種可能的實現(xiàn)方式中，步驟a中，橫梁垂直固定于高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，步驟b中，施加第一載荷時，第一載荷平行于橫梁且作用點位于橫梁的末端。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，步驟c中，施加第二載荷時，第二載荷垂直于橫梁且其作用點位于橫梁的末端。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，載荷加載方法還包括步驟d：向橫梁施加徑向的第三載荷，第三載荷的作用點與高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件同軸。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，第三載荷的方向垂直于橫梁。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第六種可能的實現(xiàn)方式中，步驟d在步驟a前執(zhí)行，且在執(zhí)行步驟a的過程中減小第三載荷以使高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到的軸向載荷保持預定值不變。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第七種可能的實現(xiàn)方式中，加載第一載荷、第二載荷和第三載荷時，分別通過多次加載逐漸加載至各個載荷的預定值。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第八種可能的實現(xiàn)方式中，加載第一載荷和第二載荷的過程中，監(jiān)測橫梁上第一載荷和/或第二載荷的加載作用點的位移量，并將位移量作為相應載荷的數(shù)值參考以控制第一載荷和第二載荷的加載過程。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第九種可能的實現(xiàn)方式中，第一載荷和第二載荷通過伺服作動器加載。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第十種可能的實現(xiàn)方式中，在對橫梁施加第二載荷的同時，向橫梁的一端施加平行于高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的約束，且該端與第二載荷的作用點分布于高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的兩側(cè)。

第二方面，提供一種載荷加載裝置，用于對一端固定且豎立設置的高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加載荷，包括橫梁、第一施力機構(gòu)和第二施力機構(gòu)。其中，橫梁具有在長度方向上依序相連的第一承載部、連接部和第二承載部；第一施力機構(gòu)與橫梁的第一承載部抵靠或固定連接；第二施力機構(gòu)與橫梁的第二承載部抵靠或固定連接。在使用時，橫梁通過連接部橫向地固定在高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自由端，第一施力機構(gòu)向第一承載部施加沿橫梁軸向的第一載荷，第二施力機構(gòu)向第二承載部施加沿橫梁徑向的第二載荷。

在第一種可能的實現(xiàn)方式中，在橫梁與高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件共面的平面中，第二施力機構(gòu)與高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件位于橫梁的同側(cè)。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，橫梁還包括固定于橫梁上的連接構(gòu)件，連接構(gòu)件可拆卸地連接于高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件自由端。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，還包括固定的反力墻，反力墻垂直于橫梁，第一施力機構(gòu)連接于反力墻和橫梁之間。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，還包括固定的加力架，加力架垂直于橫梁，第二施力機構(gòu)連接于加力架和橫梁之間。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，還包括與橫梁固定或抵靠連接的輔助施力機構(gòu)，輔助施力機構(gòu)與高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件同軸配置。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第六種可能的實現(xiàn)方式中，輔助加載裝置包括連接件和千斤頂。千斤頂包括可相對運動的第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，第一構(gòu)件連接于橫梁，第二構(gòu)件連接于連接件。連接件一端連接千斤頂?shù)牡诙?gòu)件，另一端固定。

結(jié)合上述可能的實現(xiàn)方式，在第七種可能的實現(xiàn)方式中，第一施力構(gòu)件和/或第二施力機構(gòu)為伺服作動器。

本發(fā)明提供的載荷加載裝置及載荷加載方法，通過橫梁垂直于高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛性連接于高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件頂端，對橫梁施加沿橫梁軸向和徑向的載荷時能夠使高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到彎矩載荷、水平載荷和軸向載荷，實現(xiàn)對高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力狀況的模擬。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實驗條件下塔架構(gòu)件和塔架基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)和安裝示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例提供的載荷加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例提供的載荷加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例提供的載荷加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

1-第一施力機構(gòu)，100-第一伺服作動器，110-第一缸體，120-第一活塞桿。

2-第二施力機構(gòu)，200-第二伺服作動器，210-第二缸體，220-第二活塞桿。

300-橫梁，330-第一自由端，340-第二自由端。

400-輔助施力機構(gòu)，410-千斤頂，420-鋼索。

500-連接構(gòu)件；600-反力墻；700-加力架；800-約束架。

1a-塔架構(gòu)件，3a-塔架基礎(chǔ)，4a-固定板，5a-地基。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面將詳細描述本發(fā)明的各個方面的特征和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的全面理解。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯的是，本發(fā)明可以在不需要這些具體細節(jié)中的一些細節(jié)的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發(fā)明的示例來提供對本發(fā)明的更好的理解。本發(fā)明決不限于下面所提出的任何具體結(jié)構(gòu)和配置，而是在不脫離本發(fā)明的精神的前提下覆蓋了零件、部件和連接方式的任何修改、替換和改進。

此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何合適的方式結(jié)合在一個或更多實施例中。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請。

本發(fā)明提供了一種載荷加載方法，用于對一端固定且豎向設置的高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加載荷，以使高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到軸向載荷、水平載荷和彎矩載荷，以下以塔架構(gòu)件1a為例說明對高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加載荷的方法。塔架構(gòu)件1a的結(jié)構(gòu)請參考圖1，圖1為實驗條件下塔架構(gòu)件1a和塔架基礎(chǔ)3a的結(jié)構(gòu)和安裝示意圖。塔架基礎(chǔ)3a通過螺栓固定至實驗室的地基5a上，其上表面設置有固定板4a。塔架構(gòu)件1a為具有一定錐度的柱體并固定在塔架基礎(chǔ)3a的上表面，其頂端為自由端。實驗時需對塔架構(gòu)件1a施加載荷，使其受到軸向載荷G、水平載荷P和彎矩載荷M。

參考圖2。在一個實施例中，載荷加載方法包括：

步驟a：提供具有第一自由端330和第二自由端340的橫梁300，將橫梁300相對于塔架構(gòu)件1a橫向地固定于塔架構(gòu)件1a的頂端。本實施例中，橫梁300垂直于塔架構(gòu)件1a且與塔架構(gòu)件1a之間為剛性連接。橫梁300上第一自由端330距離塔架構(gòu)件1a的頂端較近，第二自由端340距離塔架構(gòu)件1a的頂端較遠。

步驟b：向橫梁300的第一自由端330施加沿橫梁300軸向的第一載荷，以使塔架構(gòu)件1a受到由橫梁300產(chǎn)生的水平載荷和彎矩載荷。

本步驟中，第一載荷的作用點為橫梁300上第一自由端330的端面部分，其方向平行于橫梁300且為推力。在一個可選實施例中，第一載荷的作用點還可以為橫梁300的第二自由端340的端面部分，載荷性質(zhì)可以為拉力。在另一個可選實施例中，還可以同時在橫梁300的兩個端面部分上分別施加方向一致的推力和拉力。在另一個可選實施例中，第一載荷的方向與橫梁300之間具有例如10度的預定夾角，此時第一載荷能夠?qū)M梁300產(chǎn)生沿其長度方向上的分力和垂直于其長度方向上的分力，能使塔架構(gòu)件1a同時受到來自橫梁300的水平載荷、軸向載荷及彎矩載荷。

橫梁300與塔架構(gòu)件1a的連接為剛性連接，當橫梁300受到平行其梁體的載荷后會將該載荷傳遞至與塔架構(gòu)件1a的連接點上，使塔架構(gòu)件1a的連接點位置受到來自橫梁300的水平載荷。同時，該水平載荷會對塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生彎矩載荷。

步驟c：向橫梁300施加沿橫梁300徑向的第二載荷，以使塔架構(gòu)件1a受到由橫梁300產(chǎn)生的軸向載荷和彎矩載荷，同時對橫梁300的第一自由端330施加平行于塔架構(gòu)件1a的約束。本實施例中第二載荷的作用點位于第二自由端340的側(cè)面部分。

在本步驟中，第二載荷的作用點位于橫梁300第二自由端340的側(cè)面部分，并且垂直于橫梁300。第二載荷的性質(zhì)為拉力，方向指向地基5a，即從第二自由端340的下方向下拉橫梁300。在一個可選實施例中，第二載荷的性質(zhì)還可以為推力，作用點位于第二自由端340側(cè)面部分的上方，即從第二自由端340的上方向下推橫梁300。

在本步驟中，第二載荷的方向垂直于橫梁300，即平行于塔架構(gòu)件1a。在一個可選實施例中，第二載荷的方向還可以與橫梁300之間具有例如80度的預定夾角，此時第二載荷對橫梁300產(chǎn)生垂直和平行于梁體的分力，能使橫梁300對塔架構(gòu)件1a同時產(chǎn)生軸向載荷、徑向壓縮載荷和彎矩載荷。

當對橫梁300的第二自由端340施加第二載荷時，同時對第一自由端330加以平行于塔架構(gòu)件1a的約束，使第一自由端330無法在平行于塔架構(gòu)件1a的方向上產(chǎn)生位移，橫梁300對塔架構(gòu)件1a可產(chǎn)生在其周向分布較為均勻的軸向載荷。對于塔架構(gòu)件1a，第二載荷為偏心載荷，因此第二載荷可通過橫梁300對塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生彎矩載荷。

在一個可選實施例中，步驟c先于步驟b執(zhí)行。如果先執(zhí)行步驟b，在執(zhí)行步驟c時，橫梁300及塔架構(gòu)件1a都會有一定的撓性變形，可能會引起用于加載第一載荷的裝置與橫梁300間作用點位置沿加載方向發(fā)生偏移，導致第一載荷發(fā)生變化，不能保持穩(wěn)定加載，需要重新調(diào)整第一載荷的加載裝置輸出。而執(zhí)行步驟b時橫梁300幾乎無變形，僅塔架構(gòu)件1a有變形，對第二載荷的加載裝置的影響較小。

本發(fā)明實施例提供的載荷加載方法，在塔架構(gòu)件1a自由端上固定垂直于塔架構(gòu)件1a的橫梁300，能夠通過二者之間的剛性連接對橫梁300施加單一載荷并通過橫梁300將單一載荷轉(zhuǎn)變?yōu)閷λ軜?gòu)件1a的復合載荷。換言之，對橫梁300施加平行于梁體的載荷時能對塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生水平載荷和彎矩載荷，對橫梁300施加垂直于梁體的載荷時能夠?qū)λ軜?gòu)件1a產(chǎn)生軸向載荷和彎矩載荷。通過以上方法，使用功率較小的加載裝置即可對塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生足夠的彎矩載荷，不需要設置很高的塔架構(gòu)件1a來提供足夠長的力臂，可在較小的試驗空間完成試驗。

在另一個實施例中，載荷加載方法還包括步驟d，步驟d包括：向橫梁300上與塔架構(gòu)件1a連接的部位施加第三載荷以使塔架構(gòu)件1a受到軸向載荷。第三載荷的方向垂直于橫梁300，作用點位于橫梁300上并且與塔架構(gòu)件1a同軸。第三載荷可通過橫梁300與塔架構(gòu)件1a之間的剛性連接直接向塔架構(gòu)件1a施加軸向載荷。

其中，步驟d在步驟a前執(zhí)行，并且在執(zhí)行步驟a的過程中減小步驟d中施加的第三載荷，從而使步驟a和步驟d中產(chǎn)生的對塔架構(gòu)件1a的軸向載荷保持預定值不變。步驟d和步驟a中均會對塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生軸向載荷，當兩個步驟中對塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生的軸向載荷之和達到預定值后，塔架構(gòu)件1a受到的彎矩載荷可能尚未達標，需要繼續(xù)通過對塔架構(gòu)件1a施加第一載荷和/或第二載荷，當繼續(xù)施加第二載荷時，會繼續(xù)產(chǎn)生對塔架構(gòu)件1a的軸向載荷，因此在執(zhí)行步驟a的過程中減小步驟d中施加的第三載荷能使塔架構(gòu)件1a受到預定值的軸向載荷，能使載荷更接近真實，結(jié)果更精確。

其中，在加載第一載荷、第二載荷和第三載荷時通過分級加載的方式進行加載。并且，第一級加載結(jié)束時檢查加載裝置是否異常。

其中，加載第一載荷和第二載荷的過程中監(jiān)測橫梁300上第一載荷和第二載荷的加載作用點的位移量，并將檢測到的位移量作為相應載荷的數(shù)值參考以控制第一載荷和第二載荷的加載過程。如，第一載荷和第二載荷通過伺服作動器加載，在伺服作動器的位移反饋模式下可獲取作動器活塞桿的位移值及對應的載荷，活塞桿的位移值即作用點的位移值。在第一載荷和第二載荷作用下，橫梁300及塔架構(gòu)件1a的自由端會發(fā)生變形，由于橫梁300的放大作用，單位載荷會引起較大的變形量。以載荷作用點的位移值為載荷大小表征監(jiān)測加載載荷時，可通過精密儀器測得微小的位移值，或直接從伺服作動器中獲得精確的位移值，由于位移值的測量分度值很小，因此可以實現(xiàn)精確分級從而獲得足夠試驗數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還提供了一種載荷加載裝置，用于對一端固定且豎立設置的高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件施加載荷。以下實施例中的高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件以風力發(fā)電機組中的塔架構(gòu)件為例說明。

參考圖2，圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例提供的載荷加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。載荷加載裝置包括第一施力機構(gòu)1、第二施力機構(gòu)2、橫梁300、連接構(gòu)件500及由千斤頂410和鋼索420組成的輔助施力機構(gòu)400。使用時，橫梁300橫向地固定于塔架構(gòu)件1a的自由端。第一施力機構(gòu)1和第二施力機構(gòu)2與地基5a形成剛性固定連接且與橫梁300連接，例如，可以在地基5a上設置反力墻600和加力架700，第一施力機構(gòu)1和第二施力機構(gòu)2分別通過各自的一端固定于反力墻600和加力架700，另一端與橫梁300連接。反力墻600和加力架700均為剛性支撐體，用于承受第一施力機構(gòu)1和第二施力機構(gòu)2加載過程中的反力。本實施例中，第一施力機構(gòu)1為第一伺服作動器100，第二施力機構(gòu)2為第二伺服作動器200，連接構(gòu)件500焊接于橫梁300上。

橫梁300為剛性柱狀結(jié)構(gòu)，包括在長度方向上依序相連的第一承載部、連接部和第二承載部。本實施例中，第一承載部為第一自由端330；第二承載部為第二自由端340；連接部為橫梁300上的一段梁體，該段梁體位于第一自由端330和第二自由端340之間且較靠近第一自由端330。第一自由端330和第二自由端340均包括端面部分和環(huán)繞端面的側(cè)面部分。連接部焊接有連接構(gòu)件500，連接構(gòu)件500包括用于與塔架構(gòu)件1a頂端端面連接的法蘭面，法蘭面上設置有螺栓孔(圖未標)。在使用時，通過螺栓組和連接構(gòu)件500可以將橫梁300垂直連接于塔架構(gòu)件1a的頂端端面。橫梁300的第二自由端340一側(cè)相對于塔架構(gòu)件1a形成懸臂梁結(jié)構(gòu)。通過橫梁300與塔架構(gòu)件1a之間的剛性連接設置，橫梁300受到外部載荷時能夠?qū)⑤d荷傳遞至塔架構(gòu)件1a的頂部，并使塔架構(gòu)件1a主體受到對應的載荷。塔架構(gòu)件1a頂端受到的來自于橫梁300的載荷方向不同時，其主體內(nèi)產(chǎn)生的應變和受到的載荷也不同。

第一伺服作動器100為電液伺服作動器，由液壓站提供液壓動力，并由數(shù)字控制系統(tǒng)進行控制，數(shù)字控制系統(tǒng)能夠獲得第一伺服作動器100的輸出載荷值及載荷值對應的活塞桿位移量。第一伺服作動器100包括第一缸體110和第一活塞桿120，第一活塞桿120能夠相對于第一缸體110軸向伸縮并輸出載荷。第一伺服作動器100屬于液壓裝置，內(nèi)嵌標準位移傳感器，能夠精確測量第一缸體110與第一活塞桿120之間的位移并可向控制系統(tǒng)反饋所檢測到的位移量，在位移反饋控制模式下，數(shù)字控制系統(tǒng)可以以活塞桿的位移量為參考控制第一活塞桿120的加載過程。第一伺服作動器100的第一活塞桿120固定于橫梁300上第一自由端330的端面部分，第一缸體110固定于反力墻600上，第一伺服作動器100與橫梁300平行設置。當?shù)谝凰欧鲃悠?00的第一活塞桿120伸出第一缸體110時，第一活塞桿120能夠?qū)M梁300施加沿橫梁300軸向的載荷，本實施例中即完全平行于橫梁300的載荷。并且，由于第一伺服作動器100整體具有剛性，且與橫梁300和反力墻600之間為固定連接，反力墻600和第一伺服作動器100也能共同對橫梁300的第一自由端330施加平行于塔架構(gòu)件1a的約束，即，第一伺服作動器100能夠限制橫梁300的第一自由端330在平行于塔架構(gòu)件1a的方向上移動。

第二施力機構(gòu)2為第二伺服作動器200，其原理功能與第一伺服作動器100相同，具體可參考第一伺服作動器100的說明，此處不再贅述。橫梁300與塔架構(gòu)件1a共面的平面中，第二施力機構(gòu)2與塔架構(gòu)件1a位于橫梁300的下方。具體地，加力架700為剛性柱體，用于連接和支撐第二伺服作動器200。加力架700垂直固定于地基5a上，其高度小于塔架構(gòu)件1a的高度。第二伺服作動器200設置在加力架700的頂端，通過其第二活塞桿220垂直固定于橫梁300上第二自由端340的側(cè)面部分，通過其第二缸體210連接于加力架700的頂端。當?shù)诙欧鲃悠?00的第二活塞桿220向第二缸體210內(nèi)收縮時能夠?qū)Φ诙杂啥?40施加豎直載荷，即平行于橫梁300的載荷。

輔助施力機構(gòu)400包括千斤頂410和連接件，本實施例中連接件為鋼索420。千斤頂410由液壓站提供液壓動力，并由數(shù)字控制系統(tǒng)進行控制，數(shù)字控制系統(tǒng)能夠獲得千斤頂410的輸出載荷值。千斤頂410的底座固定于橫梁300的上部，其內(nèi)部缸體軸線與塔架構(gòu)件1a同軸，即輔助施力機構(gòu)400對橫梁300的作用點與塔架構(gòu)件1a同軸。千斤頂410的活塞桿與鋼索420一端連接，鋼索420的另一端連接至塔架基礎(chǔ)3a上固定的固定板4a。千斤頂410設置在橫梁300上并與塔架構(gòu)件1a同軸設置。當千斤頂410的活塞桿伸出時，可帶動鋼索420的一端移動，使鋼索420內(nèi)產(chǎn)生拉應力，該拉應力通過千斤頂410的底座作用于橫梁300上，產(chǎn)生垂直于橫梁300的載荷，最終對塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生軸向載荷G(見圖1)。

本實施例中，橫梁300的連接部靠近橫梁300的第一自由端330一側(cè)，該連接點與第二自由端340之間的距離較大，當通過第二伺服作動器200向第二自由端340施加拉力時，橫梁300產(chǎn)生對塔架構(gòu)件1a的軸向載荷G和較大的彎矩M(見圖1)。本實施例中第二伺服作動器200向橫梁300施加的拉力是垂直于橫梁300的，在可選實施例中，第二伺服作動器200向橫梁300施加的拉力還可以與橫梁300之間呈其他角度，如可以與橫梁300之間呈80-100度角度，可以根據(jù)需要確定具體的角度，使第二伺服作動器200對橫梁300的軸向和徑向分力對塔架構(gòu)件1a形成合適的載荷。

通過第一伺服作動器100向橫梁300的第一自由端330施加推力時，會對橫梁300產(chǎn)生水平載荷P(見圖1)，水平載荷P也會對塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生水平載荷和一定的彎矩M。本實施例中第一伺服作動器100對橫梁300施加的拉力是平行于橫梁300的，在可選實施例中，第一伺服作動器100還可以被設置成與橫梁300呈一定的小角度(如10度)，從而使得第一伺服作動器100還可以產(chǎn)生垂直于橫梁300的分力，從而在對塔架構(gòu)件1a施加水平載荷的同時也對塔架構(gòu)件1a施加軸向載荷。

第二承載部為橫梁300的第二自由端340時，作用于該第二承載部的力與塔架構(gòu)件1a之間具有較大的力臂，能夠?qū)λ軜?gòu)件1a產(chǎn)生較大的彎矩載荷。當然，第二承載部也可以不設置在橫梁300的末端，只要第二承載部與連接部之間具有預定距離并能使塔架構(gòu)件1a產(chǎn)生較大的彎矩即可。

參考圖3，圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例提供的載荷加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例與圖2所示實施例的不同之處在于，第二施力機構(gòu)2通過加力架700設置在橫梁300的上方，第二伺服作動器200的第二活塞桿220與橫梁300為抵靠接觸，可以通過向第二自由端340表面施加推力以使塔架構(gòu)件1a受到軸向載荷和彎矩載荷。具體地，加力架700一端固定于地基5a上，其自由端設有水平懸臂，該水平懸臂位于第二自由端340的上方。第二伺服作動器200位于橫梁300的上方且其第二缸體210與水平懸臂連接，其第二活塞桿220與橫梁300的上側(cè)部分抵靠接觸。當?shù)诙钊麠U220相對于第二缸體210向外伸出時，會對橫梁300的第二自由端340施加壓力，并使橫梁300產(chǎn)生對塔架構(gòu)件1a的軸向載荷和彎矩。由于第二伺服作動器200向橫梁300施加的力是壓力，第二活塞桿220與橫梁300之間可以不設置復雜的連接結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)載荷加載。

參考圖4，圖4為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例提供的載荷加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中，第一伺服作動器100作用于橫梁300上第二自由端340的端面部分，第二伺服作動器200作用于第二自由端340的側(cè)面部分。同時，還設置有約束架800，約束架800一端固定在地基5a上，另一端具有水平懸臂，該水平懸臂作用于橫梁300的第一自由端330上側(cè)部分，形成對第一自由端330豎直方向上的約束。第一伺服作動器100和第二伺服作動器200均對橫梁300施加拉力，實現(xiàn)對塔架構(gòu)件1a施加彎矩和軸向載荷。本實施例中第一伺服作動器100可以不承受垂直于其活塞桿軸線方向上的載荷，不易造成損壞。

以下為本發(fā)明載荷加載方法的另一個實施例，該實施例由圖2中所示的載荷加載裝置實施。載荷加載裝置包括橫梁300、第一施力機構(gòu)1、第二施力機構(gòu)2和輔助加載裝置，具體結(jié)構(gòu)請參考圖2及其對應的實施例說明，此處不再贅述。

步驟S10：預加載第一載荷、第二載荷和第三載荷。

根據(jù)塔架在實際工況下受到的極限載荷換算出需要對試驗模型(塔架構(gòu)件1a)加載的控制荷載。極限載荷包括軸向載荷、水平載荷和彎矩載荷；控制載荷包括第一伺服作動器100、第二伺服作動器200和千斤頂410應輸出的載荷，即前述實施例中的第一載荷、第二載荷和第三載荷。為了使試件加載后變形穩(wěn)定，有充分時間觀測和記錄加載后的試驗數(shù)據(jù)，控制第一伺服作動器100、第二伺服作動器200和千斤頂410以分步多級加載方式輸出載荷。具體地，首先將千斤頂410、第二伺服作動器200和第一伺服作動器100的輸出載荷加載至預定荷載的10％，檢查載荷加載裝置的外觀是否有異常及是否有異常響動，當確定載荷加載裝置無異常后，繼續(xù)進行加載。

步驟S20：通過對橫梁300施加第二載荷和第三載荷使塔架構(gòu)件1a受到預定的軸向載荷。具體地，利用千斤頂410分級施加第三載荷，并加載至塔架構(gòu)件1a應受的預定軸向載荷值的80％-85％。然后在位移反饋控制模式下，通過第二伺服作動器200分級加載第二載荷使塔架構(gòu)件1a受到預定軸向載荷。

步驟S30：通過第一伺服作動器100對橫梁300施加第一載荷使塔架構(gòu)件1a受到預定的水平載荷。具體地，在位移反饋控制模式下，使第一伺服作動器100分級加載第一載荷至預定值，該預定值等于塔架構(gòu)件1a應受的水平載荷。此時塔架構(gòu)件1a受到較小的彎矩載荷。

步驟S40：通過第二伺服作動器200對橫梁300施加第二載荷使塔架構(gòu)件1a受到預定的彎矩載荷。具體地，位移反饋控制模式下，采用分級加載的方式使第二伺服作動器200對橫梁300施加第二載荷至預定值。在分級加載第二載荷的過程中，對千斤頂410進行分級卸載以使塔架構(gòu)件1a受到的軸向載荷保持不變。且同時在位移反饋控制模式下調(diào)節(jié)第一伺服作動器100以使其對橫梁300的第一載荷保持不變。

S50：繼續(xù)通過第二伺服作動器200對橫梁300施加第二載荷，同時調(diào)整千斤頂410和第一伺服作動器100以保持對塔架構(gòu)件1a不變的軸向載荷和水平載荷。

S60：當千斤頂410卸載至第三載荷為零時，繼續(xù)通過第二伺服作動器200對橫梁300施加第二載荷，同時調(diào)整第一伺服作動器100以保持對塔架構(gòu)件1a不變的水平載荷，直至塔架構(gòu)件1a破壞。

本發(fā)明提供的載荷加載方法和裝置，能夠最大程度的模擬高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件在最不利工況下的受力情況，有利于大型高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的深入研究。并且，還可以通過連接部件將高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件的荷載傳遞至下部基礎(chǔ)，實現(xiàn)了同時對高聳結(jié)構(gòu)構(gòu)件、基礎(chǔ)以及二者的連接部位進行試驗加載和研究。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權(quán)利要求的保護范圍為準。