1.一种耗能器冲击试验装置,其特征在于,包括:可调节高度和平衡力矩的支撑系统(1),包括竖直安装的装配式可伸缩桅杆(11)和水平安装的平衡臂(12),所述桅杆(11)锚固于基座(13)上,平衡臂(12)腰部连接于桅杆(11)顶端;
可适配耗能器变形的导向限位装置(2),包括通过悬伸梁(24)连接于桅杆(11)后侧的限位滑轨(21),滑标(22)卡在所述限位滑轨(21)的轨道内;安装基座(23)锚固在地面;
提升与加载一体化切换的绳索导向传力机构(3),包括导向滑轮(31)、限位滑轮(32)、传力绳(33)以及牵引绳(36);导向滑轮(31)安装在平衡臂(12)两端,限位滑轮(32)安装于尾端导向滑轮(312)下方和“┌┘”形结构上(121);传力绳(33)一端连接重锤(34),另一端连接滑标(22);卷扬机(35)安装在主梁(122)尾部上方,牵引绳(36)绕过牵引导向滑轮(313)连接重锤(34);倒滑自锁装置(37)用于限制传力绳(33)和牵引绳(36)反向滑移量;
集成化的力‑位移同步测试系统(4),包括激光位移计(41)、力传感器(42)和动态信号测试分析系统(43);
维护操作平台(5)包括马道(51)、爬梯(52)和半刚性护栏(53),所述马道(51)设置于平衡臂(12)前段下方及环平衡臂(12)尾段侧面,爬梯(61)设置于桅杆(11)侧面用于试验操作和冲击架维护;半刚性护栏(53)设置在桅杆(11)前方用于防止重锤(34)偏摆撞击试验装置。
2.根据权利要求1所述的耗能器冲击试验装置,其特征在于,悬伸梁(24)在桅杆(11)背面的安装位置可调,用于安装不同长度的限位滑轨(21);测试部件(65)的固定端通过卸扣(63)、8字绳(64)与锚固在地面的安装基座(23)连接,其延伸端与通过卸扣(63)与滑标(22)连接;
所述滑标(22)一端作为连接件(221)连接传力绳(33)和测试部件(65)的延伸端,另一端为磨面钢板(222),作为激光位移计(41)检测位移的标板。
3.根据权利要求1或2所述的耗能器冲击试验装置,其特征在于,传力绳(33)一端与滑标(22)连接,沿桅杆(11)高度方向穿过限位滑轮(32)和尾端导向滑轮(311),其延伸方向由竖直转为平行于平衡臂(12)的水平方向,穿过平衡臂(12)前端导向滑轮(312)后又由水平向转为竖直向,并与重锤(34)连接,由此将重锤下落产生的冲击能量传递至测试部件。
4.根据权利要求1或2所述的耗能器冲击试验装置,其特征在于,所述传力绳(33)两端使用钢丝绳夹分别扣住成为绳扣,使用卸扣(63)与滑标(22)、重锤(34)连接;传力绳(33)最小破断拉力大于测试部件(65)启动力,并考虑一定的安全富余。
5.根据权利要求1或2所述的耗能器冲击试验装置,其特征在于,所述倒滑自锁装置(37),包括圆台形抱绳装置(371)和弹簧限位器(372),中间开孔对半分开的圆台形抱绳装置(371)通过对穿螺栓安装在传力绳(33)、牵引绳(36)上,平衡臂(12)前端下方的吊梁(511)设置弹簧限位器(372),所述弹簧限位器(372)和脱钩装置(39)安装于马道(51)的吊梁(511)底面。
6.根据权利要求1或2所述的耗能器冲击试验装置,其特征在于,所述的桅杆(11)包括底部的支承段(111)和上部的标准段(112),所述支承段(111)为固定支承结构,锚固于基座(13)上;所述标准段(112)为可调节结构,其段数在高度方向可做增减;节段端部设置法兰式端板(51)用于节段之间的连接;所述桅杆(11)的结构形式采用格构式或实腹式钢柱。
7.根据权利要求1‑6之一所述的耗能器冲击试验装置,其特征在于,所述的平衡臂(12)由 形结构(121)、主梁(122)和液压柱(123)组成, 形结构(121)下部设置法兰式端板(61)与桅杆(11)连接; 形结构(121)上部设置连接板(62),与主梁(122)尾端的连接板(52)共同形成铰接点(124),便于提供配平力矩;主梁(122)腰部与 形结构(121)之间通过液压柱(123)连接,作为“天平”的支点,并在主梁(122)受到过大冲击时提供缓冲保护。
8.根据权利要求1‑7之一所述的一种耗能器冲击试验装置的冲击试验方法,其特征在于,具体操作步骤如下:
a)设定测试部件的启动力即耗能能力,设计重锤质量M1并计算重锤达到相应冲击能量需要提升的高度h;调整配重及前端导向滑轮和脱钩装置的位置;
b)根据试验耗能器拉伸长度调整标准段节数和限位滑轨的长度,需满足:H≥h+l+hpro,其中,桅杆高度H和重锤提升高度h、测试部件拉伸长度l、保护高度hpro;使平衡臂前端传力绳垂悬长度为h,并安装圆台形抱绳装置;
c)使用卷扬机将重锤提升至初始高度,将重锤挂在脱钩装置上,随后,牵引绳脱与重锤脱钩;将传力绳端部钩挂在重锤的连接扣上;
d)将测试部件的固定端与安装基座连接,固定端与基座之间安装拉力传感器,即从下至上的顺序为“安装基座‑拉力传感器‑测试部件固定端”;测试部件的延伸端与滑标一端连接,滑标另一端与拉力传感器、传力绳连接,从下至上的安装顺序为“测试部件延伸端‑滑标‑拉力传感器‑传力绳”;
e)将激光位移传感器固定在地面,光线对准滑标上的反光板且与反光板的法向平行;
将所有传感器与动态信号测试分析系统连接,并调试系统,以保证获得同步的力‑位移时程曲线;高速摄像机对准测试部件,用于测试部件变形形态的记录;
f)同步开启传感器信号采集系统和高速摄像,释放重锤,收集数据。
9.根据权利要求8所述的耗能器冲击试验装置的冲击试验方法,其特征在于,为了使重锤(34)下落传力绳(33)拉紧绷直后达到可启动测试部件(65)的冲击荷载,并满足测试部件耗能需求Ediss,重锤质量M2及下落高度h需满足:Fd≥FA
M1gh≤Ediss
Fd=KdM2
式中,Fd为冲击荷载,FA为测试部件的启动力,Kd为冲击动荷因数,E、A分别为传力绳弹性模量和截面积,lrope为牵引绳(36)总长度,以上计算忽略了传力绳与滑轮之间的摩擦以及测试部件弹性阶段受力过程。
10.根据权利要求8或9所述的耗能器冲击试验装置的冲击试验方法,其特征在于,为了平衡“天平”两端重锤冲击力附加偏心距,增强自立桅杆的稳定性,可以沿平衡臂(12)调节前端导向滑轮(312)的位置或者调节平衡臂尾端附加配重(121)的质量,所述附加配重(121)固定在尾端导向滑轮(311)下方横梁上;主梁(122)为两臂不等长的“天平”,前端悬伸,尾端为弹簧支座,试验时,平衡臂两端弯矩需满足:冲击前:M2L2≤M1L1
冲击时:FAL2≤FAL1+M1gL1其中,L1为尾端导向滑轮(311)至液压柱(123)的距离;M1为附加配重,其最大值取决于形结构(121)的承载能力;L2为前端导向滑轮(312)至液压柱(123)的距离,L2∈(L1,L2max]。