本课题来自中国建筑股份有限公司中建万吨级多功能试验系统—加载框架系统项目,万吨级多功能试验系统主要用来进行大型橡胶支座和结构构件在静力、动力荷载作用下的响应和破坏模式研究。该万吨级结构试验台添补了我国建筑类多功能试验台及超大试验台方面的空白。课题对万吨级结构试验台的机械加载框架做出了详细的方案和结构设计,并对整体框架进行了各工况下的静力学和动力学分析,其中动力学分析部分包含了突然卸载分析和地震响应分析的工作。针对中建万吨级结构试验台的自身特点和技术参数,确保证建筑实验体在进行结构试验时有足够的力的支撑下,经过多次方案对比分析后,提出了横梁、立柱及基座三部分为框架主体的设计方案。横梁立柱均采用类似钢箱梁的新型结构。进而保证了本项目试验系统控制实现的物理量,包括力(力矩)、压力、变形、速度、加速度,几何参数包括位移、位置等要求当量误差均不高于1%。利用通用有限元软件ANSYS建立了精细化的数值模型,模型中根据实际结构形式建立了精细化的基座、钢柱、顶部横梁模型,其中包括细化模拟的钢结构件内纵横筋板和内部加肋。并对9个加载工况和1个自然工况进行了整体全面的静力分析,经过优化设计后,得出应力和位移均满足设计指标的结论。在设计万吨级结构试验台加载框架的设计时,考虑了超载和试件突然发生脆性破坏时对整个加载框架的冲击影响以及应对措施,利用之前的精细化有限元模型以及时程分析法(一种瞬态动力学分析法),进行突然卸载分析。得到结论:该加载框架在超载10%以内或试件发生突然脆性破坏时,框架不受损坏,可以安全使用。鉴于该设备高、大、重的特点,加载框架设计时特别考虑了振动的影响,对机械框架系统做了自振特性的分析,防止周围环境与工作设备进行互相干涉,并在最后参考设备的使用地带,对结构试验台机械框架进行了在Taft地震波、迁安地震波及阪神地震波作用下的地震响应分析。得到机械框架在这三个地震波的作用下,整机满足应力和变形的要求,符合抗震标准。