为了适应结构试验的发展趋势,北京工业大学开发研制了特大型多功能结构试验加载系统。此系统建成之后可承做原型构件的静、动载试验,试验结果可直接用于指导实际结构的设计工作,对重大建筑结构特别是2008 年北京奥运会的建筑及各类新型建筑结构的设计均有重要意义。本文简述了加载系统的结构设计。设计的独创之处在于将多键牙竖向承力机构首次用在加载系统上,同时采用侧力消除桥与多键牙承力机构的组合,不仅可上下导向,而且可以抗侧力,从而使一台试验装置可进行多种动、静试验,达到了一机多用的目的。本文的重心是采用有限元分析软件ANSYS8.0 对加载系统的结构进行静态分析和模态分析,以验证其设计的合理性。静态分析结果表明,加载系统的加载值达到极限荷载时,上横梁的约束节点处、键牙导向槽和导轨组成体系的荷载作用附近易发生应力集中,是危险区域。考虑材料的塑性作用重新分析,集中应力迅速下降,能够满足要求。地面支承架和大反力支承架在极限荷载作用下的最大等效应力均小于材料的屈服强度。同时,加载系统在极限荷载作用下,各部分结构的变形值均很小,完全满足加工精度及系统本身对变形的要求。综上所述,加载系统具有足够的强度和刚度。模态分析结果表明,各分析模型的基频均大于相应的油缸作动器的冲击频率,加载系统工作时不会有共振现象发生;从振型图可看出,加载系统结构的整体刚度和质量分布较均衡,无明显的薄弱和过剩部位,这有利于发挥系统的整体性能。综上所述,加载系统具有合理的动态特性参数。