壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置，該裝置包括：底部固定支座、下蓋板、固定螺栓、反力架、試件、上蓋板、加載板、加載鋼臂、千斤頂、球形鉸、工字型鋼梁。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：實(shí)現(xiàn)各種構(gòu)件在受到壓力、彎矩、扭矩的情況下的加載，并且簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)有效。球形鉸和鋼臂的制作材料均采用高強(qiáng)鋼材，而且它們的幾何形狀、尺寸精度、均勻性、各向同性、穩(wěn)定性以及表面光潔度均滿足試驗(yàn)要求。另外，反力架、地槽等均能夠滿足試驗(yàn)要求，裝置整體工作狀況良好。通過大型通用有限元軟件ABAQUS對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行模擬，計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)，將計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，二者吻合良好，說明此加載裝置設(shè)計(jì)合理。
【專利說明】壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)際結(jié)構(gòu)工程中，處于壓扭和壓彎扭復(fù)合受力狀態(tài)的構(gòu)件是非常多的，例如框架結(jié)構(gòu)角柱、重型設(shè)備支架柱、廠房結(jié)構(gòu)柱、地下工程支柱、高速公路的曲線形橋和斜交橋的橋墩、螺旋樓梯的中心柱、海上采油平臺(tái)腿柱和立柱、停機(jī)場(chǎng)的定向塔、送電桿塔等。地震調(diào)查與觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)中柱子的破壞是由于壓彎剪扭復(fù)合荷載的不同組合引起的，即使在靜力作用下，柱子也會(huì)由于上述荷載組合產(chǎn)生壓扭或者壓彎扭應(yīng)力狀態(tài)。對(duì)于新型組合結(jié)構(gòu)尤其是鋼管混凝土和型鋼混凝土，具有承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能和經(jīng)濟(jì)效果好等特點(diǎn)，近年來越來越多地被應(yīng)用于高層、超高層、橋梁等結(jié)構(gòu)中。但是到目前為止，國(guó)內(nèi)對(duì)于壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件特別是組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗(yàn)研究還非常少見。2003年，同濟(jì)大學(xué)的孫黃勝、施衛(wèi)星等做過有關(guān)鋼筋混凝土構(gòu)件壓彎剪扭的試驗(yàn)，其加載裝置中扭矩的實(shí)現(xiàn)借用電液伺服結(jié)構(gòu)試驗(yàn)機(jī)，軸力和剪力的實(shí)現(xiàn)仍然借助千斤頂，并沒有使得裝置簡(jiǎn)單化，而且使得試驗(yàn)裝置造價(jià)很高。這種裝置的另外一大缺點(diǎn)就是它的使用范圍受到限制，一般只能對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件加載，不適用于鋼管混凝土等新型組合結(jié)構(gòu)。其他學(xué)者也曾制作過類似的壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件的加載裝置，但是那些加載裝置也同樣有很多不足之處，例如有的受當(dāng)時(shí)條件的限制，力的加載范圍有限，有的只能對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件加載或者只能對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件加載，使用范圍有限。因此，這些加載裝置都難以在實(shí)際工程或者試驗(yàn)中推廣使用。
[0003]因此說這些加載裝置都難以在實(shí)際工程或者試驗(yàn)中普遍的推廣使用，這也是目前對(duì)受扭構(gòu)件加載方式復(fù)雜并且費(fèi)用高的主要原因，因而不利于受扭構(gòu)件的深入研究和工程應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)各種構(gòu)件在受到壓力、彎矩、扭矩的情況下的加載，并且經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)單有效。如何實(shí)現(xiàn)不同加載路徑下的壓、彎、扭復(fù)合受力，如何準(zhǔn)確測(cè)量各項(xiàng)變形如轉(zhuǎn)角、撓度等屬于本裝置的創(chuàng)新所在。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置，該裝置包括:底部固定支座、下蓋板、固定螺栓、反力架、試件、上蓋板、加載板、加載鋼臂、千斤頂、球形鉸A、球形鉸B、工字型鋼梁；底部固定支座是一塊兩側(cè)都帶一凹槽的鋼板，凹槽部分正好與反力架的突出部分相對(duì)應(yīng)，該鋼板上有兩排螺栓孔，每排三個(gè)，通過固定螺栓使試件的下蓋板與底部固定支座牢固的掛在一起，從而讓試件固定在底部固定支座上；加載板是一塊方形鋼板，鋼板上打有六個(gè)螺栓孔，試件的上蓋板通過螺栓與加載板固定在一起；加載鋼臂是一塊長(zhǎng)的矩形鋼板，加載鋼臂與加載板是焊接在一起的，球形鉸A是點(diǎn)焊在加載鋼臂上的，加載板、加載鋼臂及球形鉸A形成一個(gè)整體；千斤頂是通過工字型鋼梁固定在反力架上的，共有三個(gè)千斤頂。球形鉸B是焊接在千斤頂?shù)捻斴S上的，扭矩加載是由兩個(gè)水平的同步千斤頂通過套在千斤頂頂軸上的加載配件在加載鋼臂兩端施加的一對(duì)力偶實(shí)現(xiàn)的；壓力的施加是由豎向的千斤頂通過球形鉸A、球形鉸B對(duì)試件施加壓力，根據(jù)球形較A在加載鋼臂上的位置不同可實(shí)現(xiàn)軸壓加載和壓彎加載。
[0006]加載板和加載鋼臂是連接成整體的，加載鋼臂在加載板的上方；加載板的尺寸為300mmX300mmX25mm,加載鋼臂的尺寸為 600mmX80mmX25mm。
[0007]球形鉸A、球形鉸B是由高強(qiáng)鋼材40Cr經(jīng)鍛壓后加工成型，球形鉸A是由一個(gè)圓柱體在其上表面挖出一個(gè)半球形的凹槽形成的，圓柱體高為48mm，直徑為106mm.半球形凹槽直徑為88mm ;球形鉸B是由一圓柱體被切割成上半部分直徑為82mm的圓柱體，下半部分直徑為58mm的圓柱體形成的，并將其下表面打磨成球面，與球形鉸A的半球形凹槽部分相對(duì)應(yīng)。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:實(shí)現(xiàn)各種構(gòu)件在受到壓力、彎矩、扭矩的情況下的加載，并且簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)有效。球形鉸和鋼臂的制作材料均采用高強(qiáng)鋼材，而且它們的幾何形狀、尺寸精度、均勻性、各向同性、穩(wěn)定性以及表面光潔度均滿足試驗(yàn)要求。另外，反力架、地槽等均能夠滿足試驗(yàn)要求，裝置整體工作狀況良好。通過大型通用有限元軟件ABAQUS對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行模擬，計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)，將計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，二者吻合良好，說明此加載裝置設(shè)計(jì)合理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本實(shí)用新型壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置側(cè)視圖；
[0011]圖3為本實(shí)用新型原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖所示，該實(shí)用新型的壓彎扭加載裝置包括底部固定支座1、下蓋板2、固定螺栓3、反力架4、試件5、上蓋板6、加載板7、加載鋼臂8、千斤頂9、球形鉸A10、球形鉸B11、工字型鋼梁12。
[0013]如圖2所示，對(duì)壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件進(jìn)行加載時(shí)，首先將構(gòu)件置于底部固定支座I上。此底部固定支座由一塊鋼板組成，鋼板的左右兩端通過角焊縫焊接在反力架4上，鋼板下面是混凝土墊層，上面有六個(gè)螺栓孔，在螺栓孔內(nèi)預(yù)埋六個(gè)固定螺栓3，螺帽在下，并與混凝土墊層粘結(jié)成整體。將試件5的下蓋板2的六個(gè)螺栓孔與底部固定支座I的螺栓孔對(duì)中，擰緊螺母即可使試件5固定在底部固定支座I上。
[0014]固定好試件5后，將加載板7和加載鋼臂8通過螺栓固定在試件5的上蓋板6上。加載板7在加載鋼臂8下方，加載板7有六個(gè)螺栓孔，與試件5的上蓋板6的螺栓孔相對(duì)應(yīng)。加載板7與加載鋼臂8通過兩個(gè)高強(qiáng)螺栓相連，并且在加載鋼臂8與加載板7接觸的四周焊接穩(wěn)固。鋼臂的上面用點(diǎn)焊焊接球形鉸A10，根據(jù)球形鉸AlO在鋼臂上位置的不同，可分別實(shí)現(xiàn)軸壓加載和壓彎加載。壓力的加載是通過固定在頂梁上的千斤頂9實(shí)現(xiàn)的，在加載鋼臂兩端用兩個(gè)水平的同步的千斤頂9對(duì)稱施加大小相等方向相反的力，即對(duì)試件5施加了扭矩。試件5在壓力和扭矩的作用下即產(chǎn)生相應(yīng)的壓扭或者壓彎扭變形。[0015]底部固定支座是一塊帶凹槽的鋼板，凹槽的尺寸為130mmX200mm，剛好與反力架的柱子的突出部分對(duì)應(yīng)。鋼板上有兩排螺栓孔，每排三個(gè)。螺栓孔的左右間距為100mm，上下間距為110mm。底部固定支座的螺栓孔與試件下蓋板的螺栓孔相對(duì)應(yīng)，用螺栓將其連接固定。
[0016]加載板的尺寸為300mmX 300mmX 25臟.加載板上有兩排共六個(gè)螺栓孔，螺栓孔的左右間距為100mm，上下間距為220皿1。加載板的螺栓孔與試件的上蓋板的螺栓孔相對(duì)應(yīng)，用螺栓將其固定連接。加載板與加載鋼臂是通過兩條角焊縫連接的，并加上了兩個(gè)鋼銷拴，球形鉸A是通過點(diǎn)焊與剛臂連接在一起的。
[0017]加載板的厚度是25mm，加載鋼臂的長(zhǎng)度為600皿1，厚度為25mm。加載鋼臂的寬度為80mm。
[0018]球形鉸A是由一個(gè)圓柱體在其上表面挖出一個(gè)半球形的凹槽形成的，圓柱體高為48mm,直徑為106mm.半球形凹槽直徑為88mm.球形鉸B是由一圓柱體被切割成上半部分直徑為82mm的圓柱體；下半部分直徑為58mm的圓柱體形成的，并將其下表面打磨成球面，與球形鉸A的半球形凹槽部分相對(duì)應(yīng)。
[0019]試驗(yàn)過程中的變形數(shù)據(jù)通過DH3819數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集，油壓千斤頂所施加的荷載值由人工讀取。通過大型通用有限元軟件ABAQUS對(duì)試驗(yàn)全過程進(jìn)行模擬，然后對(duì)照有限元計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，二者吻合良好，說明加載裝置合理。
[0020]通過該加載裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種壓扭和壓彎扭復(fù)合受力狀態(tài)下的構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)研究。球形鉸和鋼臂協(xié)同工作，既可實(shí)現(xiàn)壓扭加載又可實(shí)現(xiàn)壓彎扭加載。球形鉸焊接在加載鋼臂上，鋼臂和加載板通過螺栓與構(gòu)件連接，方便拆卸，有效提高試驗(yàn)的效率。而且鋼臂、加載板以及球形鉸均選用高強(qiáng)鋼材，不因試驗(yàn)而變形，保證加載裝置能夠反復(fù)投入試驗(yàn)，具有較高的循環(huán)使用價(jià)值。試驗(yàn)研究配合有限元軟件的驗(yàn)證和理論分析，即可確定該類構(gòu)件承載力計(jì)算等關(guān)鍵參數(shù)，為實(shí)際工程提供指導(dǎo)。
【權(quán)利要求】
1.一種壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置，其特征在于:該裝置包括:底部固定支座(I)、下蓋板(2)、固定螺栓(3)、反力架(4)、試件(5)、上蓋板(6)加載板(7)、加載鋼臂(8)、千斤頂(9)、球形鉸A (10)、球形鉸B (11)、工字型鋼梁(12);底部固定支座(I)是一塊兩側(cè)都帶一凹槽的鋼板，凹槽部分正好與反力架(4)的突出部分相對(duì)應(yīng)，該鋼板上有兩排螺栓孔，每排三個(gè)，通過固定螺栓(3)使試件(5)的下蓋板(2)與底部固定支座(I)牢固的拴在一起，從而讓試件(5)固定在底部固定支座上(I)上；加載板(7)是一塊方形鋼板，鋼板上打有六個(gè)螺栓孔，試件(5)的上蓋板(6)通過螺栓與加載板(7)固定在一起；加載鋼臂(8)是一塊長(zhǎng)的矩形鋼板，加載鋼臂(8)與加載板(7)是焊接在一起的，球形鉸A (10)是點(diǎn)焊在加載鋼臂(8)上的，加載板(7)、加載鋼臂(8)及球形鉸A (10)形成一個(gè)整體；千斤頂(8)是通過工字型鋼梁(12)固定在反力架(4)上的，共有三個(gè)千斤頂；球形鉸B(Il)是焊接在千斤頂(8)的頂軸上的，扭矩加載是由兩個(gè)水平的同步的千斤頂通過套在千斤頂頂軸上的加載配件在加載鋼臂(8)兩端施加的一對(duì)力偶實(shí)現(xiàn)的；壓力的施加是由豎向的千斤頂通過球形鉸A (10)、球形鉸B (11)對(duì)試件(5)施加壓力，根據(jù)球形鉸A (10)在加載鋼臂(8)上的位置不同可實(shí)現(xiàn)軸壓加載和壓彎加載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置，其特征在于:加載板(7)和加載鋼臂(8)是連接成整體的，加載鋼臂(8)在加載板(7)的上方；加載板(7)得尺寸為300mmX 300mmX 25mm，加載鋼臂(8)的尺寸為 600mmX 80mmX 25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述壓彎扭復(fù)合受力構(gòu)件加載裝置，其特征在于:球形鉸A(10)、球形鉸B(Il)是由高強(qiáng)鋼材40Cr經(jīng)鍛壓后加工成型；球形鉸(A)是由一個(gè)圓柱體在其上表面挖出一個(gè)半球形的凹槽形成的，圓柱體高為48mm，直徑為106mm.半球形凹槽直徑為88mm.球形鉸(B)是由一圓柱體被切割成上半部分直徑為82皿1的圓柱體；下半部分直徑為58mm的圓柱體形成的，并將其下表面打磨成球面，與球形鉸(A)的半球形凹槽部分相對(duì)應(yīng)。
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK203606232SQ201320797144
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】黃宏, 陳夢(mèng)成, 許開成, 林博洋, 范志杰 申請(qǐng)人:華東交通大學(xué)