壓彎扭復合受力構件加載裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種壓彎扭復合受力構件加載裝置，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。本實用新型的優點在于：實現各種構件在受到壓力、彎矩、扭矩的情況下的加載，并且簡單經濟有效。球形鉸和鋼臂的制作材料均采用高強鋼材，而且它們的幾何形狀、尺寸精度、均勻性、各向同性、穩定性以及表面光潔度均滿足試驗要求。另外，反力架、地槽等均能夠滿足試驗要求，裝置整體工作狀況良好。通過大型通用有限元軟件ABAQUS對試驗進行模擬，計算出相關數據，將計算數據與試驗數據進行對比，二者吻合良好，說明此加載裝置設計合理。
【專利說明】壓彎扭復合受力構件加載裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種壓彎扭復合受力構件加載裝置。
【背景技術】
[0002]實際結構工程中，處于壓扭和壓彎扭復合受力狀態的構件是非常多的，例如框架結構角柱、重型設備支架柱、廠房結構柱、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、海上采油平臺腿柱和立柱、停機場的定向塔、送電桿塔等。地震調查與觀測中發現，建筑結構中柱子的破壞是由于壓彎剪扭復合荷載的不同組合引起的，即使在靜力作用下，柱子也會由于上述荷載組合產生壓扭或者壓彎扭應力狀態。對于新型組合結構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、耐火性能和經濟效果好等特點，近年來越來越多地被應用于高層、超高層、橋梁等結構中。但是到目前為止，國內對于壓彎扭復合受力構件特別是組合結構構件的試驗研究還非常少見。2003年，同濟大學的孫黃勝、施衛星等做過有關鋼筋混凝土構件壓彎剪扭的試驗，其加載裝置中扭矩的實現借用電液伺服結構試驗機，軸力和剪力的實現仍然借助千斤頂，并沒有使得裝置簡單化，而且使得試驗裝置造價很高。這種裝置的另外一大缺點就是它的使用范圍受到限制，一般只能對鋼筋混凝土構件加載，不適用于鋼管混凝土等新型組合結構。其他學者也曾制作過類似的壓彎扭復合受力構件的加載裝置，但是那些加載裝置也同樣有很多不足之處，例如有的受當時條件的限制，力的加載范圍有限，有的只能對鋼筋混凝土構件加載或者只能對鋼管混凝土構件加載，使用范圍有限。因此，這些加載裝置都難以在實際工程或者試驗中推廣使用。
[0003]因此說這些加載裝置都難以在實際工程或者試驗中普遍的推廣使用，這也是目前對受扭構件加載方式復雜并且費用高的主要原因，因而不利于受扭構件的深入研究和工程應用。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種壓彎扭復合受力構件加載裝置，能夠實現各種構件在受到壓力、彎矩、扭矩的情況下的加載，并且經濟和簡單有效。如何實現不同加載路徑下的壓、彎、扭復合受力，如何準確測量各項變形如轉角、撓度等屬于本裝置的創新所在。
[0005]本實用新型的技術方案為:一種壓彎扭復合受力構件加載裝置，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應，該鋼板上有兩排螺栓孔，每排三個，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是點焊在加載鋼臂上的，加載板、加載鋼臂及球形鉸A形成一個整體；千斤頂是通過工字型鋼梁固定在反力架上的，共有三個千斤頂。球形鉸B是焊接在千斤頂的頂軸上的，扭矩加載是由兩個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力偶實現的；壓力的施加是由豎向的千斤頂通過球形鉸A、球形鉸B對試件施加壓力，根據球形較A在加載鋼臂上的位置不同可實現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是由高強鋼材40Cr經鍛壓后加工成型，球形鉸A是由一個圓柱體在其上表面挖出一個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應。
[0008]本實用新型的優點在于:實現各種構件在受到壓力、彎矩、扭矩的情況下的加載，并且簡單經濟有效。球形鉸和鋼臂的制作材料均采用高強鋼材，而且它們的幾何形狀、尺寸精度、均勻性、各向同性、穩定性以及表面光潔度均滿足試驗要求。另外，反力架、地槽等均能夠滿足試驗要求，裝置整體工作狀況良好。通過大型通用有限元軟件ABAQUS對試驗進行模擬，計算出相關數據，將計算數據與試驗數據進行對比，二者吻合良好，說明此加載裝置設計合理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型壓彎扭復合受力構件加載裝置結構示意圖；
[0010]圖2為本實用新型壓彎扭復合受力構件加載裝置側視圖；
[0011]圖3為本實用新型原理圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖所示，該實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，對壓彎扭復合受力構件進行加載時，首先將構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，上面有六個螺栓孔，在螺栓孔內預埋六個固定螺栓3，螺帽在下，并與混凝土墊層粘結成整體。將試件5的下蓋板2的六個螺栓孔與底部固定支座I的螺栓孔對中，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有六個螺栓孔，與試件5的上蓋板6的螺栓孔相對應。加載板7與加載鋼臂8通過兩個高強螺栓相連，并且在加載鋼臂8與加載板7接觸的四周焊接穩固。鋼臂的上面用點焊焊接球形鉸A10，根據球形鉸AlO在鋼臂上位置的不同，可分別實現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實現的，在加載鋼臂兩端用兩個水平的同步的千斤頂9對稱施加大小相等方向相反的力，即對試件5施加了扭矩。試件5在壓力和扭矩的作用下即產生相應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應。鋼板上有兩排螺栓孔，每排三個。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應，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應，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，并加上了兩個鋼銷拴，球形鉸A是通過點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是由一個圓柱體在其上表面挖出一個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應。
[0019]試驗過程中的變形數據通過DH3819數據采集儀自動采集，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對試驗全過程進行模擬，然后對照有限元計算數據與試驗數據，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現對各種壓扭和壓彎扭復合受力狀態下的構件進行試驗研究。球形鉸和鋼臂協同工作，既可實現壓扭加載又可實現壓彎扭加載。球形鉸焊接在加載鋼臂上，鋼臂和加載板通過螺栓與構件連接，方便拆卸，有效提高試驗的效率。而且鋼臂、加載板以及球形鉸均選用高強鋼材，不因試驗而變形，保證加載裝置能夠反復投入試驗，具有較高的循環使用價值。試驗研究配合有限元軟件的驗證和理論分析，即可確定該類構件承載力計算等關鍵參數，為實際工程提供指導。
【權利要求】
1.一種壓彎扭復合受力構件加載裝置，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)的突出部分相對應，該鋼板上有兩排螺栓孔，每排三個，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)兩端施加的一對力偶實現的；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)對試件(5)施加壓力，根據球形鉸A (10)在加載鋼臂(8)上的位置不同可實現軸壓加載和壓彎加載。
2.根據權利要求1所述壓彎扭復合受力構件加載裝置，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.根據權利要求1所述壓彎扭復合受力構件加載裝置，其特征在于:球形鉸A(10)、球形鉸B(Il)是由高強鋼材40Cr經鍛壓后加工成型；球形鉸(A)是由一個圓柱體在其上表面挖出一個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應。
【文檔編號】G01N3/12GK203606232SQ201320797144
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】黃宏, 陳夢成, 許開成, 林博洋, 范志杰 申請人:華東交通大學
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