专利名称：一种可拆卸式新型桁架节点试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于土木工程中的结构工程领域，特别涉及一种可拆卸式新型桁架节点试验装置。
背景技术：
桁架结构具有质量轻、刚度大、整体性能好、外表美观、制作和安装方便等优良性能。近年来，各类桁架结构在国内外工程实践中得到广泛的应用，如桥梁、展馆、体育场、穹形结构、机场航站楼、车站、高耸塔架等。一些大型场馆如北京的国家体育馆、国家大剧院、首都机场新航站楼；桥梁如四川忠县长江大桥、南海紫洞大桥等，均采用了桁架结构，并取得了良好的工程效果。节点是桁架结构中的关键部位，也是受力情况最为复杂的区域。节点的力学性能是桁架结构安全的保障，因此，需要对桁架节点开展有针对性的力学试验，对节点性能进行研究和评估。在传统的单个节点试验中，需要对节点的各个杆件施加相应的荷载、位移边界条件，并且往往需要实现对多个不同角度杆端的同步加载，以近似模拟节点的实际受力状态。这给试验操作带来极大的难度，甚至难以有效实现。随着结构加工工艺的完善以及焊接技术、设备上的进步，桁架节点的形式(节点区杆件的数量、角度等)越来越多，相应的，其荷载位移边界条件也越来越复杂。如何实现对桁架节点复杂边界的准确模拟并方便的进行加载，对节点试验提出了新的要求。因此，实践中迫切需求一种传力明确、操作简便、经济可靠、可以准确模拟节点实际受力状态的桁架节点试验装置，来适应科学研究和工程实践的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出的一种可拆卸式桁架节点试验装置，该装置可有效解决上述现有技术中存在的操作繁琐、结构复杂、准确性和可靠性不够高、经济性差等缺点。为解决上述问题，本发明提出了如下的技术方案一种可拆卸式新型桁架节点试验装置，包括试验装置主体I和待测试的桁架节点
2;所述的试验装置主体I包括装置主杆9和装置支杆10 ;所述的待测试的桁架节点2包括节点弦杆3和节点腹杆5 ；其中，所述的试验装置主体I和待测试的桁架节点2，通过法兰4和法兰6连接节点弦杆3和装置主杆9由法兰4通过螺栓连接，节点腹杆5和装置支杆10由法兰6通过螺栓连接；连接时，通过法兰、螺栓定位，使得节点的杆件和装置中相应的杆件的轴线重合；法兰和螺栓的具体规格应根据杆件的最大抗拉强度确定，以保证连接能始终实现荷载的有效传递；在节点弦杆3的端部布置弦杆荷载传感器7，在节点腹杆5的端部布置腹杆荷载传感器8，以实时测试节点各杆件的内力。、
在此基础上，通过对试验装置主体I施加简单的单向荷载，如压荷载，即可通过各连接杆件对待测试的桁架节点2施加多重边界条件，模拟其在实际结构中的受力状态；同时可在节点弦杆3和节点腹杆5的相交点或附近，布置应变计和位移计，以获得节点的荷载-变形、荷载-应变关系曲线等实时响应数据。试验装置主体I的祐1架形式可采用华伦式(Warren)祐1架、普拉特(Pratt)祐1架或芬克(Fink)桁架等其他常见形式；
试验装置主体I的桁架类型可采用钢桁架或钢-混凝土组合结构桁架；所述节点弦杆3和节点腹杆5的横截面为矩形、圆形、椭圆形、工字型、L型或槽型；所述节点弦杆3和节点腹杆5采用的钢材材料是普通钢材、高强钢材或不锈钢，采用的混凝土材料是普通混凝土或高强混凝土；所述待测试的桁架节点2可以为K形、T形、N形、KT形、Y形或X形；根据不同形式节点区的需求，通过调整桁架装置的杆件来布置。本发明的有益效果为( I)和目前常用的单个节点试验装置相比，该可拆卸式桁架节点试验装置避免了多个千斤顶多角度的联合作动、同步加载；通过该装置，仅需要施加单向荷载，即可通过装置杆件与待测试的桁架节点杆件之间的荷载传递，实现节点的复杂受力；因而操作简便，大大降低了试验难度；(2)该可拆卸式桁架节点试验装置，可以使节点的边界条件与其在真实结构中的一致，能更准确地模拟待测试的桁架节点在桁架中的实际受力状态，提高了力学实验的准确性和可靠性；(3)该桁架节点试验装置传力明确，可以通过力学概念及相关软件对节点杆件的荷载进行分析；同时，可以通过荷载传感器、应变计、位移计的配合使用，获得详实的节点试验数据，利于对试验结果的分析；(4)该桁架节点试验装置中，通过法兰、螺栓与待测试的桁架节点连接，在节点破坏后，可将节点拆卸，连接新节点并进行试验，达到重复使用的效果，经济性好；(5)该装置适用于华伦式(Warren)祐1架、普拉特(Pratt)祐1架或芬克(Fink)祐1架等多种类型的桁架结构，和K形、T形、N形、KT形等多种形状、多种截面、多种材料的节点。
图I为本发明的实施例I的K形桁架节点试验装置图；图2为本发明的实施例2的T形桁架节点试验装置图；图3为本发明的实施例3的N形桁架节点试验装置图；图4为本发明的实施例4的KT形桁架节点试验装置图；图5为本发明适用的华伦式(Warren)祐1架示意图，图中标示的节点为K形节点；图6为本发明适用的普拉特(Pratt)祐1架示意图，图中标示的节点为N形节点；图7为本发明适用的芬克(Fink)桁架示意图，图中标示的节点有两种，其中上部的节点为T形节点，下部的节点为K形节点；图8为本发明所提供的装置可用于测试的T形桁架节点示意图9为本发明所提供的装置可用于测试的K形桁架节点示意图；图10为本发明所提供的装置可用于测试的N形桁架节点示意图；图11为本发明所提供的装置可用于测试的KT形桁架节点示意具体实施例方式本发明提供了一种可拆卸式新型桁架节点试验装置，下面结合实施例和附图对本发明的具体实施方式
做进一步的说明。实施例I :图I为本发明的实施例，测试K形桁架节点的试验装置示意图。试验装置主体I的结构按照K形节点应用的华伦式(Warren)祐1架制作,在典型位置预留出K形节点的空间。同时，试验装置主体I的杆件截面强度和刚度应为待测试的桁架节点2 (所述的待测试的桁架节点2包括节点弦杆3和节点腹杆5)的I. 5倍以上，以保证试验最终获得待测试的桁架节点2破坏的效果。待测试的K形桁架节点2由节点弦杆3和两个节点腹杆5组成，为保证待测试的K形桁架节点2的节点区不受杆端荷载的影响，节点弦杆3的长度取节点弦杆3外径的7 8倍；节点腹杆5的长度取节点腹杆5外径的5 6倍。试验装置主体I和待测试的桁架节点2，通过3个法兰4和4个法兰6连接其中节点弦杆3和装置主杆9由法兰4通过螺栓连接，节点腹杆5杆和装置支杆10由法兰6通过螺栓连接；连接时，需通过法兰、螺栓定位，使得节点的杆件和装置中相应的杆件的轴线重合，以保证桁架杆件轴力的有效传递。在节点弦杆3的端部，布置弦杆荷载传感器7，在节点腹杆5的端部，布置腹杆荷载传感器8，分别测试其在试验过程的杆件内力。在节点弦杆3和节点腹杆5的相交点或附近，布置应变计和位移计，以获得节点的荷载-变形、荷载-应变关系曲线等实时响应数据。装置安装完成后，利用千斤顶或MTS作动器，对装置上部主杆11施加压荷载，通过杆件之间的荷载传递，模拟K形节点待测试的桁架节点2的实际工作状态。试验结束后，将K形节点待测试的桁架节点2拆卸，更换新的待测试的桁架节点，再次进行试验。实施例2 图2为本发明的实施例，测试T形桁架节点的试验装置示意图。试验装置主体I的结构按照T形节点应用的桁架制作，试验装置主体I的杆件截面强度和刚度为待测试的桁架节点2 (所述的待测试的桁架节点2包括节点弦杆3和节点腹杆5)的I. 5倍以上，以保证试验最终获得待测试的桁架节点2破坏的效果。待测试的T形桁架节点2由节点弦杆3和节点腹杆5组成，两者相互垂直，为保证待测试的T形桁架节点2的节点区不受杆端荷载的影响，节点弦杆3的长度取节点弦杆3外径的7 8倍；节点腹杆5的长度取节点腹杆5外径的5飞倍。试验装置主体I和待测试的桁架节点2，通过3个法兰4和2个法兰6连接其中节点弦杆3和装置主杆9由法兰4通过螺栓连接，节点腹杆5和装置支杆10由法兰6通过 螺栓连接；连接时，需通过法兰、螺栓定位，使得节点的杆件和装置中相应的杆件的轴线重合，以保证桁架杆件轴力的有效传递。在节点弦杆3的端部，布置弦杆荷载传感器7，在节点腹杆5的端部，布置腹杆荷载传感器8，分别测试其在试验过程的杆件内力。在节点弦杆3和节点腹杆5的相交点或附近，布置应变计和位移计，以获得节点的荷载-变形、荷载-应变关系曲线等实时响应数据。装置安装完成后，利用千斤顶或MTS作动器，对装置上部主杆11施加压荷载，通过杆件之间的荷载传递，模拟T形节点待测试的桁架节点2的实际工作状态。试验结束后，将T形节点待测试的桁架节点2拆卸，更换新的待测试的桁架节点2，再次进行试验。实施例3 图3为本发明的实施例，测试N形桁架节点的试验装置示意图。试验装置主体I的结构按照N形节点应用的桁架制作，装置I的杆件截面强度和刚度为待测试的桁架节点2 (所述的待测试的桁架节点2包括节点弦杆3和节点腹杆5)的
I.5倍以上，以保证试验最终获得待测试的桁架节点2破坏的效果。待测试的N形桁架节点2由节点弦杆3和两个节点腹杆5组成，为保证待测试的N形桁架节点2的节点区不受杆端荷载的影响，节点弦杆3的长度取其外径的71倍；节点腹杆5的长度取其外径的5飞倍。试验装置主体I和待测试的桁架节点2，通过3个法兰4和4个法兰6连接其中节点弦杆3和装置主杆9由法兰4通过螺栓连接，节点腹杆5和装置支杆10由法兰6通过螺栓连接；连接时，需通过法兰、螺栓定位，使得节点的杆件和装置中相应的杆件的轴线重合，以保证桁架杆件轴力的有效传递。在节点弦杆3的端部，布置弦杆荷载传感器7，在节点腹杆5的端部，布置腹杆荷载传感器8，分别测试其在试验过程的杆件内力。在节点弦杆3和节点腹杆5的相交点或附近，布置应变计和位移计，以获得节点的荷载-变形、荷载-应变关系曲线等实时响应数据。节点、量测装置安装完成后，利用千斤顶或MTS作动器，对装置上部主杆11施加压荷载，通过杆件之间的荷载传递，模拟N形节点待测试的桁架节点2的实际工作状态。试验结束后，将N形节点待测试的桁架节点2拆卸，更换新的待测试的桁架节点，再次进行试验。实施例4 图4为本发明的实施例，测试KT形桁架节点的试验装置示意图。试验装置主体I的结构按照KT形节点应用的桁架制作，装置I的杆件截面强度和刚度为待测试的桁架节点2 (所述的待测试的桁架节点2包括节点弦杆3和节点腹杆5)的
I.5倍以上，以保证试验最终获得待测试的桁架节点2破坏的效果。待测试的KT形桁架节点2由节点弦杆3和三个节点腹杆5组成，为保证待测试的KT形桁架节点2的节点区不受杆端荷载的影响，节点弦杆3的长度取节点弦杆3外径的7 8倍；节点腹杆5的长度取节点腹杆5外径的5 6倍。试验装置主体I和待测试的桁架节点2，通过3个法兰4和6个法兰6连接其中节点弦杆3和装置主杆9由法兰4通过螺栓连接，节点腹杆5和装置支杆10由法兰6通过螺栓连接；连接时，需通过法兰、螺栓定位，使得节点的杆件和装置中相应的杆件的轴线重合，以保证桁架杆件轴力的有效传递。在节点弦杆3的端部，布置弦杆荷载传感器7，在节点腹杆5的端部，布置腹杆荷载传感器8，分别测试其在试验过程的杆件内力。在节点弦杆3和节点腹杆5的相交点或附近，布置应变计和位移计，以获得节点的荷载-变形、荷载-应变关系曲线等实时响应数据。节点、量测装置安装完成后，利用千斤顶或MTS作动器，对装置上部主杆11施加压荷载，通过杆件之间的荷载传递，模拟KT形节点待测试的桁架节点2的实际工作状态。试 验结束后，将KT形节点待测试的桁架节点2拆卸，更换新的待测试的桁架节点，再次进行试验。
权利要求
1.一种可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置包括试验装置主体(I)和待测试的桁架节点(2)； 其中，所述的试验装置主体(I)和待测试的桁架节点(2)，通过法兰(4)和法兰(6)连接节点弦杆(3)和装置主杆(9)由法兰(4)通过螺栓连接，节点腹杆(5)和装置支杆(10)由法兰(6)通过螺栓连接；连接时，通过法兰、螺栓定位，使得节点的杆件和装置中相应的杆件的轴线重合； 在节点弦杆(3)的端部布置弦杆荷载传感器(7)，在节点腹杆(5)的端部布置腹杆荷载传感器(8 )，用于实时测试节点各杆件的内力。
2.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，在节点弦杆(3)和节点腹杆(5)的相交点或附近，布置应变计和位移计，用于获得节点的荷载-变形、荷 载-应变关系曲线的实时响应数据。
3.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，所述的试验装置主体(I)的桁架形式采用华伦式桁架、普拉特桁架或芬克桁架。
4.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，所述待测试的桁架节点(2)为K形、T形、N形、KT形、Y形或X形。
5.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，所述的试验装置主体(I)的桁架类型采用钢桁架或钢-混凝土组合结构桁架。
6.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，所述节点弦杆(3)和节点腹杆(5)的横截面为矩形、圆形、椭圆形、工字型、L型和槽型中的一种。
7.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，所述节点弦杆(3)和节点腹杆(5)采用的钢材材料是普通钢材、高强钢材或不锈钢，采用的混凝土材料是普通混凝土或高强混凝土。
8.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，所述的试验装置主体(I)的杆件截面强度和刚度为待测试的桁架节点(2)的I. 5倍以上。
9.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，所述的节点弦杆(3)的长度取节点弦杆(3)外径的7 8倍；节点腹杆(5)的长度取节点腹杆(5)外径的5 6倍。
10.根据权利要求I所述的可拆卸式新型桁架节点试验装置，其特征在于，试验结束后，将待测试的桁架节点(2)拆卸，更换新的待测试的桁架节点，再次进行试验。
全文摘要
本发明公开了一种属于土木工程中的结构工程领域的可拆卸式新型桁架节点试验装置，包括试验装置主体(1)和待测试的桁架节点(2)；试验装置主体(1)和待测试的桁架节点(2)，通过法兰(4)和法兰(6)连接节点弦杆(3)和装置主杆(9)由法兰(4)通过螺栓连接，节点腹杆(5)和装置支杆(10)由法兰(6)通过螺栓连接；节点弦杆(3)的端部布置弦杆荷载传感器(7)，节点腹杆(5)的端部布置腹杆荷载传感器(8)；通过对试验装置主体(1)施加简单的单向荷载，即可通过各连接杆件对待测试的桁架节点(2)施加多重边界条件，模拟其在实际结构中的受力状态。本装置传力明确、操作简便、经济可靠、可重复利用。
文档编号G01M99/00GK102706682SQ20121019610
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者侯超, 韩林海 申请人:清华大学