压弯扭复合受力构件加载装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种压弯扭复合受力构件加载装置，该装置包括：底部固定支座、下盖板、固定螺栓、反力架、试件、上盖板、加载板、加载钢臂、千斤顶、球形铰、工字型钢梁。本实用新型的优点在于：实现各种构件在受到压力、弯矩、扭矩的情况下的加载，并且简单经济有效。球形铰和钢臂的制作材料均采用高强钢材，而且它们的几何形状、尺寸精度、均匀性、各向同性、稳定性以及表面光洁度均满足试验要求。另外，反力架、地槽等均能够满足试验要求，装置整体工作状况良好。通过大型通用有限元软件ABAQUS对试验进行模拟，计算出相关数据，将计算数据与试验数据进行对比，二者吻合良好，说明此加载装置设计合理。
【专利说明】压弯扭复合受力构件加载装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种压弯扭复合受力构件加载装置。
【背景技术】
[0002]实际结构工程中，处于压扭和压弯扭复合受力状态的构件是非常多的，例如框架结构角柱、重型设备支架柱、厂房结构柱、地下工程支柱、高速公路的曲线形桥和斜交桥的桥墩、螺旋楼梯的中心柱、海上采油平台腿柱和立柱、停机场的定向塔、送电杆塔等。地震调查与观测中发现，建筑结构中柱子的破坏是由于压弯剪扭复合荷载的不同组合引起的，即使在静力作用下，柱子也会由于上述荷载组合产生压扭或者压弯扭应力状态。对于新型组合结构尤其是钢管混凝土和型钢混凝土，具有承载力高、塑性和韧性好、制作和施工方便、耐火性能和经济效果好等特点，近年来越来越多地被应用于高层、超高层、桥梁等结构中。但是到目前为止，国内对于压弯扭复合受力构件特别是组合结构构件的试验研究还非常少见。2003年，同济大学的孙黄胜、施卫星等做过有关钢筋混凝土构件压弯剪扭的试验，其加载装置中扭矩的实现借用电液伺服结构试验机，轴力和剪力的实现仍然借助千斤顶，并没有使得装置简单化，而且使得试验装置造价很高。这种装置的另外一大缺点就是它的使用范围受到限制，一般只能对钢筋混凝土构件加载，不适用于钢管混凝土等新型组合结构。其他学者也曾制作过类似的压弯扭复合受力构件的加载装置，但是那些加载装置也同样有很多不足之处，例如有的受当时条件的限制，力的加载范围有限，有的只能对钢筋混凝土构件加载或者只能对钢管混凝土构件加载，使用范围有限。因此，这些加载装置都难以在实际工程或者试验中推广使用。
[0003]因此说这些加载装置都难以在实际工程或者试验中普遍的推广使用，这也是目前对受扭构件加载方式复杂并且费用高的主要原因，因而不利于受扭构件的深入研究和工程应用。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种压弯扭复合受力构件加载装置，能够实现各种构件在受到压力、弯矩、扭矩的情况下的加载，并且经济和简单有效。如何实现不同加载路径下的压、弯、扭复合受力，如何准确测量各项变形如转角、挠度等属于本装置的创新所在。
[0005]本实用新型的技术方案为:一种压弯扭复合受力构件加载装置，该装置包括:底部固定支座、下盖板、固定螺栓、反力架、试件、上盖板、加载板、加载钢臂、千斤顶、球形铰A、球形铰B、工字型钢梁；底部固定支座是一块两侧都带一凹槽的钢板，凹槽部分正好与反力架的突出部分相对应，该钢板上有两排螺栓孔，每排三个，通过固定螺栓使试件的下盖板与底部固定支座牢固的挂在一起，从而让试件固定在底部固定支座上；加载板是一块方形钢板，钢板上打有六个螺栓孔，试件的上盖板通过螺栓与加载板固定在一起；加载钢臂是一块长的矩形钢板，加载钢臂与加载板是焊接在一起的，球形铰A是点焊在加载钢臂上的，加载板、加载钢臂及球形铰A形成一个整体；千斤顶是通过工字型钢梁固定在反力架上的，共有三个千斤顶。球形铰B是焊接在千斤顶的顶轴上的，扭矩加载是由两个水平的同步千斤顶通过套在千斤顶顶轴上的加载配件在加载钢臂两端施加的一对力偶实现的；压力的施加是由竖向的千斤顶通过球形铰A、球形铰B对试件施加压力，根据球形较A在加载钢臂上的位置不同可实现轴压加载和压弯加载。
[0006]加载板和加载钢臂是连接成整体的，加载钢臂在加载板的上方；加载板的尺寸为300mmX300mmX25mm,加载钢臂的尺寸为 600mmX80mmX25mm。
[0007]球形铰A、球形铰B是由高强钢材40Cr经锻压后加工成型，球形铰A是由一个圆柱体在其上表面挖出一个半球形的凹槽形成的，圆柱体高为48mm，直径为106mm.半球形凹槽直径为88mm ;球形铰B是由一圆柱体被切割成上半部分直径为82mm的圆柱体，下半部分直径为58mm的圆柱体形成的，并将其下表面打磨成球面，与球形铰A的半球形凹槽部分相对应。
[0008]本实用新型的优点在于:实现各种构件在受到压力、弯矩、扭矩的情况下的加载，并且简单经济有效。球形铰和钢臂的制作材料均采用高强钢材，而且它们的几何形状、尺寸精度、均匀性、各向同性、稳定性以及表面光洁度均满足试验要求。另外，反力架、地槽等均能够满足试验要求，装置整体工作状况良好。通过大型通用有限元软件ABAQUS对试验进行模拟，计算出相关数据，将计算数据与试验数据进行对比，二者吻合良好，说明此加载装置设计合理。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型压弯扭复合受力构件加载装置结构示意图；
[0010]图2为本实用新型压弯扭复合受力构件加载装置侧视图；
[0011]图3为本实用新型原理图。
【具体实施方式】
[0012]如图所示，该实用新型的压弯扭加载装置包括底部固定支座1、下盖板2、固定螺栓3、反力架4、试件5、上盖板6、加载板7、加载钢臂8、千斤顶9、球形铰A10、球形铰B11、工字型钢梁12。
[0013]如图2所示，对压弯扭复合受力构件进行加载时，首先将构件置于底部固定支座I上。此底部固定支座由一块钢板组成，钢板的左右两端通过角焊缝焊接在反力架4上，钢板下面是混凝土垫层，上面有六个螺栓孔，在螺栓孔内预埋六个固定螺栓3，螺帽在下，并与混凝土垫层粘结成整体。将试件5的下盖板2的六个螺栓孔与底部固定支座I的螺栓孔对中，拧紧螺母即可使试件5固定在底部固定支座I上。
[0014]固定好试件5后，将加载板7和加载钢臂8通过螺栓固定在试件5的上盖板6上。加载板7在加载钢臂8下方，加载板7有六个螺栓孔，与试件5的上盖板6的螺栓孔相对应。加载板7与加载钢臂8通过两个高强螺栓相连，并且在加载钢臂8与加载板7接触的四周焊接稳固。钢臂的上面用点焊焊接球形铰A10，根据球形铰AlO在钢臂上位置的不同，可分别实现轴压加载和压弯加载。压力的加载是通过固定在顶梁上的千斤顶9实现的，在加载钢臂两端用两个水平的同步的千斤顶9对称施加大小相等方向相反的力，即对试件5施加了扭矩。试件5在压力和扭矩的作用下即产生相应的压扭或者压弯扭变形。[0015]底部固定支座是一块带凹槽的钢板，凹槽的尺寸为130mmX200mm，刚好与反力架的柱子的突出部分对应。钢板上有两排螺栓孔，每排三个。螺栓孔的左右间距为100mm，上下间距为110mm。底部固定支座的螺栓孔与试件下盖板的螺栓孔相对应，用螺栓将其连接固定。
[0016]加载板的尺寸为300mmX 300mmX 25臟.加载板上有两排共六个螺栓孔，螺栓孔的左右间距为100mm，上下间距为220皿1。加载板的螺栓孔与试件的上盖板的螺栓孔相对应，用螺栓将其固定连接。加载板与加载钢臂是通过两条角焊缝连接的，并加上了两个钢销拴，球形铰A是通过点焊与刚臂连接在一起的。
[0017]加载板的厚度是25mm，加载钢臂的长度为600皿1，厚度为25mm。加载钢臂的宽度为80mm。
[0018]球形铰A是由一个圆柱体在其上表面挖出一个半球形的凹槽形成的，圆柱体高为48mm,直径为106mm.半球形凹槽直径为88mm.球形铰B是由一圆柱体被切割成上半部分直径为82mm的圆柱体；下半部分直径为58mm的圆柱体形成的，并将其下表面打磨成球面，与球形铰A的半球形凹槽部分相对应。
[0019]试验过程中的变形数据通过DH3819数据采集仪自动采集，油压千斤顶所施加的荷载值由人工读取。通过大型通用有限元软件ABAQUS对试验全过程进行模拟，然后对照有限元计算数据与试验数据，二者吻合良好，说明加载装置合理。
[0020]通过该加载装置可以实现对各种压扭和压弯扭复合受力状态下的构件进行试验研究。球形铰和钢臂协同工作，既可实现压扭加载又可实现压弯扭加载。球形铰焊接在加载钢臂上，钢臂和加载板通过螺栓与构件连接，方便拆卸，有效提高试验的效率。而且钢臂、加载板以及球形铰均选用高强钢材，不因试验而变形，保证加载装置能够反复投入试验，具有较高的循环使用价值。试验研究配合有限元软件的验证和理论分析，即可确定该类构件承载力计算等关键参数，为实际工程提供指导。
【权利要求】
1.一种压弯扭复合受力构件加载装置，其特征在于:该装置包括:底部固定支座(I)、下盖板(2)、固定螺栓(3)、反力架(4)、试件(5)、上盖板(6)加载板(7)、加载钢臂(8)、千斤顶(9)、球形铰A (10)、球形铰B (11)、工字型钢梁(12);底部固定支座(I)是一块两侧都带一凹槽的钢板，凹槽部分正好与反力架(4)的突出部分相对应，该钢板上有两排螺栓孔，每排三个，通过固定螺栓(3)使试件(5)的下盖板(2)与底部固定支座(I)牢固的拴在一起，从而让试件(5)固定在底部固定支座上(I)上；加载板(7)是一块方形钢板，钢板上打有六个螺栓孔，试件(5)的上盖板(6)通过螺栓与加载板(7)固定在一起；加载钢臂(8)是一块长的矩形钢板，加载钢臂(8)与加载板(7)是焊接在一起的，球形铰A (10)是点焊在加载钢臂(8)上的，加载板(7)、加载钢臂(8)及球形铰A (10)形成一个整体；千斤顶(8)是通过工字型钢梁(12)固定在反力架(4)上的，共有三个千斤顶；球形铰B(Il)是焊接在千斤顶(8)的顶轴上的，扭矩加载是由两个水平的同步的千斤顶通过套在千斤顶顶轴上的加载配件在加载钢臂(8)两端施加的一对力偶实现的；压力的施加是由竖向的千斤顶通过球形铰A (10)、球形铰B (11)对试件(5)施加压力，根据球形铰A (10)在加载钢臂(8)上的位置不同可实现轴压加载和压弯加载。
2.根据权利要求1所述压弯扭复合受力构件加载装置，其特征在于:加载板(7)和加载钢臂(8)是连接成整体的，加载钢臂(8)在加载板(7)的上方；加载板(7)得尺寸为300mmX 300mmX 25mm，加载钢臂(8)的尺寸为 600mmX 80mmX 25mm。
3.根据权利要求1所述压弯扭复合受力构件加载装置，其特征在于:球形铰A(10)、球形铰B(Il)是由高强钢材40Cr经锻压后加工成型；球形铰(A)是由一个圆柱体在其上表面挖出一个半球形的凹槽形成的，圆柱体高为48mm，直径为106mm.半球形凹槽直径为88mm.球形铰(B)是由一圆柱体被切割成上半部分直径为82皿1的圆柱体；下半部分直径为58mm的圆柱体形成的，并将其下表面打磨成球面，与球形铰(A)的半球形凹槽部分相对应。
【文档编号】G01N3/12GK203606232SQ201320797144
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】黄宏, 陈梦成, 许开成, 林博洋, 范志杰 申请人:华东交通大学