一种万能偏压加载支撑装置及其使用方法与流程

本发明涉及偏心加载试验技术领域，更具体地，涉及一种万能偏压加载支撑装置及其使用方法。

背景技术：

目前，随着建筑行业的发展需求，对建筑结构的安全性及可靠性的要求越来越高，通常需要对结构及材料进行试验，来为其结构设计提供实际的依据。在实际工程中，各种受压构件由于多方面的受力影响，大多为偏心受压构件。其中偏压试验的试验数据是较为常见且有力的数据之一，对于构件的研究及设计有着极其重要的影响。在试验前及加载中的安全问题也显得日益重要。

构件的偏压承载力是对构件的重要参数之一，在试验前及加载时，由于构件偏心放置，可能会存在试验构件及加载支座倾覆的危险，从而危及试验人员及试验财产的安全。因此需要对试验装置进行设计，以保障偏压试验过程的安全性，同时对试验中人员及财产进行保护。现有刀铰及球铰加载支座应用于长细比较大构件的偏压试验中存在较大的安全性隐患，不能满足偏压加载试验的要求。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的万能偏压加载支撑装置及其使用方法，该支撑装置可保证试验过程中构件不倾覆，提高试验中人员及财产的安全性。

根据本发明的一个方面，提供一种万能偏压加载支撑装置，该支撑装置包括设置在压力机四周的支撑架，构件的上下两端分别设有上铰支座和下铰支座，所述支撑架设有分别与所述上铰支座和下铰支座滑动连接的固定横梁。所述支撑装置还包括用于预加载后连接上、下铰支座和固定横梁的防护部件。

进一步，所述上铰支座和下铰支座的底座均包括上钢板和下钢板，所述上钢板和下钢板的两端均固定有外伸的铰支座滑动件，所述固定横梁上均设有与所述铰支座滑动件配合的通槽，所述上铰支座和所述下铰支座分别通过所述铰支座滑动件与所述固定横梁的通槽滑动连接。

对单向偏压的试验构件可采用刀铰支座，对双向偏压的试验构件可采用球铰支座或十字铰支座。所述铰支座滑动件的尺寸及数量可由构件的重量进行验算。

进一步，所述铰支座滑动件包括螺杆和位于所述螺杆上的螺母，所述螺杆的一端分别焊接在所述上钢板和下钢板上，所述螺杆的另一端向外穿过所述固定横梁的通槽，所述螺母位于所述通槽的外侧的螺杆上。所述螺母可将所述铰支座滑动件与所述固定横梁紧固连接。螺杆的直径及数量由构件的重量进行验算。所述通槽的尺寸可根据所述螺杆的尺寸确定。

进一步，所述支撑架的上下两端分别设有四个所述固定横梁，上端的四个所述固定横梁分别位于所述上铰支座的上钢板和下钢板的两端，下端的四个所述固定横梁分别位于所述下铰支座的上钢板和下钢板的两端。连接时先将所述上铰支座、构件和下铰支座分别放到既定位置，再用所述固定横梁分别夹住上、下铰支座，且通过所述铰支座滑动件上的螺母将铰支座和固定横梁紧固连接，当压力机对试验构件进行预加载后，拧松螺母，解除固定横梁对上铰支座和下铰支座的约束，将固定横梁滑动到保护位置，并添加防护部件后继续进行加载试验。

进一步，所述支撑架包括四个立柱和用于连接相邻立柱的装配横梁，所述装配横梁包括第一横梁和第二横梁，所述固定横梁的两端与所述第一横梁滑动连接。

所述装配横梁包括八个所述第一横梁和四个所述第二横梁，所述支撑架的上下两端分别通过四个所述第一横梁与所述固定横梁的两端滑动连接，所述第一横梁与所述固定横梁垂直设置，所述第二横梁与所述固定横梁平行设置。

进一步，所述第一横梁上设有第一滑槽，所述固定横梁的两端分别设有与所述第一滑槽配合的第一滑动件，所述第一横梁与所述固定横梁通过所述第一滑槽和第一滑动件滑动连接。

进一步，所述第一滑动件包括第一螺杆、第一螺母和第一滑块，所述第一螺杆的一端固定在所述固定横梁上，所述第一滑块固定在所述第一螺杆的另一端，所述第一滑块在所述第一滑槽内滑动，所述第一螺母位于所述第一滑槽的外侧的所述第一螺杆上。通过拧紧所述第一螺母，可将所述第一滑动件与所述第一滑槽紧固连接，松开所述第一螺母，可使所述第一滑动件在所述第一滑槽内滑动。所述第一滑槽的尺寸可根据所述第一滑动件的尺寸确定。

进一步，所述立柱上设有第二滑槽，所述装配横梁的两端分别设有与所述第二滑槽配合的第二滑动件，所述装配横梁与所述立柱通过所述第二滑槽和所述第二滑动件滑动连接。

进一步，所述第二滑动件包括第二螺杆、第二螺母和第二滑块，所述第二螺杆的一端固定在所述装配横梁上，所述第二滑块固定在所述第二螺杆的另一端，所述第二滑块在所述第二滑槽内滑动，所述第二螺母位于所述第二滑槽的外侧的所述第二螺杆上。通过拧紧所述第二螺母，可将所述第二滑动件与所述第二滑槽紧固连接，松开所述第二螺母，可使所述第二滑动件在所述第二滑槽内滑动。所述第二滑槽的尺寸可根据所述第二滑动件的尺寸确定。

进一步，所述立柱采用空心钢管，所述第二滑槽焊接在所述立柱的侧壁上；所述立柱也可采用H型钢，所述第二滑槽通过螺杆固定在所述立柱上。

进一步，所述支撑装置包括防护部件，所述防护部件用于预加载后分别将所述上铰支座和下铰支座连接至所述固定横梁。

所述防护部件包括防护螺杆、防护螺母和防护连接杆，所述防护连接杆一端与所述上铰支座或所述下铰支座的滑动件相连，放置在相应滑动件的相应螺杆上并在外部拧上相应的螺母，所述防护连接杆的另一端通过所述防护螺杆及防护螺母与调整后的固定横梁相连。将所述防护螺杆穿过所述固定横梁的通槽，并在外侧用所述防护螺母固定，所述防护螺杆的另一侧连接所述防护连接杆，并拧上内侧的防护螺栓，确保所述防护连接杆在防护螺杆内且不被防护螺母固定，以提供防护连接杆转动自由度。

根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种上述万能偏压加载支撑装置的使用方法，该方法包括：首先，将装配横梁、立柱和固定横梁拼装成支撑架的框架结构；其次，将下铰支座对中放置在压力机中心位置，并调节对应的固定横梁和装配横梁的高度且固定；再次，将构件根据所需偏心要求吊装放置在所述下铰支座上，再将上铰支座放置在所述构件的上端，且与下铰支座对正，并调节对应的固定横梁和装配横梁的高度且固定；再次，用压力机对构件进行预加载；最后，解除固定横梁对上铰支座和下铰支座的约束，将固定横梁滑动到保护位置，并添加防护部件，再对构件开始进行加载试验。

所述支撑装置的各个部件独立，相互之间由滑槽和螺杆连接，为减轻结构自重，各个部件可使用空心钢管进行支撑。支撑架中各部件的螺杆及焊缝强度由具体承载的试验构件重量及偏心距计算决定。

基于上述技术方案，本发明提出的一种万能偏压加载支撑装置，利用支撑架对构件进行保护，采用可滑动的上、下铰支座进行偏心距的调整，通过该支撑装置可保证偏压试验时人员及财产的安全，在试验前对偏心铰支座进行固定，保证吊装试验构件后不倾覆，并在预加载后解除固定横梁对铰支座的约束，并将固定横梁调整到适当位置，添加防护部件与其余的支撑架结构共同在构件四周起到保护作用，同时防止铰支座坠落。本支撑装置将结构设计为多部件装配式，使每个部件可以独立安装，现场拼装简单，且能有效的固定试验构件，在保证试验安全的同时，减轻各个部件的自重，为支撑架的拼装提供便利。

附图说明

图1为根据本发明实施例的支撑装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的上铰支座或下铰支座的示意图；

图3为根据本发明实施例的第一横梁与固定横梁的连接示意图；

图4为根据本发明实施例的第一横梁的示意图；

图5为根据本发明实施例的第二横梁的示意图；

图6为根据本发明实施例的固定横梁的示意图；

图7为根据本发明实施例的第二滑动件的示意图；

图8为根据本发明实施例的立柱的示意图；

图9为根据本发明实施例的第二滑槽的示意图；

图10为根据本发明实施例的支撑装置添加防护部件后的示意图；

图11为根据本发明实施例的防护部件与固定横梁和铰支座连接的示意图；

图12为根据本发明实施例的防护部件的示意图。

图中标记：1.试验平台，2.构件，31.上铰支座，32.下铰支座，33.铰支座滑动件，4.立柱，5.第二横梁，6.第一横梁，61.第一滑槽，7.固定横梁，71.通槽，8.第二滑动件，81.第二滑块，82.第二螺杆，83.第二螺母，9.第一滑动件，10.第二滑槽，11.防护部件，111.防护螺杆，112.防护螺母，113.防护连接杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在根据本申请的一个实施例中，参考图1，提供一种万能偏压加载支撑装置，该支撑装置包括设置在压力机四周的支撑架，构件2的上下两端分别设有上铰支座31和下铰支座32，所述支撑架设有分别与所述上铰支座31和下铰支座32滑动连接的固定横梁7。

参考图2，所述上铰支座31和下铰支座32的底座均包括上钢板和下钢板，所述上钢板和下钢板的两端均固定有外伸的铰支座滑动件33，所述固定横梁7上均设有与所述铰支座滑动件33配合的通槽71，参考图6，所述上铰支座31和所述下铰支座32分别通过所述铰支座滑动件33与所述固定横梁7的通槽71滑动连接。

参考图10和图11，所述支撑装置包括防护部件11，所述防护部件11用于预加载后分别将所述上铰支座31和下铰支座32连接至所述固定横梁7。

参考图12，所述防护部件11包括防护螺杆111、防护螺母112和防护连接杆113，所述防护连接杆113一端与所述上铰支座31或所述下铰支座32的铰支座滑动件33相连，放置在铰支座滑动件33的相应螺杆上并在外部拧上相应的螺母，所述防护连接杆113的另一端通过所述防护螺杆111及防护螺母112与调整后的固定横梁7相连。将所述防护螺杆111穿过所述固定横梁7的通槽71，并在外侧用所述防护螺母112固定，所述防护螺杆111的另一侧连接所述防护连接杆113，并拧上内侧的防护螺栓112，确保所述防护连接杆113在所述防护螺杆111内且不被所述防护螺母112固定，以提供所述防护连接杆113的转动自由度。

对单向偏压的试验构件2可采用刀铰支座，对双向偏压的试验构件2可采用球铰支座或十字铰支座。所述铰支座滑动件33的尺寸及数量可由构件2的重量进行验算。

所述铰支座滑动件33包括螺杆和位于所述螺杆上的螺母，所述螺杆的一端分别焊接在所述上钢板和下钢板上，所述螺杆的另一端向外穿过所述固定横梁7的通槽71，所述螺母位于所述通槽71的外侧的螺杆上。所述螺母可将所述铰支座滑动件33与所述固定横梁7紧固连接。螺杆的直径及数量由构件2的重量进行验算。所述通槽71的尺寸可根据所述螺杆的尺寸确定。

上铰支座31、下铰支座32均采用等级4.6或4.8的螺杆，可采用自动焊、半自动焊或用E43型焊条，将螺杆手工焊接于Q235钢板上，钢板厚度满足：d≥4d₀，其中d₀为螺杆直径。单个螺杆焊缝强度满足：单个螺杆的抗剪强度满足：

所述固定横梁7的通槽71长度应满足铰支座对试验构件2的偏心距调整，通槽71上下两边的厚度应满足：t≥1.5d₀，材料可采用常用建筑钢材如Q235、Q345等；焊接在固定横梁7两端的螺杆，单个螺杆焊缝强度满足：单个螺杆的抗剪强度满足：

所述防护连接杆113上通槽宽度根据螺栓直径确定，通槽上下两边的厚度应满足：t≥1.5d₀，材料可采用常用建筑钢材如Q235、Q345等，单个螺杆的抗剪强度满足：

所述支撑架的上下两端分别设有四个所述固定横梁7，上端的四个所述固定横梁7分别位于所述上铰支座31的上钢板和下钢板的两端，下端的四个所述固定横梁7分别位于所述下铰支座32的上钢板和下钢板的两端。连接时先将所述上铰支座31、构件2和下铰支座32分别放到既定位置，再用所述固定横梁7分别夹住上铰支座31、下铰支座32，且通过所述铰支座滑动件上的螺母将铰支座和固定横梁7紧固连接，当压力机对试验构件2进行预加载后，拧松螺母，放开固定横梁7与铰支座的连接，移除固定横梁7后继续进行加载试验。

所述支撑架包括四个立柱4和用于连接相邻立柱4的装配横梁，所述装配横梁包括第一横梁6和第二横梁5，所述固定横梁7的两端与所述第一横梁6滑动连接。

所述装配横梁包括八个所述第一横梁6和四个所述第二横梁5，参考图4和图5，所述支撑架的上下两端分别通过四个所述第一横梁6与所述固定横梁7的两端滑动连接，参考图3，所述第一横梁6与所述固定横梁7垂直设置，所述第二横梁5与所述固定横梁7平行设置。

所述第一横梁6上设有第一滑槽61，所述固定横梁7的两端分别设有与所述第一滑槽61配合的第一滑动件9，所述第一横梁6与所述固定横梁7通过所述第一滑槽61和第一滑动件9滑动连接。

所述第一横梁6的材料可采用常用建筑钢材如Q235、Q345等，第一滑槽61厚度应满足：并满足固定横梁7的第一滑动件9能在滑槽内自由滑动，固定牢靠；焊接在第一横梁6两端的螺杆，单个螺杆焊缝强度满足：单个螺杆的抗剪强度满足：

所述第一滑动件9包括第一螺杆、第一螺母和第一滑块，所述第一螺杆的一端固定在所述固定横梁7上，所述第一滑块固定在所述第一螺杆的另一端，所述第一滑块在所述第一滑槽61内滑动，所述第一螺母位于所述第一滑槽61的外侧的所述第一螺杆上。通过拧紧所述第一螺母，可将所述第一滑动件9与所述第一滑槽61紧固连接，松开所述第一螺母，可使所述第一滑动件9在所述第一滑槽61内滑动。所述第一滑槽61的尺寸可根据所述第一滑动件9的尺寸确定。

参考图8和图9，所述立柱4上设有第二滑槽10，所述装配横梁的两端分别设有与所述第二滑槽10配合的第二滑动件8，参考图7，所述装配横梁与所述立柱4通过所述第二滑槽10和所述第二滑动件8滑动连接。

所述第二滑动件8包括第二螺杆82、第二螺母83和第二滑块81，所述第二螺杆82的一端固定在所述装配横梁上，所述第二滑块81固定在所述第二螺杆82的另一端，所述第二滑块81在所述第二滑槽10内滑动，所述第二螺母83位于所述第二滑槽10的外侧的所述第二螺杆82上。通过拧紧所述第二螺母83，可将所述第二滑动件8与所述第二滑槽10紧固连接，松开所述第二螺母83，可使所述第二滑动件8在所述第二滑槽10内滑动。所述第二滑槽10的尺寸可根据所述第二滑动件8的尺寸确定。其中，第一滑动件9和第一滑动件9的结构相同，所述第一滑槽61与所述第二滑槽10的结构相同。

所述立柱4采用空心钢管，所述第二滑槽10焊接在所述立柱4的侧壁上；所述立柱4也可采用H型钢，所述第二滑槽10通过螺杆固定在所述立柱4上。带滑槽的空心立柱4，材料可采用常用建筑钢材如Q235、Q345等，第二滑槽10满足装配横梁滑块能在滑槽内自由滑动，为保证立柱4稳固性，可在底部加焊底盘。

本发明还提出了一种上述万能偏压加载支撑装置的使用方法，该方法需预先通过偏压试验构件的重量及偏心距确定各个连接部件的尺寸，具体为：

首先按照偏压试验构件重量及偏心距确定加工在上、下铰支座上的螺杆直径及数量，通过计算确定螺杆和焊缝强度满足偏压构件要求；根据构件偏心距确定上、下铰支座在固定横梁的通槽内的滑动长度，以确定所述通槽的最小长度，并根据螺杆直径确定所述通槽的宽度；通过计算确定固定横梁及装配横梁的第一螺杆、第二螺杆和焊缝强度，确定对应的螺杆直径和滑块及滑槽的尺寸。

该使用方法为：先将四根立柱竖直放置在试验平台1的既定位置，并由装配横梁连接，进行初步固定；随后放置下铰支座，将其放置在压力机中心位置，并根据其位置调整固定横梁及装配横梁的高度，用螺母将其固定；根据所需偏心距离吊装构件至所述下铰支座上，确定稳固后再将上铰支座放置在所述构件的上端，且与下铰支座对正放置，根据上铰支座的位置调整所述固定横梁及装配横梁位置并用螺母固定；固定好后，用压力机对构件进行预加载，然后将固定所述上、下铰支座的螺母松开，解除固定横梁对上铰支座和下铰支座的约束，将固定横梁滑动到保护位置，并添加防护部件，随后即可开始进行加载试验。其余的支撑架结构可继续对构件起到保护的作用。

所述支撑装置的各个部件独立，相互之间由滑槽和螺杆连接，为减轻结构自重，各个部件可使用空心钢管进行支撑。支撑架中各部件的螺杆及焊缝强度由具体承载的试验构件重量及偏心距计算决定。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。