一种角钢交叉斜材稳定承载力试验装置及试验方法与流程

本发明涉及一种承载力试验装置，具体涉及一种对角钢交叉斜材稳定承载力进行试验的装置及试验方法。

背景技术：

为实现承受某一空中载荷、通讯或其他功能而架设的独立式的钢结构物统称为铁塔，输电线路铁塔简称输电铁塔或电力铁塔，是用于支撑、承载输电线路的空间桁架结构的铁塔，通常包括塔头、塔身和塔腿三大部分，一般是采用角钢、钢板或钢管部件制作，采用螺栓连接和焊接连接组合连接而成。

角钢交叉斜材是输电铁塔常用的部件，也是提高输电铁塔承载能力、抗变形性能的重要构件，杆端偏心、转动约束等因素使交叉斜材受压杆件稳定性计算较复杂，然而现行的《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2012)将其简化为轴心受压杆件计算，数据离散性较大，目前所用理论仍然是建立在有限元模拟、理论分析的基础上的，缺乏相应的试验依据，且目前国内仍无专门进行交叉斜材承载力的试验装置。

因此，急需发明一种构造简单，安装方便，通用性强的输电线路铁塔角钢交叉斜材稳定承载力试验装置。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种角钢交叉斜材稳定承载力试验装置及试验方法，其结构简单，能便于安装，同时还具有较强的通用性。

为了实现上述目的，本发明的角钢交叉斜材稳定承载力试验装置包括反力墙、反力架和电控装置，反力架和反力墙均固定于水平地面上；

所述的反力架包括立柱和水平固定于立柱上的横梁；

所述反力墙面对反力架的墙面上通过作动器底座固定设有水平设置的伺服作动器，伺服作动器内置有载荷传感器，伺服作动器远离反力墙的一端与第一T型支座的一端固定连接，第一T型支座的另一端设有斜材紧固部件；

所述立柱面对反力墙的柱面上固定设有第四T型支座，第四T型支座远离立柱的一端设有斜材紧固部件；

所述横梁的底面上固定设有第三T型支座，第三T型支座远离横梁的一端设有斜材紧固部件；

水平地面上对应第三T型支座的位置还竖直设有千斤顶，千斤顶的顶端固定设有第二T型支座，且千斤顶的顶端与第二T型支座之间还设有荷载传感器，第二T型支座远离千斤顶的一端设有斜材紧固部件；

所述的电控装置包括工业控制计算机、载荷控制回路、载荷反馈回路和数据分析输出回路，工业控制计算机分别与伺服作动器的内置传感器和荷载传感器电连接。

通过改变伺服作动器的加载力的方向，调整各个T型支座的位置以及横梁的纵向位置能够适应各种角度交叉，各种不同大小和规格的斜材。通过伺服作动器能够对斜材施加压和拉应力，其荷载值由内置传感器自动获取。通过千斤顶能够对斜材施加压应力，其荷载值由外置的荷载传感器自动获取，如此能够很方便的对斜材承压稳定性进行检测和评估。

作为本发明的进一步改进方案，所述的横梁通过移动定位机构与立柱固定连接；所述的第三T型支座通过移动定位机构与横梁固定连接；所述的第四T型支座通过移动定位机构与立柱固定连接；所述的第三T型支座通过移动定位机构与横梁固定连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述立柱与反力墙通过水平拉杆、第一栓固构件、第二栓固构件固定连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述千斤顶外有一顶端开口的套筒，其外表面上设有两个纵向滑槽，纵向滑槽位于套筒对称的两侧，且纵向滑槽不贯通套筒的侧壁，两个纵向滑槽分别与L型钢板滑动连接，L型钢板顶端与第二T型支座固定连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述伺服作动器外表面固定一支架，该支架的支杆与反力墙固定连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述立柱以及横梁的横截面均为H型，立柱与反力墙相对的一面从上之下均匀设置有多个安装孔，所述横梁的底面长度方向上开有均匀分布的安装孔。

作为本发明的进一步改进方案，所述的立柱还包括两根辅助立柱，辅助立柱、立柱与水平地面的接触点围成一个等腰三角形，该等腰三角形的底与反力墙与立柱相对的侧面平行，位于等腰三角形底边上的两个辅助立柱的顶端通过一个顶端横梁连接，位于等腰三角形顶点上的立柱的顶端通过横梁与顶端横梁连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述立柱的底端固定一地面固定钢梁，地面固定钢梁与立柱之间固定一倾斜的斜向支撑钢梁。

本发明的角钢交叉斜材稳定承载力试验方法包括以下步骤，步骤一：将角钢交叉斜材的各端分别与第一至第四T形支座固定连接；

步骤二：控制伺服作动器、千斤顶对角钢施加压力，通过伺服作动器中内置的传感器和与千斤顶相连的荷载传感器获得角钢交叉斜材的两端均承受压力时的荷载数值；

步骤三：当步骤二中伺服作动器中内置的传感器或与千斤顶相连的荷载传感器之一的荷载数值无法保持稳定且呈下降趋势时，步骤二中的试验即停止，最先下降的荷载数值即为角钢交叉斜材所能承受的最大压力；

步骤四：控制伺服作动器对角钢中的水平角钢施加拉力，控制千斤顶对角钢中的垂直角钢施加压力，通过伺服作动器中内置的传感器和与千斤顶相连的荷载传感器可以获得角钢交叉斜材的一端承受压力、另一端承受拉力时的荷载数值；

步骤五：当步骤四中与千斤顶相连的压力传感器的荷载数值无法保持稳定且呈下降趋势时，试验终止，记下相应的荷载数值，最先下降的荷载数值即为角钢交叉斜材所能承受的最大压力。

通过以上步骤能够快速而准确地对角钢交叉斜材的荷载情况进行试验和分析，进而可以准确地对角钢交叉斜材的性能作出评价；本发明可以通过改变伺服作动器的加载力的方向对角钢交叉斜材进行压-压和拉-压的稳定承载力试验，固定于反力墙上的伺服作动器可施加压力和拉力，其荷载值由内置传感器自动获取，放置于地面上的水平千斤顶主要提供推力来使角钢交叉斜材产生压力，相应的荷载值通过压力传感器获得；通过水平拉杆的设置，可以进一步确保装置的水平刚度，从而可以保证试验的精度；通过使立柱以及横梁的横截面均设置为H型，并使立柱与反力墙相对的一面从上之下均匀设置有多个安装孔、所述横梁的底面长度方向上开有均匀分布的安装孔，这样能提高该装置的灵活性，可以用于不同型号的角钢交叉斜材的试验；通过上部钢梁水平、垂直方向调整，从而能提高该装置的通用性；通过支架固定伺服作动器，更好的保证了端部的固定效果，从而可以保证试验的精确性；通过L形钢板同千斤顶套筒上滑槽的连接及与T形支座的固定连接，这样可以进一步的确保试验的精确性；该装置操作过程简便、其适用性较广、可靠性高，并可重复利用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是带有辅助立柱等固定结构的装置示意图。

图3是图2的A-A剖视图；

图4是辅助立柱与顶端横梁位置示意图；

图5是千斤顶和套筒示意图；

图6是套筒示意图；

图7是第二T型支座的主视图；

图8是第二T型支座的左视图；

图9是第二T型支座的俯视图；

图10是支座主视图。

图中，1、反力墙，2、作动器底座，3、伺服作动器，4、支架，5、第一T形支座，6、水平拉杆，7、立柱，71、辅助立柱，8、角钢交叉斜材，9、套筒，91、纵向滑槽，10、L形钢板，11、千斤顶，12、荷载传感器，13、第二T形支座，14、第三T形支座，15、横梁，16、第一栓固构件，17、第四T形支座，18、地面固定钢梁，19、斜向支撑钢梁，20、顶部固定钢梁，21、第二栓固构件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1所示，该角钢交叉斜材稳定承载力试验装置，包括反力墙1、反力架和电控装置，反力架和反力墙1均固定于水平地面上。

反力架包括立柱7和水平固定于立柱7上的横梁15。

所述反力墙1面对反力架的墙面上通过作动器底座2固定设有水平设置的伺服作动器3，伺服作动器3内置有载荷传感器，伺服作动器3远离反力墙1的一端与第一T型支座5的一端固定连接，第一T型支座5的另一端设有斜材紧固部件。

所述立柱7面对反力墙1的柱面上固定设有第四T型支座17，第四T型支座17远离立柱7的一端设有斜材紧固部件。

所述横梁15的底面上固定设有第三T型支座14，第三T型支座14远离横梁15的一端设有斜材紧固部件。

水平地面上对应第三T型支座14的位置还竖直设有千斤顶11，千斤顶11的顶端固定设有第二T型支座13，且千斤顶11的顶端与第二T型支座13之间还设有荷载传感器12，第二T型支座13远离千斤顶11的一端设有斜材紧固部件。

所述的电控装置包括工业控制计算机、载荷控制回路、载荷反馈回路和数据分析输出回路，工业控制计算机分别与伺服作动器3的内置载荷传感器和荷载传感器12电连接。

为了便于试验不同交叉角度的交叉斜材，作为本发明的进一步改进方案，所述的横梁15可以通过螺栓与立柱7固定连接，立柱7上需设置多个安装孔用于调整横梁15的高度位置，横梁15也可以通过滑槽与立柱7连接，通过紧固件来固定其纵向位置；同样的，对于第三和第四T型支座的调整也可使用此方法来调整位置。

且位于所有的T型支座的首端的紧固部件可以是常用任一结构的紧固件，也可以是铰接孔，利用铰接孔与斜材的端部进行铰接。

为了保证试验的精度，作为本发明的进一步改进方案，如图2至图9所示，所述立柱7与反力墙1通过水平拉杆6、第一栓固构件16、第二栓固构件21固定连接；通过水平拉杆6的设置，可以进一步确保装置的水平刚度，从而可以保证试验的精度。

为了在千斤顶11伸缩进行试验的过程中增加第二T型支座13的稳定性、保证试验的精度，作为本发明的进一步改进方案，所述千斤顶11外有一顶端开口的套筒9，其外表面上设有两个纵向滑槽91，纵向滑槽91位于套筒9对称的两侧，且纵向滑槽91不贯通套筒9的侧壁，两个纵向滑槽91分别与L型钢板10滑动连接，L型钢板10顶端与第二T型支座13固定连接；千斤顶11动作过程中第二T型支座13可通过L型钢板10稳固在套筒9上上下滑移，同时通过L形钢板同千斤顶套筒上滑槽的连接及与第二T形支座的固定连接，同时可以使千斤顶11产生的压应力能够沿滑槽垂直向上、进一步的确保试验的精确性。

为了保证伺服作动器3输出载荷的稳定性，作为本发明的进一步改进方案，所述伺服作动器3外表面固定一支架4，该支架4的支杆与反力墙1固定连接；伺服作动器3通过支架4固定于反力墙1上，能够保证伺服作动器3应力产生方向稳定，不会因应力增大而发生震动或移位等问题。

为了便于安装和适用于不同型号的角钢交叉斜材的试验，作为本发明的进一步改进方案，所述立柱7以及横梁15的横截面均为H型，立柱7与反力墙1相对的一面从上之下均匀设置有多个安装孔，所述横梁15的底面长度方向上开有均匀分布的安装孔。

为了增加反力架的整体稳定性，作为本发明的进一步改进方案，所述的立柱7还包括两根辅助立柱71，辅助立柱71与立柱7、水平地面的接触点围成一个等腰三角形，该等腰三角形的底与反力墙1与立柱7相对的侧面平行，位于等腰三角形底边上的两个辅助立柱71的顶端通过一个顶端横梁20连接，位于等腰三角形顶点上的立柱7的顶端通过横梁15与顶端横梁20连接；三根立柱成三角形分布能够提高反力架的稳定性，保证试验精度。

为了进一步增加反力架的整体稳定性，作为本发明的进一步改进方案，所述立柱7的底端固定一地面固定钢梁18，地面固定钢梁18与立柱7之间固定一倾斜的斜向支撑钢梁19。

试验过程中通过改变伺服作动器3的加载力的方向，可以对角钢交叉斜材8压-压和拉-压的稳定承载力试验，固定于反力墙1上的伺服作动器3可施加压力和拉力，其荷载值由内置传感器自动获取，放置于地面上的千斤顶套筒9内的水平千斤顶11主要提供推力来使角钢交叉斜材产生压力，相应的荷载值通过压力传感器获得；该装置操作过程简便、其适用性较广、可靠性高，并可重复利用。

利用该装置进行试验时，步骤一：将角钢交叉斜材8的各端分别与第一至第四T形支座5、13、14、17固定连接；

步骤二：控制伺服作动器3、千斤顶11对角钢8施加压力，通过伺服作动器3中内置的传感器和与千斤顶11相连的荷载传感器12获得角钢交叉斜材8的两端均承受压力时的荷载数值；

步骤三：当步骤二中伺服作动器3中内置的传感器或与千斤顶11相连的荷载传感器12之一的荷载数值无法保持稳定且呈下降趋势时，步骤二中的试验即停止，最先下降的荷载数值即为角钢交叉斜材8所能承受的最大压力；

步骤四：控制伺服作动器3对角钢8中的水平角钢施加拉力，控制千斤顶11对角钢8中的垂直角钢施加压力，通过伺服作动器3中内置的传感器和与千斤顶11相连的荷载传感器12可以获得角钢交叉斜材8的一端承受压力、另一端承受拉力时的荷载数值；

步骤五：当步骤四中与千斤顶11相连的压力传感器12的荷载数值无法保持稳定且呈下降趋势时，试验终止，记下相应的荷载数值，最先下降的荷载数值即为角钢交叉斜材8所能承受的最大压力。

如此能够快速获得角钢交叉斜材承载力的数值，快速分析结构的稳定性，使用方便，实用性强。