试件自由度约束装置及其施工方法与流程

本发明涉及一种试件自由度约束装置及其施工方法。

背景技术：

在试验构件的加载中，在约束试验构件的平动与转动自由度的同时，尽量减小试验构件与约束装置之间的摩擦力，从而使试验构件加载过程中的边界条件接近实际边界条件，需设计合理的约束装置。通常采用钢板或角钢来约束平动与转动自由度，并涂抹黄油来减小摩擦力。这种方法虽然能够约束平动与转动自由度，但由于黄油易涂抹不均，且其自身存在一定的粘滞性能，能够减少部分摩擦力，却无法完全消除摩擦力。而且试验构件在往复荷载作用下，黄油易移位，从而导致摩擦力值无法控制。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种试件自由度约束装置及其施工方法，不仅结构设计合理，而且高效便捷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种试件自由度约束装置，包括偶数个的约束单体，所述约束单体包含混凝土构件，所述混凝土构件的中部具有凹槽，所述凹槽底部设置有平钢板，沿所述平钢板的长度方向间隔设置若干支撑钢板，每个所述支撑钢板的顶部均设置有下弧形衬套，若干所述下弧形衬套上架设有一根圆钢杆，所述圆钢杆上沿其长度方向间隔套设有若干轴承，所述下弧形衬套上扣合有上弧形衬套并经螺栓固定后将圆钢杆压紧。

优选的，两个所述约束单体上下相对扣合后形成套管状，并用螺杆螺母组件固定两个所述约束单体的两端，形成一组约束单体组件。

优选的，两个所述约束单体上下相对扣合后形成套管状，并用螺杆螺母组件固定两个所述约束单体的两端，形成一组约束单体组件，两组所述约束单体组件并排设置。

优选的，所述平钢板经膨胀螺丝与混凝土构件的凹槽固定连接。

优选的，所述支撑钢板呈三角形。

优选的，所述支撑钢板焊接在平钢板上，所述下弧形衬套焊接在支撑钢板上。

优选的，所述下弧形衬套与轴承交替设置。

一种试件自由度约束装置的施工方法，包括上述任意一项所述的试件自由度约束装置，包含以下步骤：

（1）预制混凝土构件，所述混凝土构件的中部具有凹槽，在所述混凝土构件的两端预留螺杆孔；

（2）将平钢板固定在步骤（1）中预制的混凝土构件的凹槽底部，沿所述平钢板的长度方向间隔设置若干支撑钢板，在每个所述支撑钢板的顶部设置下弧形衬套；

（3）在圆钢杆的长度方向上间隔套设若干轴承，将套设有轴承的圆钢杆架设于若干所述下弧形衬套上，并在每个所述下弧形衬套上扣合上弧形衬套，最后用螺栓固定每对上弧形衬套与下弧形衬套，所述混凝土构件、平钢板、支撑钢板、下弧形衬套、圆钢杆、轴承以及上弧形衬套形成一个约束单体；

（4）将两个步骤（3）得到的约束单体上下相对扣合、形成套管状，通过螺杆螺母组件将上下相对扣合的两个所述约束单体固定连接形成一组约束单体组件，从而得到用以约束试件的平动自由度的约束装置；

（5）将两个步骤（3）得到的约束单体上下相对扣合、形成套管状，通过螺杆螺母组件将上下放置的两个所述约束单体固定连接形成一组约束单体组件，接着将至少两组约束单体组件并排放置，从而得到用以约束试件的转动自由度的约束装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明结构设计简单、合理，通过将轴承套设在圆钢杆上，并固定在混凝土构件上形成约束单体，并用螺杆螺母组件将两个约束单体上下组合形成一组约束单体组件，从而得到用以约束试件的平动自由度的约束装置；接着将至少两组约束单体组件并排放置，从而得到用以约束试件的转动自由度的约束装置；采用轴承和圆钢杆可完全消除试件与约束装置之间的摩擦力，从而使试件加载过程中的边界条件接近实际边界条件，保证实验精度，具有广阔的应用前景。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例混凝土构件的主视示意图。

图2为本发明实施例混凝土构件的侧视示意图。

图3为本发明实施例混凝土构件的俯视示意图。

图4为本发明实施例混凝土构件、平钢板、支撑钢板以及下弧形衬套结构的主视示意图。

图5为本发明实施例混凝土构件、平钢板、支撑钢板以及下弧形衬套结构的侧视示意图。

图6为本发明实施例混凝土构件、平钢板、支撑钢板以及下弧形衬套结构的俯视示意图。

图7为本发明实施例约束单体的主视示意图。

图8为本发明实施例约束单体内部的侧视示意图。

图9为本发明实施例约束单体的俯视示意图。

图10为本发明实施例约束试件的平动自由度的第一使用状态示意图。

图11为本发明实施例约束试件的平动自由度的第二使用状态示意图。

图12为本发明实施例约束试件的转动自由度的第一使用状态示意图。

图13为本发明实施例约束试件的转动自由度的第二使用状态示意图。

图中：1-约束单体，101-混凝土构件，102-平钢板，103-支撑钢板，104-下弧形衬套，105-圆钢杆，106-轴承，107-上弧形衬套，108-螺栓，109-螺杆螺母组件，110-膨胀螺丝，111-螺杆孔，2-试件。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~13所示，一种试件自由度约束装置，包括偶数个的约束单体1，所述约束单体1包含混凝土构件101，所述混凝土构件101的中部具有凹槽，所述凹槽底部设置有平钢板102，沿所述平钢板102的长度方向间隔设置若干支撑钢板103，每个所述支撑钢板103的顶部均设置有下弧形衬套104，若干所述下弧形衬套104上架设有一根圆钢杆105，所述圆钢杆105上沿其长度方向间隔套设有若干轴承106，所述下弧形衬套104上扣合有上弧形衬套107并经螺栓108固定后将圆钢杆105压紧。

在本发明实施例中，两个所述约束单体1上下相对扣合后形成套管状，并用螺杆螺母组件109固定两个所述约束单体1的两端，形成一组约束单体组件，从而得到用以约束试件2的平动自由度的约束装置。

在本发明实施例中，两个所述约束单体1上下相对扣合后形成套管状，并用螺杆螺母组件109固定两个所述约束单体1的两端，形成一组约束单体组件，两组所述约束单体组件并排设置，从而得到用以约束试件2的转动自由度的约束装置。

在本发明实施例中，所述平钢板102经膨胀螺丝110与混凝土构件101的凹槽固定连接。

在本发明实施例中，所述支撑钢板103呈三角形。

在本发明实施例中，所述支撑钢板103焊接在平钢板102上，所述下弧形衬套104焊接在支撑钢板103上。

在本发明实施例中，所述下弧形衬套104与轴承106交替设置。

在本发明实施例中，一种试件自由度约束装置的施工方法，包括上述任意一项所述的试件自由度约束装置，包含以下步骤：

（1）预制混凝土构件101，所述混凝土构件101的中部具有凹槽，在所述混凝土构件101的两端预留螺杆孔111；

（2）将平钢板102固定在步骤（1）中预制的混凝土构件101的凹槽底部，沿所述平钢板102的长度方向间隔设置若干支撑钢板103，在每个所述支撑钢板103的顶部设置下弧形衬套104；

（3）在圆钢杆105的长度方向上间隔套设若干轴承106，将套设有轴承106的圆钢杆105架设于若干所述下弧形衬套104上，并在每个所述下弧形衬套104上扣合上弧形衬套107，最后用螺栓108固定每对上弧形衬套107与下弧形衬套104，所述混凝土构件101、平钢板102、支撑钢板103、下弧形衬套104、圆钢杆105、轴承106以及上弧形衬套107形成一个约束单体1；

（4）将两个步骤（3）得到的约束单体1上下相对扣合、形成套管状，通过螺杆螺母组件109将上下相对扣合的两个所述约束单体1固定连接形成一组约束单体组件，从而得到用以约束试件2的平动自由度的约束装置，实验时，将试件2置于两个约束单体1围成的空腔之间，试件2的上、下侧面同时与一组约束单体组件中位于上侧的轴承106、位于下侧的轴承106相接触；

（5）将两个步骤（3）得到的约束单体1上下相对扣合、形成套管状，通过螺杆螺母组件109将上下放置的两个所述约束单体1固定连接形成一组约束单体组件，接着将至少两组约束单体组件并排放置，从而得到用以约束试件2的转动自由度的约束装置，实验时，将试件2置于两组约束单体组件围成的空腔之间，试件2两端的上、下侧面同时与两组约束单体组件中位于上侧的轴承106、位于下侧的轴承106相接触。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的试件自由度约束装置及其施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。