一种通用K形节点多向加载装置及方法与流程

本发明涉及强度试验转接装置范围，具体为一种通用K形节点多向加载装置及方法。

背景技术：

随着我国电力行业的发展，电压等级不断提高，对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高的要求。同传统角钢构件相比，钢管构件风压小、刚度大、结构简洁、传力清晰的特点，能够充分发挥材料的承载性能，适合在荷载较大的铁塔中采用，具有显著的综合经济效益和社会效益。

钢管管板节点和相贯节点是钢管输电塔常用的节点型式，其节点力学性能尤其是结构强度的稳定性直接影响到输电塔的安全。近年来，随着输送电压等级的提高，输电塔的高度不断提高，输电塔所承受的荷载越来越大，节点受力也越来越复杂。然而目前对管板类节点的受力性能研究还不够深入，国内外规范也未对此类节点极限承载力做出详细的规定，缺乏相应可供实际工程设计使用的计算分析方法，试验研究成为检验节点承载力性能最可靠的方式。

为观测K型节点的破坏机理及破坏形式，找出节点受力特点，为K型节点的设计提供一定的依据，现有的试验装置的功能较为单一，对于K型节点多种受力情况的试验无法做到通用要求，无法满足此类节点的多种不同要求的力学性能试验，一一对各种情况进行试验，不仅工作量大，试验成本高，而且试验效率小，不利于试验的顺利进行。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种通用K形节点多向加载装置及方法，工作量少，试验成本低，提高试验效率，能够促进试验的顺利进行。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种通用K形节点多向加载装置，包括反力框架，以及设置在反力框架中的主材拉压加载装置和辅材拉压加载装置；

所述的主材拉压加载装置包括张拉千斤顶，以及可拆卸连接在反力框架中的活动承压箱和反力装置；K形节点的主材一端与反力框架固定设置，另一端为加载端；

当对主材进行压力加载时，张拉千斤顶正向固定在长度可调的活动承压箱上，张拉千斤顶的输出端与主材加载端对接加压；

当对主材进行拉力加载时，张拉千斤顶反向固定在反力装置内，张拉千斤顶的输出端与主材加载端固定连接施加拉力；

所述的辅材拉压加载装置包括固定在反力框架内的压式千斤顶和拉式千斤顶，压式千斤顶与对应K形节点的辅材同轴设置用于压力加载，拉式千斤顶的活塞内拉杆与对应K形节点的辅材同轴固定用于拉力加载。

优选的，反力框架由上下的顶部型钢和底部型钢，以及左右两个钢板焊接架固定连接形成。

优选的，主材一端通过法兰固定在反力框架内固定设置的水平固定承压箱上，张拉千斤顶通过承压盖帽与主材对接加压。

优选的，反力装置包括顶板和平行于主材设置的至少两个螺杆；螺杆一端穿套限位在反力框架上，另一端穿套设置顶板并对顶板限位；张拉千斤顶固定在顶板靠近反力框架的一侧。

优选的，还包括活塞拉杆；当对主材进行拉力加载时，活塞拉杆一端与张拉千斤顶的输出端同轴固定，另一端同轴穿套轴向限位的螺栓盘，螺栓盘与主材加载端同轴固定连接。

优选的，压式千斤顶通过调角固定承压箱与反力框架固定连接，压式千斤顶通过承压盖帽与主材和对应的辅材对接加压。

优选的，拉式千斤顶通过千斤顶固定箱与反力框架固定连接；千斤顶固定箱内固定有钢槽，钢槽设置在对应辅材的延伸线上，拉式千斤顶置于钢槽内固定，拉式千斤顶输出端依次通过活塞内拉杆和拉伸连接件与对应辅材同轴连接。

一种通用K形节点多向加载方法，基于本发明所述的通用K形节点多向加载装置，包括以下步骤，

步骤1，根据试件K形节点的加载要求，确定对应的压式千斤顶和拉式千斤顶数量和位置，并将张拉千斤顶、压式千斤顶和拉式千斤顶安装至指定位置；

步骤2，主材一端固定在反力框架上，下端放置支撑件使其与张拉千斤顶对中；将压式千斤顶和拉式千斤顶与对应的辅材对中，保证各构件轴心受力；

步骤3，加载时，先通过张拉千斤顶对节点施加轴向压力或拉力至设计荷载；

步骤4，通过对应的压式千斤顶或拉式千斤顶，对辅材同时施加分级压或拉荷载，直到试件破坏。

优选的，步骤3中，张拉千斤顶对节点施加轴向压力时，张拉千斤顶通过调节活动承压箱的长度，对不同长度试件进行压力加载。

优选的，步骤3中，张拉千斤顶对节点施加轴向拉力时，张拉千斤顶通过反力装置中的顶板固定，活塞拉杆穿过张拉千斤顶内部分别连接张拉千斤顶和主材，通过调节螺杆长度，调节顶板位置，对不同长度试件进行拉力加载。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过提供一种通用K形节点多向加载装置和方法可实现复杂节点的多向受力试验；可在分别对主材和辅材的压式多向加载装置及拉式多向加载装置的基础上调整管材间连接角度实现节点的多角度受力试验，通过液压千斤顶对管材节点平面外施加张力和压力；可更改试验管材材料类型实现多种材料K形节点受力试验；可通过调节承压箱及螺杆长度实现不同尺寸规格的K形节点受力试验，操作方便，减少工作量并提高试验效率。

进一步的，通过活动承压箱和反向装置配合张拉千斤顶协同工作实现对管材的拉压加载，可满足输电塔中此类节点的多向不同加载的力学性能试验要求，结构简单、功能多样，可降低试验成本，减少工作量，提高试验效率，促进试验的顺利进行。

附图说明

图1为本发明进行主材压力加载时的总体结构示意图。

图2为本发明进行主材拉力加载时的总体结构示意图。

图3为本发明进行多角度加载的示意图。

图中：1.底部型钢、2.顶部型钢、3.钢板焊接架，4.水平固定承压箱，5.张拉千斤顶，6.活动承压箱，7.调角固定承压箱，8.压式千斤顶，9.千斤顶固定箱，10.拉式千斤顶，11.钢槽，12法兰，13.主材，14.螺栓盘，15.第一辅材，16.第二辅材，17.拉伸连接件，18.连接板，19.环板，20.承压盖帽，21.活塞拉杆，22.螺杆，23.活塞内拉杆，24、25、26、27.螺帽。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种通用K型节点多向加载装置，包括如图1的通用K型节点多向压式加载装置和如图2所示的通用K型节点多向拉式加载装置。K型节点由一根主材13和两根辅材15、16组成，主材13和第一、二辅材15、16作为节点管材间由连接板18和螺栓连接而成，连接板18与节点管材间有环板19存在，节点管材轴线交于主材中轴线上；液压千斤顶与反力框架间的连接由承压箱或千斤顶固定箱9进行连接。反力框架由上下的顶部型钢2和底部型钢1，以及左右两个钢板焊接架3通过角焊缝连接形成，钢材采用Q345。

加载装置由水平固定承压箱4和张拉千斤顶5构成，水平向加载一端由水平固定承压箱4与反力框架焊接而成，另外一端由活动承压箱6或反力装置中的一个和张拉千斤顶5构成。活动承压箱6长度可以变化，加压载荷时张拉千斤顶5固定在活动承压箱6上，加拉载荷时张拉千斤顶5置于反力装置中，通过螺杆22反力从而对主材13施加拉力。

具体的，K形节点的主材13与水平固定承压箱4之间通过连接法兰12和螺栓进行连接，与右侧的张拉千斤顶5间通过承压盖帽20进行连接。K形节点受压的第一辅材15与压式千斤顶8之间通过承压盖帽20进行连接；受拉的第二辅材16与拉式千斤顶10间通过拉伸连接件17和螺栓进行连接。对于第一、二辅材15、16的加载，其中第一辅材15由调角固定承压箱7和压式千斤顶8施加压力；第二辅材16由千斤顶固定箱9和拉式千斤顶10对其施加拉力。拉式千斤顶10置于千斤顶固定箱9内的钢槽11内进行固定，槽钢11与千斤顶固定箱9通过焊接连接。

如图1所示，通用K型节点多向压式加载装置，主要由门式反力框架，用于加载的液压千斤顶，承压箱，固定箱9，法兰12和承压盖帽20和连接件组成。液压千斤顶包括张拉千斤顶5、压式千斤顶8和拉式千斤顶10；承压箱包括水平固定承压箱4、调角固定承压箱7和活动承压箱6；本实施例中，张拉千斤顶5可施加小于等于200t的水平压力，压式千斤顶8可施加20t顶式压力荷载，拉式千斤顶10可施加50t拉力荷载。活动承压箱6可通过调节长度，对不同长度试件进行加载。为实现辅材受拉，第二辅材16与活塞内拉杆23通过拉伸连接件17拼接，活塞内拉杆23与拉式千斤顶10通过螺栓连接。

通过液压伺服系统张拉千斤顶5、压式千斤顶8和拉式千斤顶10，张拉千斤顶5和压式千斤顶8顶出，通过承压盖帽20对主材和第一辅材的管材施加压力，拉式千斤顶10顶出带动活塞内拉杆23拉伸，活塞内拉杆23带动第二辅材受拉。张拉千斤顶5固定在一个活动承压箱6上，可通过调节活动承压箱6的长度适应不同规格管材试验。

试验时，如图1所示。

步骤1，安装张拉千斤顶5、压式千斤顶8和拉式千斤顶10至指定位置；

步骤2，吊装试件至门式反力框架附近，利用法兰12将主材13一端固定在固定承压箱4上，在端部设置承压盖帽20，且下端放置支撑件使其与张拉千斤顶5对中；

步骤3，将液压千斤顶与对应的主材和辅材对中，保证各构件轴心受力；

步骤4，加载时，先通过张拉千斤顶5对节点施加轴向压力至设计荷载；

步骤5，通过液压控制系统，对第一、二辅材15、16同时施加分级压、拉荷载，直到试件破坏。

如图2所示，通用K型节点多向拉式加载装置，主要由门式反力框架，用于加载的液压千斤顶，承压箱，固定箱9，法兰12，承压盖帽20，螺栓盘14，螺杆22组成。液压千斤顶包括张拉千斤顶5、压式千斤顶8和拉式千斤顶10；承压箱包括水平固定承压箱4和调角固定承压箱7；本实施例中，张拉千斤顶5可施加小于等于200t的水平拉力，压式千斤顶8可施加20t顶式压力荷载，拉式千斤顶10可施加50t拉力荷载。螺杆22可通过调节长度，对不同长度试件进行加载。为实现对主材施加拉力，拉杆21置于主材13内，通过螺栓与螺栓盘14陷于主材内，螺杆22与张拉千斤顶5通过螺帽27连接。为抵抗张拉千斤顶5反力，通过螺杆22与螺帽24设计反力装置。如图2所示。同样可以通过调节螺杆22长度，对不同长度试件进行加载。

相比压式加载装置，将张拉千斤顶5倒转方向，通过活塞拉杆21、螺杆22以及顶板固定，通过液压伺服系统张拉千斤顶5顶出，带动活塞拉杆21拉伸对主材13施加拉力。活塞拉杆21穿过张拉千斤顶5内部，通过螺栓26、27与千斤顶和管材连接，管材与活塞拉杆21间设置有螺栓盘14，螺栓盘14内部打洞，供活塞拉杆21穿出。

试验时，如图2所示。

步骤1，安装张拉千斤顶5、压式千斤顶8和拉式千斤顶10至指定位置，其中张拉千斤顶5放置于螺杆22与螺帽24组成的反力架内；

步骤2，吊装试件至门式反力框架附近，利用法兰12将主材13一端固定在固定承压箱4上，在另一端，通过螺帽26、螺栓盘14、活塞拉杆21和螺帽27，将该端栓接于千斤顶5；

步骤3，将液压千斤顶与对应的主材和辅材对中，保证各构件轴心受力；

步骤4，加载时，先通过张拉千斤顶5对节点施加轴向拉力至设计荷载；

步骤5，通过液压控制系统，对第一、二辅材15、16同时施加分级压、拉荷载，直到试件破坏。

本发明一种通用K形节点多向加载装置，对于第一、二辅材15、16与主材13之间的角度可根据实际情况改变，同时改变液压千斤顶角度即可实现对节点的多角度加载；同时也可增加或减少辅材数量，如图3所示，对应增加了一组受拉辅材，并调整了辅材之间的角度。

综上，本发明提供的一种通用K形节点多向加载装置，通过调节液压千斤顶的方向、活动承压箱的长度以及辅材的角度和材料类型，可满足不同型号及规格的K形复杂节点多向受力试验加载需求，不仅降低了试验成本，减少了工作量，同时有效的提高了试验效率，促进了试验的顺利进行。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。