一种拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，其包括：加载框架、加载半球、U形双向铰、刚性梁、地梁及千斤顶；所述加载半球的一端连接至拱形钢结构上，另一端连接在所述加载框架上，所述U形双向铰的一端与所述加载框架的下端连接，另一端与所述刚性梁的一端连接，所述千斤顶作用在所述刚性梁的中间位置，所述刚性梁与所述U形双向铰相对的另一端与地面形成铰接支座；所述拱形钢结构的两端与所述地梁相连；上述结构，不仅测试准确、可靠，而且可以使被测试的拱形钢结构能自由的发生平面外位移、扭转变形、平面内位移和平面内转动，真实的反映拱形钢结构的平面外失稳特性。
【专利说明】
一种拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置
技术领域
[0001]本实用新型属于拱形钢结构技术领域，尤其涉及一种用于对拱形钢结构的平面外稳定性进行测试的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的发展，建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛。此类建筑形式一般为空间拱形钢结构，结构型式可分为网架(轻钢)、空间桁架(重钢)等。这些建筑物通常都具有跨度大、造型独特、受力复杂及建成后具有地区标志性意义等特点。
[0003]目前，这种大跨度拱形钢结构的平面外稳定性能的研究范围主要集中在两个方面:一种是采用弹性力学理论结合平衡法或能量法对钢拱的平面外弹性屈曲性能及弹性屈曲载荷进行研究；另一种是考虑材料非线性、几何非线性、初始几何缺陷和截面残余应力等因素，对钢拱结构的平面外弹塑性稳定承载力进行研究，并提出相应的弹塑性稳定承载力设计方法。对于后者，现有的研究方法主要为有限元数值模拟，不少学者采用通用有限元软件(如ANSYS、ABAQUS等)或自编有限元程序进行了大量的数值分析。但由于钢拱构件的制作及试验设计相对复杂，目前对于钢拱结构的平面外稳定试验研究则相对较少，进行钢拱结构的平面外稳定承载力试验将对深入理解钢拱结构的平面外弯扭受力性能、提供可靠的试验数据并最终建立钢拱结构的平面外弹塑性设计方法具有重要意义。
[0004]现有的加载试验装置对试件进行加载试验一般采用的方法是直接加载法，即将千斤顶的加载端直接作用在试件上。对于发生平面外失稳的拱形结构而言，采用直接加载法，由于受载过程中钢拱结构的加载点会产生一定程度的弯曲、侧移以及扭转变形，那么千斤顶的加载端会约束加载点的平面外变形和扭转变形，因此不能真实的反映钢拱的平面外失稳特性，影响试验结果的正确性。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，旨在其不仅测试准确、可靠，而且可以使被测试的拱形钢结构能自由的发生平面外位移、扭转变形、平面内位移和平面内转动，真实的反映拱形钢结构的平面外失稳特性。
[0006]本实用新型是这样实现的，一种拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，其包括:加载框架、加载半球、U形双向铰、刚性梁、地梁及千斤顶;所述加载半球的一端连接至拱形钢结构上，另一端连接在所述加载框架上，所述U形双向铰的一端与所述加载框架的下端连接，另一端与所述刚性梁的一端连接，所述千斤顶作用在所述刚性梁的中间位置，所述刚性梁与所述U形双向铰相对的另一端与地面形成铰接支座;所述拱形钢结构的两端与所述地梁相连；
[0007]进一步地，前述的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置还包括加载连接件，所述加载连接件通过所述加载半球将所述加载框架连接至所述拱形钢结构上;所述加载连接件包括垫块及加载平台；所述垫块的上端与所述加载半球连接，所述垫块的下端承载在所述加载平台上，且所述加载平台的下端承载在所述拱形钢结构上。进一步地，前述的加载框架呈长方形结构，其包括两相对呈水平平行设置的下钢梁及上钢梁，以及分别与所述上钢梁及所述下钢梁连接的两个拉杆;所述两个拉杆呈相对平行设置且分别垂直于所述上钢梁及所述下钢梁;所述下钢梁上设置有加强肋以增加所述下钢梁的强度;所述下钢梁通过所述U形双向铰与所述刚性梁连接，所述上钢梁通过所述加载半球及所述加载连接件连接至所述拱形钢结构上。
[0008]进一步地，前述的上钢梁与所述加载半球的连接点为半球形，所述加载框架与所述拱形钢结构接触的加载点为半球形，所述加载点能自由转动。
[0009]进一步地，前述的U形双向铰包括两个对扣的U形卡构件及分别将两个U形卡构件对应固定至所述下钢梁及所述钢性梁上的多个螺母;所述U形卡保证所述加载框架发生侧向变形时不受所述刚性梁的约束。
[0010]进一步地，前述的刚性梁一端与所述U形双向铰连接；当所述千斤顶向下作用在所述刚性梁的中间位置以施加载荷时，所述拱形钢结构的加载点上的载荷为所述千斤顶施加的载荷的一半。
[0011]本实用新型与现有技术相比，有益效果在于:本实用新型实施方式提供的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，通过将拱形钢结构上的加载点采用两个对扣的U形卡构件将加载框架和底部的刚性梁连接，并将所述加载框架中与所述拱形钢结构接触的加载点设计为半球形，采用间接加载法对所述拱形钢结构进行平面外稳定承载力加载试验，不仅测试准确、可靠，而且可以使被测试的拱形钢结构能自由的发生平面外位移、扭转变形、平面内位移和平面内转动，真实的反映拱形钢结构的平面外失稳特性。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型实施例提供的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置安装至拱形钢结构上的结构示意图。
[0013]图2是图1中的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置的结构示意图。
[0014]图3是图1中的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置的另一角度结构示意图。
[0015]图4是图1中的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置的加载框架、U形双向铰及钢性梁相组合之另一角度的结构示意图。
[0016]图5是图1中的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置对拱形钢结构进行平面外稳定测试时的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0018]请参阅图1至图4所示，本实用新型提供的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置用于对拱形钢结构200的平面外稳定性进行测试。所述拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置包括加载框架1、加载半球2、加载连接件3、U形双向铰4、刚性梁5、地梁201及千斤顶6。所述加载半球2的一端通过所述加载连接件3连接至所述拱形钢结构200上，另一端连接在所述加载框架I的上端。所述U形双向铰4的一端与所述加载框架I的下端连接，另一端与所述刚性梁5—端的上表面连接。所述千斤顶6作用在所述刚性梁5的上表面的中间位置，所述刚性梁5与所述U形双向铰4相对的另一端与地面形成铰接支座。所述拱形钢结构200的两端与所述地梁201相连。
[0019]所述加载框架I呈长方形结构，其包括两相对呈水平平行设置的下钢梁10及上钢梁U，以及分别与所述上钢梁10及所述下钢梁11连接的两个拉杆12。所述两个拉杆12呈相对平行设置且分别垂直于所述上钢梁10及所述下钢梁11。所述下钢梁10通过所述U形双向铰4与所述钢性梁5连接。所述上钢梁11通过所述加载半球2及所述加载连接件3连接至所述拱形钢结构200上。在本实施例中，所述上钢梁11上与所述加载半球2的连接点为半球形，从而所述加载框架I与所述拱形钢结构200接触的加载点为半球形，进而使得所述加载点能自由转动。
[0020]所述加载半球2连接在所述加载框架I与所述加载连接件3之间，其形状为半球状，从而使所述加载框架I与所述拱形钢结构200的加载点可以自由转动。
[0021]所述加载连接件3通过所述加载半球2将所述加载框架I连接至所述拱形钢结构200上。所述加载连接件3包括垫块30及加载平台31。所述垫块30的上端与所述加载半球2连接，所述垫块30的下端承载在所述加载平台31上。所述加载平台31的下端承载在所述拱形钢结构200上。
[0022]所述U形双向铰4连接在所述下钢梁10与所述钢性梁5之间。所述U形双向铰4包括两个对扣的U形卡构件40及分别将两个U形卡构件40对应固定至所述下钢梁10及所述钢性梁5上的多个螺母(未标号)。在本实施例中，所述U形卡4保证所述加载框架发生侧向变形时不受所述刚性梁5的约束。
[0023]所述刚性梁5位于所述拱形钢结构200底部并与一个U形卡构件40连接。所述千斤顶6向下作用在所述刚性梁的中间位置以施加载荷，从而使得所述拱形钢结构200的加载点上的载荷为所述千斤顶6施加的载荷的一半。
[0024]请参阅图5所示，当对所述拱形钢结构200进行平面外稳定测试时，通过所述千斤顶6施加载荷外力F于所述刚性梁5上，此时所述拱形钢结构200的加载点上所承受的作用力为所述千斤顶6施加的载荷所产生的作用力F的一半，S卩F/2。当所述拱形钢结构200发生平面外变形时，所述加载点的载荷所产生的作用力F/2并非保持竖直方向，所述作用力F/2的方向指向所述U形卡构件40与所述刚性梁5之间的连接点。
[0025]本实用新型实施方式提供的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，通过将拱形钢结构上的加载点采用两个对扣的U形卡构件将加载框架和底部的刚性梁连接，并将所述加载框架中与所述拱形钢结构接触的加载点设计为半球形，采用间接加载法对所述拱形钢结构进行平面外稳定承载力加载试验，不仅测试准确、可靠，而且可以使被测试的拱形钢结构能自由的发生平面外位移、扭转变形、平面内位移和平面内转动，真实的反映拱形钢结构的平面外失稳特性。
[0026]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，其特征在于:所述拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置包括加载框架、加载半球、U形双向铰、刚性梁、地梁及千斤顶;所述加载半球的一端作用在所述拱形钢结构上，另一端连接在所述加载框架上，所述U形双向铰的一端与所述加载框架的下端连接，另一端与所述刚性梁的一端连接，所述千斤顶作用在所述刚性梁的上表面的中间位置，所述刚性梁与所述U形双向铰相对的另一端与地面形成铰接支座;所述拱形钢结构的两端与所述地梁相连。2.如权利要求1所述的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，其特征在于，所述拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置还包括加载连接件，所述加载连接件通过所述加载半球将所述加载框架连接至所述拱形钢结构上;所述加载连接件包括垫块及加载平台；所述垫块的上端与所述加载半球连接，所述垫块的下端承载在所述加载平台上，且所述加载平台的下端承载在所述拱形钢结构上。3.如权利要求2所述的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，其特征在于，所述加载框架呈长方形结构，其包括两相对呈水平平行设置的下钢梁及上钢梁，以及分别与所述上钢梁及所述下钢梁连接的两个拉杆;所述两个拉杆呈相对平行设置且分别垂直于所述上钢梁及所述下钢梁;所述下钢梁上设置有加强肋以增加所述下钢梁的强度;所述下钢梁通过所述U形双向铰与所述刚性梁连接，所述上钢梁通过所述加载半球及所述加载连接件连接至所述拱形钢结构上。4.如权利要求3所述的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，其特征在于，所述上钢梁与所述加载半球的连接点为半球形，所述加载框架与所述拱形钢结构接触的加载点为半球形，所述加载点能自由转动。5.如权利要求4所述的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，其特征在于，所述U形双向铰包括两个对扣的U形卡构件及分别将两个U形卡构件对应固定至所述下钢梁及所述刚性梁上的多个螺母;所述U形卡保证所述加载框架发生侧向变形时不受所述刚性梁的约束。6.如权利要求5所述的拱形钢结构平面外稳定承载力试验装置，其特征在于，所述刚性梁一端与所述U形双向铰连接；当所述千斤顶向下作用在所述刚性梁的中间位置以施加载荷时，所述拱形钢结构的加载点上的载荷为所述千斤顶施加的载荷的一半。
【文档编号】G01M99/00GK205642861SQ201620251528
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】戴立先, 赵思远, 郭彦林, 窦超, 李春田
【申请人】中建钢构有限公司, 清华大学