一种钢结构节点平面力学性能试验装置的制作方法

本实用新型属于仪器仪表制造业技术领域，涉及一种钢结构节点平面力学性能试验装置。

背景技术：

钢结构作为一种重要的结构形式在工业与民用建筑中广泛使用，土木类高校开展了大量的钢结构相关课程，学习了钢结构节点构造、节点板受力特征等知识，掌握了钢结构制动桁架、辅助桁架及屋架上、下弦节点力值计算方法，然而目前高校缺少研究钢结构节点平面力学性能的教学实验装置。

同济大学实验室设计制作了可承受4000KN荷载的长4.146米、宽0.55米、高4.878米的封闭式矩形加载钢框架[1]；清华大学设计制造了钢结构加载环[2]；日本东京大学奥村研究室设计加工了内径2.6米、外径3.6米的钢结构加载环[3]；哈尔滨工业大学张禁[4]设计制作了内径4.0米、外径6.6米的多功能钢结构加载环，最大加载量为4000KN；武振宇等[5]设计了一个可用于平面和特定空间节点的试验加载的L型反力架。这些装置都是针对某一构造形式的节点制作，不太适合其他形式构件的试验研究。采用加载环进行试验时，加载装置平放在试验台面上，占用面积较大，且不便于试验时学生动手操作和试验现象观察。

以下为申请人检索到的现有技术的相关文献：

[1]Zhen Chen.Experimental Research on Full-Scall Multiplanar CHS Joints.In Candidacy for the Master of Engineering Science.2002.14

[2]王娴明.建筑结构试验.北京：清华大学出版社，1988.26

[3]冈本舜三.钢构造の研究.技报堂出版社，昭和52年

[4]张禁，张文元，张耀春.多功能加载装置的研制和应用[J].工业建筑，2004(3)：40-43

[5]武振宇，张壮南，丁玉坤，等.K型、KK型间隙方钢管节点静力工作性能的试验研究[J].建筑结构学报，2004，25(2)：32-38

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了一种钢结构节点平面力学性能本科教学试验装置，克服现有钢结构节点平面力学性能试验装置只能针对某一构造形式的节点制作，操作不方便的缺陷。

为达到上述目的，本实用新型采取如下的技术方案：

一种钢结构节点平面力学性能本科教学试验装置，包括半圆形的弧形梁，弧形梁两端安装在两个竖向支柱的顶部，两个支柱下端固定在横向的长方体底梁上；

所述的弧形梁为双槽结构，弧形梁的双槽的两个底面相互靠近并存在间隙，所述的间隙为安装间隙，弧形梁内侧可拆卸安装有多个液压千斤顶，弧形梁的外侧水平方向安装有一个机械千斤顶，机械千斤顶与弧形梁的圆心处于同一水平面；

所述的底梁的内侧固定安装有竖向的支座，底梁的两端设有手动油泵，手动油泵连接所述的液压千斤顶。

本实用新型还具有如下区别技术特征：

所述的液压千斤顶与弧形梁之间通过弧形梁连接件和千斤顶连接件连接；

所述的弧形梁连接件上设有螺孔，采用螺杆穿过弧形梁连接件上的螺孔及弧形梁的安装间隙，通过螺帽将螺杆的端部固定于弧形梁的外侧。

所述的弧形梁连接件通过螺栓与千斤顶连接件固定连接。

所述的千斤顶连接件通过螺栓固定连接液压千斤顶的底部。

所述的液压千斤顶的加载端通过一个试件连接件连接有试件。

所述的液压千斤顶的加载端与试件连接件之间安装有压力传感器。

所述的试件连接件连接有试件。

所述的底梁的两端下方安装有基座。

本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

本实用新型的钢结构节点平面力学性能试验装置占地少，操作简便，试验教学过程直观，能够真实地模拟屋架上下弦节点的受力性能，适用于钢结构T型、K型、Y型节点的轴心加载试验及钢梁的弯曲性能试验。

本装置利用弧形梁加载点角度灵活多变、长方体底梁方便观测、易操作等优点，将弧形梁和长方体底梁连接成整体，方便本科教学实验的开展，填补现有土木工程方向本科生教学实验动手操作项目较少的缺陷。采用弧形梁和长方体底梁相结合的本科教学试验装置，不仅可以实现试验过程中的易操作性、可接近观察、且方便测点布置，而且通过手动液压千斤顶施加荷载，可以逐步观测钢结构节点区、各杆件的变形情况。装置操作简单，试验观测方便，非常适用于本科教学试验，可开拓学生实际操作能力及增强学生对钢结构节点力学性能分析的了解。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的右视图的结构示意图；

图3为本实用新型的左视图的结构示意图；

图4为本实用新型的弧形梁径向截面示意图；

图5为本实用新型的液压千斤顶的装配示意图；

图6为本实用新型的弧形梁连接件的主视图；

图7为本实用新型的弧形梁连接件的俯视图；

图8为本实用新型的弧形梁连接件的右视图；

图9为本实用新型的千斤顶连接件的主视图；

图10为本实用新型的千斤顶连接件的俯视图

图11为本实用新型的千斤顶连接件的右视图

图12为本实用新型的试件连接件的主视图；

图13为本实用新型的试件连接件的俯视图；

图14为本实用新型的试件连接件的右视图；

图15为本实用新型实施例1的结构示意图；

图16为本实用新型实施例1的Y型节点的轴心加载试验受力示意图；

图17为本实用新型实施例2的结构示意图；

图18为本实用新型实施例2的T型节点的轴心加载试验受力示意图；

图19为本实用新型实施例3的结构示意图；

图20为本实用新型实施例3的K型节点的轴心加载试验受力示意图；

图中各标号表示为:1-弧形梁，2-支柱，3-底梁，4-液压千斤顶，5-机械千斤顶，6-支座，7-手动油泵，8-弧形梁连接件，9-千斤顶连接件；10-试件连接件，12-压力传感器，13-基座，14-Y型钢结构节点试件，15-T型钢结构节点试件，16-K型钢结构节点试件；

(1-1)-安装间隙；

(8-1)-螺孔，(8-4)-螺栓；

(9-1)-螺栓。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

具体实施方式

如图1至图20所示，一种钢结构节点平面力学性能试验装置，包括半圆形的弧形梁1，弧形梁1两端安装在两个竖向支柱2的顶部，两个支柱2下端固定在横向的长方体底梁3上；利用弧形梁1的加载点角度灵活多变、长方体底梁3方便观测、易操作等优点，将弧形梁1和长方体底梁3连接成整体，方便本科教学实验的开展，填补现有土木工程方向本科生教学实验动手操作项目较少的缺陷。

弧形梁1为双槽结构，弧形梁1的双槽的两个底面相互靠近并存在间隙，所形成的间隙为安装间隙1-1，弧形梁1内侧可拆卸安装有多个液压千斤顶4，液压千斤顶4通过安装间隙1-1灵活安装在弧形梁1的各个位置，从而使加载点角度灵活多变。

弧形梁1的外侧水平方向安装有一个机械千斤顶5，机械千斤顶5与弧形梁1的圆心处于同一水平面，机械千斤顶5在试验过程中对试件施加荷载，以保持节点受力平衡；采用弧形梁1和长方体底梁3相结合的试验装置，不仅可以实现试验过程中的易操作性、可接近观察、且方便测点布置，而且通过手动液压千斤顶5施加荷载，可以逐步观测钢结构节点区、各试件的变形情况。装置操作简单，试验观测方便，非常适用于本科教学试验，可开拓学生实际操作能力及增强学生对钢结构节点力学性能分析的了解。

在底梁3的内侧固定安装有竖向的支座6，支座通过螺栓固定到底梁3表面，底梁3表面布置两排螺孔，底梁3的两端设有手动油泵7，手动油泵7连接液压千斤顶4，通过手动油泵7对液压千斤顶4施加轴向荷载。

本实用新型的钢结构节点平面力学性能试验装置占地少，操作简便，试验教学过程直观，能够真实地模拟屋架上下弦节点的受力性能，适用于钢结构T型、K型、Y型节点的轴心加载试验及钢梁的弯曲性能试验。无论Y型、T型及K型节点，本实用新型的装置依据力的平行四边形合成与分解原理，对待检钢结构节点施加反向荷载，而装置本身受力自平衡。

遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。下面结合实施例对本实用新型做进一步详细说明。

实施例1：

如图1至16所示，一种钢结构节点平面力学性能试验装置，包括半圆形的弧形梁1，弧形梁1的内径为1.5m，外径为1.7m，弧形梁1两端安装在两个竖向支柱2的顶部，两个支柱2下端固定在横向的长方体底梁3上，底梁3的长度为3.8m；弧形梁1为双槽结构，弧形梁1的双槽的两个底面相互靠近并存在间隙，间隙为安装间隙1-1，弧形梁1内侧可拆卸安装有一个液压千斤顶4，弧形梁1的外侧水平方向安装有一个机械千斤顶5，机械千斤顶5与弧形梁1的圆心处于同一水平面；底梁3的内侧固定安装有竖向的支座6，支座通过螺栓固定到底梁3表面，底梁表面布置两排螺孔，单排螺孔间距100mm，两排螺孔间间距176mm，底梁3的两端设有手动油泵7，手动油泵7连接所述的液压千斤顶4。

本实施例中，首先调整液压千斤顶4与弧形梁1的圆心连线与水平面夹角不等于90度，形成Y型节点的轴心加载，液压千斤顶4与弧形梁1之间通过弧形梁连接件8和千斤顶连接件9连接；弧形梁连接件8的主视图如图6所示为π形，弧形梁连接件8的俯视图如图7所示为T形，弧形梁连接件8的右视图如图8所示为长方形，并且开设有两个螺孔。千斤顶连接件9的主视图如图9所示为T形，千斤顶连接件9俯视图如图10所示为两个圆角矩形，并且开设有一个螺栓孔，千斤顶连接件9的右视图如图11所示为圆形，并开设有六个螺栓孔。

弧形梁连接件8上设有螺孔8-1，采用螺杆穿过弧形梁连接件8上的螺孔8-1及弧形梁1的安装间隙1-1，通过螺帽将螺杆的端部固定于弧形梁1的外侧。弧形梁连接件8通过螺栓8-4与千斤顶连接件9固定连接。千斤顶连接件9通过螺栓9-1固定连接液压千斤顶4的底部。液压千斤顶4的加载端通过一个试件连接件10连接有试件。液压千斤顶4的加载端与试件连接件10之间安装有压力传感器12。试件连接件10连接试件，试件连接件10的主视图如图12所示为十字形，试件连接件10的俯视图如图13所示，试件连接件10的右视图如图14所示。优选的，底梁3的两端下方安装有基座13，增强试验装置的稳定性。

本实施例中的安装及试验过程：通过液压千斤顶4施加压力对Y型钢结构节点试件14施加轴向荷载，量测节点区试件的各杆件变形与荷载，真实地对钢结构节点进行实验，钢结构试验Y型节点确定后，首先调整液压千斤顶4的位置及液压千斤顶4伸长杆件的长度，液压千斤顶4加载端连接试件连接件10和试件，安装固定机械千斤顶5，连接节点弦杆。然后安装固定位移传感器，连接应变片、荷载传感器信号、位移传感器信号至测量设备，试验准备完成。

开始试验后，同时操作手动油泵7对液压千斤顶4施加轴向荷载，并观测机械千斤顶5的荷载值，当荷载值不满足时，对机械千斤顶5进行补压，每级荷载施加完成后，采集荷载、位移、应变数值，继续加载直至试验结束。

实施例2：

如图1至14，图17和18所示，本实施例与实施例1不同的是，液压千斤顶4与弧形梁1的圆心连线与水平面夹角等于90度，形成T型节点的轴心加载。

本实施例中的安装及试验过程：通过液压千斤顶4施加压力对T型钢结构节点试件15施加轴向荷载，量测节点区试件的各杆件变形与荷载，真实地对钢结构节点进行实验，钢结构试验T型节点确定后，首先调整液压千斤顶4的位置及液压千斤顶4伸长杆件的长度，液压千斤顶4加载端连接试件连接件10和试件，安装固定机械千斤顶5，连接节点弦杆。然后安装固定位移传感器，连接应变片、荷载传感器信号、位移传感器信号至测量设备，试验准备完成。

开始试验后，同时操作手动油泵7对液压千斤顶4施加轴向荷载，并观测机械千斤顶5的荷载值，当荷载值不满足时，对机械千斤顶5进行补压，每级荷载施加完成后，采集荷载、位移、应变数值，继续加载直至试验结束。

实施例3：

如图1至14，图19和20所示，本实施例在实施例1的基础上，在弧形梁1内侧再增加安装一个可拆卸的液压千斤顶4，形成K型节点的轴心加载。

本实施例中的安装及试验过程：通过两个液压千斤顶4一拉一压或两个液压千斤顶4双压对K型钢结构节点试件16施加轴向荷载，量测节点区试件的各杆件变形与荷载，真实地对钢结构节点进行实验，钢结构试验K型节点确定后，首先调整液压千斤顶4伸长杆件的位置，连接液压千斤顶4加载端连接试件连接件10和试件，安装固定机械千斤顶5，连接节点水平弦杆。然后安装固定位移传感器，连接应变片、荷载传感器信号、位移传感器信号至测量设备，试验准备完成。

当K型节点两腹杆均受压时，开始试验后，同时操作装置两侧手动油泵7对液压千斤顶4加压，并观测机械千斤顶5的荷载值，当液压千斤顶4施加的荷载不同步时，对机械千斤顶5进行施加荷载，避免节点发生刚性变形影响试验结果。每级荷载施加完成后，采集荷载、位移、应变数值，继续加载直至试验结束。

当K型节点两腹杆受力方向相反时，可对近机械千斤顶端腹杆施加受压荷载，而对另一腹杆施加受拉荷载，试验过程中应及时施加水平荷载，避免液压千斤顶水平合力过大影响装置的稳定性。

本实用新型的钢结构节点平面力学性能试验装置占地少，操作简便，试验教学过程直观，能够真实地模拟屋架上下弦节点的受力性能，适用于钢结构T型、K型、Y型节点的轴心加载试验及钢梁的弯曲性能试验。无论Y型、T型及K型节点，本实用新型的装置依据力的平行四边形合成与分解原理，对待检钢结构节点施加反向荷载，而装置本身受力自平衡。