铰接边界条件轴心受压金属构件试验装置及试验方法
【专利摘要】本发明公开了一种铰接边界条件轴心受压金属构件试验装置及试验方法，试验装置包括有位于上方的水平设置的正方形厚钢板，及位于下方的水平设置的长方形薄钢板，正方形厚钢板底面中间连接有较大的楔形钢块，较大的楔形钢块的顶端开有贯通的三角形凹槽；长方形薄钢板两侧各开有贯通的长方形扁平凹槽，长方形薄钢板顶面中间连接有较小的楔形钢块，较小的楔形钢块的截面形状与较大的楔形钢块顶端的三角形凹槽的截面形状相契合；试验方法配合万能试验机，可实现对铰接边界条件轴心受压金属构件初始偏心距的准确测量。
【专利说明】铰接边界条件轴心受压金属构件试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属试验装置及方法领域，具体是一种铰接边界条件轴心受压金属构 件试验装置及试验方法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，铰接连接是建筑结构中最常用到的边界条件之一，尤其是对于受压构 件，能使得其计算长度与物理长度保持一致，从而有利于研究受压构件长细比对其力学性 能的影响，因而在结构试验中得到了广泛的应用。然而，如何在结构试验中正确有效的模拟 铰接边界条件，特别是针对轴心受压金属构件，如何保证外加荷载通过构件的形心而不产 生任何的偏心弯矩，却并不是一个简单的问题。目前，在国内进行的诸多铰接边界条件金属 构件轴心受压试验中，通常是简单的将受压构件两端的荷载作用点进行几何对中，并没有 考虑由于金属构件的初始几何缺陷导致的在预加载阶段金属构件的形心截面产生的侧向 变形，使得外加荷载无法通过构件的形心，从而对构件产生不可忽略的偏心弯矩，其结果是 使得轴心受压构件在试验初期就变成了偏心受压构件，导致试验结果偏小，造成结构分析 和设计过于保守。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种铰接边界条件轴心受压金属构件试验装置及试验方法， 以解决现有技术存在的问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0005] 铰接边界条件轴心受压金属构件试验装置，其特征在于：包括有位于上方的水平 设置的正方形厚钢板，及位于下方的水平设置的长方形薄钢板，长方形薄钢板平面尺寸大 于正方形厚钢板，所述正方形厚钢板底面中间连接有较大的楔形钢块，较大的楔形钢块与 正方形厚钢板的轴线相重合，较大的楔形钢块的顶端开有垂直向贯通的三角形凹槽；所述 长方形薄钢板两侧沿长边方向各开有水平向贯通的长方形扁平凹槽，长方形薄钢板顶面中 间连接有与长方形扁平凹槽相垂直的较小的楔形钢块，较小的楔形钢块的截面形状与较大 的楔形钢块顶端的三角形凹槽的截面形状相契合，但尺寸略大。
[0006] -种铰接边界条件轴心受压金属构件试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007] (1)、首先将一对试验装置的上部连接有较大楔形钢块的正方形厚钢板分别安装 于万能试验机的上方和下方，采用激光投线仪使得安装于万能试验机上方和下方的较大楔 形钢块的轴线相重合，然后将下部连接有较小的楔形钢块的长方形薄钢板与金属构件的两 端固定在一起，使得较小的楔形钢块的轴线位于金属构件的截面形心处；
[0008] (2)、试验前，将连接有长方形薄钢板的金属构件放置于万能试验机上，使得固定 于金属构件底端的较小的楔形钢块的尖端正好坐落在安装于万能试验机下方的较大的楔 形钢块顶端的三角形凹槽中；
[0009] (3)、开启万能试验机，固定安装于万能试验机上方的较大的楔形钢块，缓慢升高 安装于试验机下方的较大的楔形钢块，使得坐落于较大的楔形钢块顶端的三角形凹槽中的 金属构件与安装于万能试验机上方的较大的楔形钢块逐渐靠拢，直到固定于金属构件顶端 的较小的楔形钢块的尖端正好接触到安装于万能试验机上方的较大的楔形钢块顶端的三 角形凹槽中，暂停万能试验机；
[0010] (4)、然后在金属构件的形心截面处沿着固定于两端的长方形薄钢板的长边方向 安装1个垂直于金属构件表面的位移传感器，用来测量预加载阶段金属构件形心截面处的 侧向变形，在金属构件的形心截面处沿着固定于两端的长方形薄钢板的短边方向两侧表面 分别布置4个电阻应变片，用来测量预加载阶段金属构件形心截面处的应变，并将位移传 感器和电阻应变片分别连接数据采集仪；
[0011] (5)、重新开启万能试验机，对金属构件施加较小的初始荷载，通过数据采集仪记 录下初始荷载P，位移传感器的读数S和电阻应变片的读数ei、e2、e3、e 4，其中￡1和 e2为金属构件形心截面处受拉一侧表面的拉应变，^3和e4为金属构件形心截面处受压
【权利要求】
1. 铰接边界条件轴心受压金属构件试验装置，其特征在于：包括有位于上方的水平设 置的正方形厚钢板，及位于下方的水平设置的长方形薄钢板，长方形薄钢板平面尺寸大于 正方形厚钢板，所述正方形厚钢板底面中间连接有较大的楔形钢块，较大的楔形钢块与正 方形厚钢板的轴线相重合，较大的楔形钢块的顶端开有垂直向贯通的三角形凹槽；所述长 方形薄钢板两侧沿长边方向各开有水平向贯通的长方形扁平凹槽，长方形薄钢板顶面中间 连接有与长方形扁平凹槽相垂直的较小的楔形钢块，较小的楔形钢块的截面形状与较大的 楔形钢块顶端的三角形凹槽的截面形状相契合，但尺寸略大。
2. -种基于权利要求1所述试验装置的铰接边界条件轴心受压金属构件试验方法，其 特征在于：包括以下步骤： (1) 、首先将一对试验装置的上部连接有较大楔形钢块的正方形厚钢板分别安装于万 能试验机的上方和下方，采用激光投线仪使得安装于万能试验机上方和下方的较大楔形钢 块的轴线相重合，然后将下部连接有较小的楔形钢块的长方形薄钢板与金属构件的两端固 定在一起，使得较小的楔形钢块的轴线位于金属构件的截面形心处； (2) 、试验前，将连接有长方形薄钢板的金属构件放置于万能试验机上，使得固定于金 属构件底端的较小的楔形钢块的尖端正好坐落在安装于万能试验机下方的较大的楔形钢 块顶端的三角形凹槽中； (3) 、开启万能试验机，固定安装于万能试验机上方的较大的楔形钢块，缓慢升高安装 于试验机下方的较大的楔形钢块，使得坐落于较大的楔形钢块顶端的三角形凹槽中的金属 构件与安装于万能试验机上方的较大的楔形钢块逐渐靠拢，直到固定于金属构件顶端的较 小的楔形钢块的尖端正好接触到安装于万能试验机上方的较大的楔形钢块顶端的三角形 凹槽中，暂停万能试验机； (4) 、然后在金属构件的形心截面处沿着固定于两端的长方形薄钢板的长边方向安装1 个垂直于金属构件表面的位移传感器，用来测量预加载阶段金属构件形心截面处的侧向变 形，在金属构件的形心截面处沿着固定于两端的长方形薄钢板的短边方向两侧表面分别布 置4个电阻应变片，用来测量预加载阶段金属构件形心截面处的应变，并将位移传感器和 电阻应变片分别连接数据采集仪； (5) 、重新开启万能试验机，对金属构件施加较小的初始荷载，通过数据采集仪记录下 初始荷载P，位移传感器的读数S和电阻应变片的读数ee2、e3、e4，其中ei和e2为 金属构件形心截面处受拉一侧表面的拉应变，￡3和e4为金属构件形心截面处受压一侧表 面的压应变，则金属构件的初始偏心距为
，其中E为金属构件 的弹性模量，I为金属构件形心截面沿着固定于两端的长方形薄钢板的短边方向的惯性矩，D为金属构件形心截面处受拉一侧和受压一侧电阻应变片之间的距离； (6) 、连续观察试验预加载阶段金属构件的初始偏心距％，如果其平均值接近于0,则说 明外加荷载通过了金属构件的形心，没有产生任何的偏心弯矩；如果其平均值与〇的差值 较大，则说明外加荷载没有通过金属构件的形心，对金属构件产生了不可忽略的偏心弯矩， 此时需要卸去初始荷载，重新调整固定于金属构件顶端和底端的较小楔形钢块相对于金属 构件形心的位置，然后重复以上预加载的试验过程，直到金属构件的初始偏心距％的平均 值接近于0为止，从而准确的对金属构件施加轴心压力。
【文档编号】G01N3/08GK104406848SQ201410621201
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】冯然, 完海鹰 申请人:合肥工业大学