结构试验用反力架的制作方法

本发明属于结构试验技术领域，具体是结构试验中提供反力支撑的反力架。

背景技术：

反力架是结构试验常备装置。目前公知的反力架，一般由立柱、主梁与次梁构成。试验构件支撑于次梁，次梁传力于主梁，主梁传力于立柱，立柱再传力于其所生根的试验台座。

这些反力架一般或可沿立柱轴线，或可沿主梁轴线，或可沿次梁轴线移动，因此能满足放入不同尺寸试验构件的需求，但存在如下4个缺点：

第一，仅考虑强度设计而没考虑刚度设计，以致试验构件因有不均匀沉降而受到附加应力的严重影响；第二，对强度设计，未作优化，以致耗材多，性价比低；第三，没考虑反力架净高的优化设计，以致没能充分利用反力架的立柱高度；第四，立柱与主梁间采用普通螺栓连接，静荷连接强度低，动荷连接安全度差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提升反力架的刚度水准，节约并充分利用材料，加强其静动荷的安全保障水平。

针对现有技术方法的不足，本发明所要解决的第一个技术问题是在强度设计的基础上，提供刚度设计。

本发明所要解决的第二个技术问题是对强度设计，作拓扑优化。

本发明所要解决的第三个技术问题是在既定反力架立柱高度的基础上，拓展反力架的净高尺寸。

本发明所要解决的第四个技术问题是采用静动荷安全度高的立柱与主梁的连接方式。

为解决上述第一个技术问题，本发明的立柱与次梁均采用箱型横截面，立柱、主梁与次梁的两端布有封口加劲肋，两端之间布有中间密布加劲肋，主梁与立柱间的连接采用高强度螺栓连接。

优选的，所述立柱的条数为4条。

优选的，所述立柱与次梁的箱型横截面的腹板为2条以上。

优选的，所述次梁条数为2条。

优选的，所述主梁条数为4条。

优选的，所述主梁连接在立柱上，是2条主梁连接在立柱上，它们整体构成箱型梁，该箱型梁的腹板条数为2条以上。

优选的，所述中间密布加劲肋的间距为300~400mm。

以上技术方案，可以大幅提高反力架的刚度。

为解决上述第二个技术问题，本发明的主梁横截面沿其轴线呈变截面设计。

优选的，所述变截面设计为主梁两端横截面采用绕中性轴惯性矩较小的横截面，而跨中区域的横截面则采用绕中性轴惯性矩较大的横截面。由于次梁顶撑在主梁上的最优位置是顶撑在主梁的跨中区域，因此，跨中区域如此较大惯性矩的设计，可使反力架的强度得以优化。

为解决上述第三个技术问题，本发明采用双头螺栓串压梁，以把主次梁叠放固定，借此可伺机调整主次梁的叠放顺序，提高反力架的净高。

为解决上述第四个技术问题，本发明在主梁与立柱间采用摩擦型高强度螺栓连接，这是因为在钢结构的螺栓型连接方式中，摩擦型高强度螺栓连接，有着最高的静动荷安全度的缘故。

优选的，所述摩擦型高强度螺栓为大六角头型高强度螺栓。由于该种螺栓可以重复拆装，所以能够便于反力架的拆装与其轴线尺寸的调整。

本发明的有益效果是，对反力架进行双控，以既满足强度要求，又满足刚度要求；同时节省材料，优化净高，提高反力架的安全可靠性，而又结构简单。

附图说明

图1是反力架的轴测图；

图2是反力架的一侧立面图；

图3是立柱或次梁的箱型横截面图；

图4是主梁的轴测图；

图5是主梁端部的横截面图；

图6是主梁跨中区域的横截面图；

图7是压梁的横截面图；

图8是双头螺栓的轴测图。

图中标号：1、立柱，2、主梁，3、次梁，4、压梁，5、双头螺栓，6、立柱上的调整主次梁高度的螺孔，7、主梁上的调整立柱间距的螺孔，8、主梁上的调整次梁间距的螺孔，9、次梁上的调整立柱间距的螺孔同时兼作固定试验设备的螺孔，10、柱脚，11、封口加劲肋，12、中间密布加劲肋，13、大六角头摩擦型高强度螺栓，14、生根锚栓，15、靴梁，16、柱脚底板，17、柱脚顶板，18、柱脚盖板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

反力架的组装程序为：如图1示，首先凭借螺孔7，调整立柱1的一向间距，凭借螺孔9，调整立柱1的另一向间距，凭借螺孔6，调整主次梁2与3的高度，以便试验构件能够合理定位于反力架中。再调整螺孔8，使构件恰好支撑在2条次梁3上。

反力架的构造与传力情况为：见图1与图2，作用于2条次梁3上的构件外荷，首先传力于4条主梁2上，图1显示两条主梁2，分别通过图2中的大六角头摩擦型高强度螺栓13，连接在立柱1的翼缘上，由此，4条主梁2又传力于4条立柱1上，而后该力又至柱脚10。见图1与图2，柱脚10由生根锚栓14、靴梁15、柱脚底板16、柱脚顶板17与柱脚盖板18构成，其中柱脚底板16与柱脚顶板17间支撑着靴梁15。传至柱脚10的力首先作用于柱脚顶板17，后至柱脚盖板18，再至生根锚栓14，最后由该锚栓的下部撑脚翼缘传至试验台座。

提高反力架的刚度措施为：由图3知，单条次梁3为有2个腹板的箱型截面梁，图1显示，夹在立柱两边的两条主梁2实际构成了有2个腹板的箱型截面梁，图3示，立柱1为有2个腹板的箱型截面柱，图1~图6显示，次梁3、主梁2与立柱1的两端均设置有封口加劲肋11，两端之间设置有中间密布加劲肋12，同时，立柱1、主次梁2与3的条数为多条，还有前述的主梁2与立柱1之间采用的高强度螺栓连接，这些措施使得反力架的刚度大为增强。

强度拓扑优化的措施为：见图4~图6，主梁的端部采用惯性矩较小的槽型横截面，跨中区域采用惯性矩较大的工字型横截面，因为次梁的最佳顶撑部位是在主梁的跨中区域，所以，这一强度拓扑优化可以节省材料。

提升反力架净高的情况为：图1与图2中，两条压梁4分置于主次梁2与3翼缘的上部与下部，它们通过双头螺栓5，将主次梁2与3叠放固定在一起，这样，当主梁2到达立柱1的顶部时，可将次梁3放在主梁2之上，由此，反力架的净高得以提高。

提高立柱与主梁间的静动荷连接安全度的情况为：由前述，采用图2中的大六角头型摩擦型高强度螺栓13作为连接方式，这不仅有利于提高静动荷安全水准，还便于反力架的拆装。

技术特征：

技术总结
结构试验用反力架，属于结构试验技术领域，具体是结构试验中提供反力支撑的反力架。其目的是提升反力架的刚度水准，节约并充分利用材料，加强静动荷的安全保障水平。其特征是：立柱与次梁均采用箱型横截面，立柱、主梁与次梁的两端布有封口加劲肋，中间布有密布加劲肋，主梁与立柱间采用高强度螺栓连接，主梁横截面沿其轴线呈变截面设计，采用双头螺栓串压梁把主次梁叠放固定，在主梁与立柱间，采用摩擦型高强度螺栓连接。本发明对反力架施行强度与刚度的双控制，同时节省材料，提升反力架的净高与安全可靠性。

技术研发人员：郭宏磊
受保护的技术使用者：武汉轻工大学
技术研发日：2017.05.23
技术公布日：2017.07.28