一种金属弧形拱结构件集中力加载的试验装置的制作方法

本实用新型涉及用机械应力测试固体材料的强度特性，特别涉及金属弧形拱结构件强度特性的试验装置。

背景技术：

在飞速发展的现代桥梁体系中，拱结构以其跨越能力强、承载能力高、结构轻盈美观和制作施工方便等优势在国内外土木工程领域得到了广泛的应用。拱在荷载作用下，通过拱轴将外荷载产生的弯矩转化为轴向压力，因此在拱脚产生较大的水平推力，易丧失稳定。拱的失稳形式多样且失稳前无明显预兆，影响拱结构稳定的因素众多，非线性较强，因此拱的稳定性研究往往成为设计中的关键问题。

公开号为CN 104990720A专利申请公开了一种拱形结构试验荷载加载装置，该装置包括“拱形结构4、地槽10，所述拱形结构4的底部两端经底座12、螺栓8与地槽10固连,所述拱形结构4的外周表面包覆有一层加载钢板13,内周表面设置有用于监测节点位移值与单元应变值的位移变形监测系统,所述加载钢板13的外周表面上设置有若干用于对拱形结构施加径向预应力的预应力荷载施加装置。”该专利申请的方案虽然能够解决现有实验加载方案中非对称荷载施加的难题，但是还存在下述不足：一是无法施加冲击荷载，二是拱形结构4的外周表面包覆有三块加载钢板13，因此所施加的仍然是局部均匀静荷载，无法施加集中静荷载，尤其是无法对关键部位拱顶施加集中静荷载。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种金属弧形拱结构件集中力加载的试验装置，该试验装置既可对拱顶施加冲击荷载，又可对拱顶施加集中静荷载。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案为：

一种金属弧形拱结构件集中力加载的试验装置，其特征在于，

该试验装置包括门框状的框架、放置质量块的荷载梁、支承待验金属弧形拱结构件的可移动支撑台、卷扬提升装置、压力传感器和激光位移传感器，其中，

所述的框架由两根立柱和支承在两根立柱顶部的横杆组成，其中两根立柱的相对面上沿长度方向相对设有的导向槽，所述的荷载横梁的两头伸进该导向槽内，且二者之间动配合；

所述的支承待验金属弧形拱结构件的可移动支撑台由两柱状的台墩组成；所述的可移动支撑台设在所述的荷载梁的下方，且两柱状的台墩在水平面的投影分布于所述的荷载横梁在水平面投影的两侧；所述台墩的顶面设有固定待验金属弧形拱结构件的夹板，该夹板由螺栓穿设于台墩上；

所述的框架的横杆上设有第一滑轮，所述的卷扬提升装置中钢丝绳绕过第一滑轮末端系接在所述荷载梁的中部；

所述的压力传感器固定在所述荷载梁下表面的中部；

所述的激光位移传感器设在两柱状的台墩的中间，且激光发射与接收孔面朝所述荷载梁下表面的中部。

为了简化结构，降低设备造价，上述方案中所述的卷扬提升装置为手动卷扬提升装置，它包括基座和设在基座内卷绕所述钢丝绳的卷筒、齿轮减速机构、棘爪机构和摇把，其中，

所述的基座为U字形，所述卷筒和摇把的转动轴支承在U字形基座的侧板上；所述的齿轮减速机构由固定在所述摇把的转动轴上在主动齿轮和直接在所述卷筒端部加工形成被动齿轮组成；

所述的棘轮机构包括棘爪和拉伸弹簧，其中，所述的棘爪的中部铰接在所述主动齿轮旁所述U字形基座的侧板上，爪头可伸进所述主动齿轮的轮齿间，末端设有固定孔；

所述的手动卷扬提升装置通过其基座固定在所述框架的一根立柱的外侧面上，该立柱顶部设有第二滑轮；所述钢丝绳的一头固定并卷绕在所述卷筒，另一头绕过所述的第一滑轮和第二滑轮固定在所述荷载梁的中部。

为了使试验荷载更加集中，所述的压力传感器的下表面还可固定一条状的三角块，该三角块的一棱边待验金属弧形拱结构件垂直。

本实用新型具有以下的有益效果：

1、由于本实用新型将荷载横梁的两头与导向槽动配合并采用卷扬提升装置进行控制，同时将待验金属弧形拱结构件固定到两台墩上后可整体移动，因此既可对所述金属弧形拱的横向任意位置施加冲击荷载，又可对横向任意位置施加集中静荷载。

2、可通过增减质量块来改变试验荷载的大小，简单方便。

3、安装便利，现场安装无需动用大型机械。

附图说明

图1～3为本实用新型所述试验装置的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图，图2为俯视图，图3为右视图(沿图1的竖向对称平分面剖视)。

图4和图5为图1～3所示实施例中手动卷扬提升装置的结构示意图，其中，图4为主视图，图5为俯视图。

图6为图4和图5所示手动卷扬提升装置的一种使用状态图。

具体实施方式

参见图1～3，整个试验装置包括门框状的框架、放置质量块4的荷载梁2、支承待验金属弧形拱结构件9的可移动支撑台、手动卷扬提升装置、压力传感器11和激光位移传感器13，其中各部件详细结构如下所述。

参见图1～3，所述的框架由两根立柱1和支承在两根立柱1顶部的横杆3组成，其中两根立柱1的相对面上沿长度方向相对设有T形的导向槽14，荷载横梁2的两头设有T形头，该T形头伸进导向槽内14，且二者之间动配合。

参见图1～3，所述的支承待验金属弧形拱结构件9的可移动支撑台由两柱状的台墩10组成；所述的可移动支撑台设在荷载梁2的下方，且两柱状的台墩10在水平面的投影分布于荷载横梁2在水平面投影的两侧(见图2)。所述台墩10的顶面设有固定待验金属弧形拱结构件9的夹板16，该夹板16由螺栓17穿设于台墩10上；

参见图4和图5，所述的手动卷扬提升装置8包括基座8-1和设在基座8-1内的卷筒8-2、齿轮减速机构、棘轮机构及摇把8-3。所述的基座8-1为U字形，卷筒8-2和摇把8-3的转动轴支承在基座8-1的侧板上。所述的齿轮减速装置由固定在摇把8-3的转动轴上在主动齿轮8-4和直接在卷筒8-2端部外侧加工形成被动齿轮8-5组成。所述的棘轮机构包括棘爪8-6和拉伸弹簧8-7，其中，棘爪8-6的中部铰接在所述主动齿轮8-4旁U字形基座8-1的侧板上，爪头可伸进主动齿轮8-4的轮齿间，末端设有固定孔8-8。

参见图6并结合图4，为便于固定棘爪8-6，所述的基座8-1的侧板上还可设一挂钩8-9。当需要将所述的荷载梁2悬吊在某个位置不动时，可将挂钩8-9钩在棘爪8-6末端所设的固定孔8-8内。所述的挂钩8-9显然也用绳索替代。

参见图4和图5并结合图1～3，所述的手动卷扬提升装置通过其中的基座8-1固定在所述框架的右边一根立柱1的外侧面上，该立柱1顶部的横杆3端面设有第二滑轮7，中部分别设有第一滑轮6；所述的钢丝绳15的一头固定并卷绕在卷筒8-2上，另一头绕过第一滑轮6和第二滑轮7固定在荷载梁2的中部。

参见图1，所述的压力传感器11固定在荷载梁2下表面的中部；所述的激光位移传感器13设在两柱状的台墩10的中间，且激光发射与接收孔面朝所述荷载梁2下表面的中部。

参见图1，试验时可在荷载梁2的上面对称固定两质量块4，该质量块4可以的重金属铅，以减小体积。

参见图1，为了使试验荷载更加集中，所述的压力传感器11的下表面还可固定一条状的三角块5，该三角块5的一棱边正对在待验金属弧形拱结构件9的横向对称平分线上。

采用本试验装置金对属弧形拱结构件进行静力荷载和冲击载荷的试验方法如下所述。

一、静力荷载

参见图1～6按以下步骤操作：

1、顺时针摇动手动卷扬提升装置8的摇把8-3，将荷载梁2提升一定的高度，然后将待验金属弧形拱结构件9的两头固定在台墩10上，并整体移动所述的可移动支撑台，使得三角块5向下的棱边与待验金属弧形拱结构件9垂直且正对待加载位置；

2、往荷载梁2上对称放置质量块4，并使得质量块4的总重量略大于待验金属弧形拱结构件9的最大承载能力；

3、将挂钩8-9钩在棘爪8-6末端所设的固定孔8-8内，使棘爪8-6的爪头与主动齿轮8-4脱开；

4、手动控制摇把8-3，使荷载梁2缓慢下移，当三角块5接触金属弧形拱结构件9时，启动压力传感器11和激光位移传感器13，分别获取载荷与位移数据，直至待验金属弧形拱结构件9下挠屈服为止。

二、冲击荷载

参见图1～5按以下步骤操作：

1、顺时针摇动手动卷扬提升装置8的摇把8-3，将荷载梁2提升预设的理论高度，然后将待验金属弧形拱结构件9的两头固定在台墩10上，并整体移动所述的可移动支撑台，使得三角块5向下的棱边与待验金属弧形拱结构件9垂直且正对待加载位置；

2、往荷载梁2上对称放置质量块4，并使得质量块4的总重量为待验金属弧形拱结构件9最大抗冲击能力的理论重量；

3、启动压力传感器11和激光位移传感器13，同时将挂钩8-9钩在棘爪8-6末端所设的固定孔8-8内，使棘爪8-6的爪头与主动齿轮8-4脱开，荷载梁2突然下落，由压力传感器11和激光位移传感器13同时获取整个冲击过程的载荷与位移数据。