一种厂房吊座双向加载疲劳试验装置及试验方法与流程

本发明属于疲劳试验加载技术领域，特别涉及一种厂房吊座双向加载疲劳试验装置及试验方法。

背景技术：

在工程领域，有许多钢架结构诸如厂房、桥梁等都长期承受疲劳载荷作用，其构件可能因为疲劳载荷的作用而发生断裂。在厂房屋顶结构之中，球节点网架支撑结构已经被普遍使用，而厂房吊座是支撑连接球节点的关键部分，因此厂房吊座的安全与可靠性是非常重要的。在实际工况中，厂房吊座工作空间状态是竖直状态如图3所示，其上方与球节点焊接，球节点所传递的垂向固定载荷为厂房吊座的主要外力，吊座下方连接一横梁，由于横梁上安装有运动构件，运动构件会在工作中产生并通过横梁传递疲劳载荷，因此吊座也会受到横向传递而来的疲劳载荷。所以实际工况中吊座会受到垂向静载与横向疲劳载荷的共同作用，其中螺栓连接部分便是吊座中最薄弱的部分，其安全可靠与否至关重要，因此对吊座进行模拟实际工况下的静载与疲劳双向加载试验是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种厂房吊座双向加载疲劳试验装置，能够对厂房吊座进行在一方向上作用固定载荷，在与之垂直方向上作用疲劳载荷的疲劳试验。

本发明还提供了一种厂房吊座双向加载疲劳试验方法，其在一个方向上对厂房吊座施加固定载荷，同时在与之垂直的方向上施加疲劳载荷，拟合得到在固定载荷作用下的s-n-f函数，能够使试验过程更贴近实际工况，从而提高实验结果的准确性。

本发明提供的技术方案为：

一种厂房吊座双向加载疲劳试验装置，包括：

两个第一支撑板，其沿第一方向相对设置；

第二支撑板，其沿第二方向设置，所述第二支撑板固定连接在所述两个第一支撑板的下端；

其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；

加载板，其设置在所述两个第一支撑板之间；

第一加载装置，其固定安装在所述第一支撑板上；

第一加载杆，其一端与所述第一加载装置的动力输出端固定连接，并且所述第一加载杆与所述第一支撑板垂直设置；

第二加载杆，其一端与所述加载板固定连接，另一端与所述第一加载杆沿在所述第一方向上转动连接；

第二加载装置，其固定安装在所述第二支撑板上；

第三加载杆，其沿所述第一方向设置，所述第三加载杆的一端与所述第二加载装置的动力输出端固定连接，另一端与所述加载板转动连接。

优选的是，所述第一加载杆与所述第二加载杆之间设有连接片，所述第一加载杆与所述第二加载杆分别通过连接耳件与所述连接片转动连接。

优选的是，所述连接耳件与所述连接片之间销连接。

优选的是，所述第一加载杆与所述连接片之间设有力传感器。

优选的是，所述力传感器与所述第一加载杆之间通过长度调节器连接。

优选的是，所述加载板与所述第三加载杆之间通过连接耳件连接。

优选的是，所述第一加载装置与所述第二加载装置均采用加载油泵。

优选的是，所述第一支撑板与所述第二支撑板的两侧分别通过斜撑加强板连接。

优选的是，所述两个第一支撑板之间连接有沿第二方向设置的加强撑杆。

一种厂房吊座双向加载疲劳试验方法，使用所述的厂房吊座双向加载疲劳试验装置，包括如下步骤：

步骤一、将厂房吊座试件上的螺柱与加载板焊接，将厂房吊座试件与所述螺柱相对的一端与第一支撑板螺接；

步骤二、对所述厂房吊座试件在所述第一方向上依次施加不同的固定载荷，同时在所述第二方向上施加疲劳载荷，得到断裂应力与施加的固定载荷及循环次数的关系。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了对厂房吊座进行静载与疲劳载荷双向加载的疲劳试验装置和疲劳试验方法，能够在一方向上施加固定载荷另一与之垂直方向上施加疲劳载荷的试验条件下对厂房吊座进行疲劳试验，从而可使试验条件更加贴合厂房吊座实际工况，对厂房吊座的安全性分析具有指导性作用。

(2)相比其他现有测试方法，本发明可进行一种特殊工况下的双向疲劳试验，其结构简单，性能可靠，操作容易，安装方便。

(3)本发明中使用多个销连接耳件，从而在进行竖直方向疲劳载荷加载时为水平方向加载机构提供垂向自由度，结构简单，成本低。

(4)本发明的试验对象不限于厂房吊座，试验受力条件也不限于水平方向固定载荷与竖直方向疲劳载荷，可根据所需试验受力条件，通过竖直方向与水平方向加载油泵来提供竖直方向与水平方向的固定或疲劳载荷。

附图说明

图1为本发明所述的厂房吊座双向疲劳加载装置总体结构示意图。

图2为本发明所述的厂房吊座双向疲劳加载装置中的加载机构示意图。

图3为本发明所述的厂房吊座试件结构示意图。

图4本发明实施例1中所得的s-n曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-3所示，本发明提供了一种厂房吊座双向加载疲劳试验装置，包括u型支撑架，加载板，第一加载机构及第二加载机构。

u型支撑架包括两个第一支撑板110及第二支撑板120；两个第一支撑板110沿竖直方向相对设置，第二支撑板120水平设置；第二支撑板120固定连接在所述两个第一支撑板110的下端。两个第一支撑板110的内侧上端分别对称固定设有加强垫板111和加强垫板112。

加载板210设置在所述两个第一支撑板110之间；在水平方向上，加载板210的一侧连接第一加载机构，另一侧连接厂房吊座试件300。在竖直方向上，加载板210的下端连接第二加载机构。

第一加载机构包括第一加载装置221、第一加载杆222、长度调节器223、力传感器224、一对连接耳件(连接耳件225a和连接耳件225b)、连接片226及第二加载杆227。

其中，第一加载装置221采用加载油缸，其固定安装在加强垫板111上，第一加载杆222的一端与加载油缸的动力输出端固定连接；长度调节器223的一端连接第一加载杆222，另一端与力传感器224的一端连接；力传感器224的另一端与耳件225a相连，连接片226设置在连接耳件225a和连接耳件225b之间，连接耳件225b与第二加载杆227的一端固定连接，第二加载杆227的另一端与加载板210通过螺栓连接。第一加载杆222和第二加载杆227在安装时保持同轴。力传感器224用于在试验中配合加载油泵调节与控制在对厂房吊座试件施加的固定载荷。长度调节器223用于在安装厂房吊座试件时进行调整和预加载。连接片226的两端分别与连接耳件225a和连接耳件226a以销连接的方式相连，使第一加载机构在竖直方向有一定的自由度。

第二加载机构包括第二加载装置231、第三加载杆232及连接耳件233。其中，第二加载装置231采用加载油泵，加载油泵固定安装在第二支撑板120上。作为优选，第二支撑板120上固定安装有加强垫板121，加载油泵安装在加强垫板121上，以增加加载区域的强度。

在另一实施例中，两个第一支撑板110之间连接有沿水平方向设置的加强撑杆130，加强撑杆130的两端分别穿过垫板111和垫板112与两个支撑板110固定连接。加强杆130设置为两根，分别设置在第一加载机构的两侧。第一加载杠杆机构与加强杆130之间无接触。

在另一实施例中，还包括在第一支撑板110与所述第二支撑板120的之间设有斜撑加强板140。斜撑加强板140的一端与加强垫板112固定连接，另一端与垫板121固定连接。斜撑加强板140为两个，分别设置在两个加强杆130的外侧。

通过设置加强杆130和斜撑加强板140能够加强所述厂房吊座双向加载疲劳试验装置的整体强度与稳定性。

在另一实施例中，测试试件为厂房球节点吊座，吊座试件300一端的螺柱320与座体310连接处为测试位置。将厂房吊座试件300与螺柱320相对的一端打孔，并通过螺栓固定在加强垫板122上；将厂房吊座试件300螺柱320与加载板210焊接在一起，由加载板210直接对螺柱进行加载测试。

本发明还提供了一种厂房吊座双向加载疲劳试验方法，使用所述的厂房吊座双向加载疲劳试验装置，包括如下步骤：

步骤一、将厂房吊座试件300水平设置，在所述厂房吊座试件300的座体310上与螺柱320相对的一端打孔并与第一支撑板110螺接，将厂房吊座试件300的螺柱320与加载板210焊接；

步骤二、选取多个水平方向固定载荷fi(i＝1，2，...，n)，通过第一加载机构向厂房吊座试件300施加不同的固定载荷fi，同时，在竖直方向上通过第二加载机构向厂房吊座试件300以固定加载频率施加疲劳载荷。分别测取fi作用下试件的s-n曲线，考虑实际工程应用中的安全性，选取更为安全的s-n曲线的幂函数形式：

提取不同固定载荷fi作用下s-n函数参数，基于最小二乘法，将函数参数ai、bi拟合成纵向固定载荷f的函数，

a＝g(f)(2)

b＝h(f)(3)

将公式(2)、(3)代入公式(1)中，便可得到：

根据公式(4)可以得到厂房吊座试件在一个方向施加固定载荷，在另一与之垂直的方向施加疲劳载荷的情况下，断裂应力s与施加的固定载荷f及循环次数n的关系，从而实现对厂房吊座的安全性进行分析。

本发明提供的试验装置及方法的应用可不局限于厂房吊座，且试验条件也不局限于水平方向固定载荷与竖直方向疲劳载荷，也可应用于其它适合的试件与试验条件。

实施例1

如图1所示，采用厂房球节点吊座作为测试试件，将厂房吊座试件的左端由4个螺栓400固定在第一支撑板上的加强垫板112处，厂房吊座试件300右端螺柱320与座体310连接处为测试位置，厂房吊座试件300右端螺柱与加载板210焊接在一起，由加载板210直接对所测试螺柱320进行加载。加载板210的下端与竖直方向的连接耳件233销连接一起在，连接耳件233下端连接第三加载杆232，竖直方向的疲劳载荷由第二加载装置231(加载油泵)通过第三加载杆232传出。连接耳件225b经由第二加载杆227与加载板210螺栓连接，两隔连接耳件225a和225b之间通过销连接方式连接一连接片226，连接耳件225a右端通过螺栓连接一力传感器224，力传感器224右端通过螺栓连接一长度调节器223，长度调节器223的右端与第一加载杆222相连，第一加载装置221通过第一加载杆222将水平方向的固定载荷传出。

根据试验条件，对水平方向的固定载荷与竖直方向疲劳载荷进行调节设定。通过第一加载装置221，根据力传感器224所产生的数据，选取水平方向固定载荷分别为1kn、5kn、10kn、15kn、20kn；通过竖直方向第二加载装置231，选取竖直方向疲劳载荷加载频率为10hz，载荷比为0.1。在不同固定载荷作用下，分别测取其s-n曲线，如图4所示，固定载荷1kn、5kn、10kn、15kn、20kn作用下的s-n函数分别如下式所示：

s＝3978.2*n^-0.445(5)

s＝3666.6*n^-0.477(6)

s＝2557.8*n^-0.486(7)

s＝744.58*n^-0.360(8)

s＝298.19*n^-0.339(9)

提取不同纵向固定载荷作用下s-n函数参数，基于最小二乘法，将函数参数拟合成纵向固定载荷f的函数如下：

a＝10⁸e^-0.74f(10)

b＝0.0041f²-0.0423f+2.2385(11)

将(10)式与(11)代入(1)式后，得到任意水平线方向的固定载荷f作用下的s-n-f函数：

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。