CN103063514B - 一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置 - Google Patents

一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置 Download PDF

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一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,属于结构工程领域,其特征在于,通过主底座、副底座、滚轮架等装置的组合,使得钢管混凝土的径向倾斜荷载处于竖直方向。通过加载端头和加载杆对钢管混凝土试件施加简单竖向荷载时,即可实现对试件受径向斜肢杆件传来的倾斜荷载的试验模拟;并通过副底座圆弧面的设计,实现对圆截面试件的有效支撑。利用荷载传感器,实时测试试件的杆件内力;利用应变计、位移计等量测仪器,获得试件在试验过程中的应变、变形等数据。不同试件可方便替换,实现装置的重复利用。本发明适用于桁架、塔架、格构式结构中的圆截面钢管混凝土杆件在径向倾斜荷载下的强度测试与研究。

Description

一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置
技术领域
[0001] 本发明属于土木工程中的结构工程领域,特别涉及一种圆截面钢管混凝土径向倾 斜受压强度试验装置。
背景技术
[0002] 众所周知,圆管截面的桁架、塔架、格构式结构具有质量轻、整体性能好、抗扭刚度 大、能够充分发挥材料强度等优良性能,并且其外表美观、制作和起吊安装方便,在维护和 防火等方面也有巨大优势,因此,其在现代建筑中得到越来越广泛的应用。在此类结构中, 使用钢管混凝土杆件可产生多重效应:一方面管内的混凝土提高了杆件强度、刚度及耐火 性能,延缓了钢管的局部屈曲;另一方面混凝土在钢管的约束下处于复合受压状态,其强度 得到提高、塑性和韧性得到改善。因此,在桁架、塔架、格构式结构中采用钢管混凝土有着良 好的工程应用前景。南海紫洞大桥、浙江舟山输变电跨越塔、首钢自备电厂输煤栈桥柱等结 构均采用了钢管混凝土构件,并取得了良好的工程效果。
[0003] 在圆钢管混凝土桁架、塔架和格构式结构的节点区等关键部位,钢管混凝土往往 承受着由径向斜肢杆件传递来的荷载作用,其在径向倾斜荷载下的力学性能,是结构设计 的关键问题之一。因此,需要对此类工况下的钢管混凝土强度开展有针对性的力学试验研 宄。在传统的试验方法中,要实现倾斜荷载的加载,往往需要大型实验室的自反力架装置, 配合液压千斤顶、MTS等多种试验设备,边界条件复杂、控制难度大、对装置要求高,并且容 易出现倾斜加载带来的荷载方向偏移、面外失稳等问题。由于钢管混凝土的径向承压能力 远远高于传统的空钢管杆件,需要较大的荷载才能达到破坏性试验的目的,这更大大增加 了倾斜加载的难度。同时,现有设备无法对圆截面试件提供有效的支撑面,因此难以对圆 截面钢管混凝土进行受压强度试验。在这种情况下,迫切需求一种传力明确、操作简便、经 济可靠的圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,来适应科学研宄和工程实践的需 求。
发明内容
[0004] 本发明提出一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,根据待测试试件 的几何参数,制作大刚度的主底座、副底座体系,通过支撑,使得径向倾斜荷载处于竖直方 向,从而可以直接利用常见的压力机、千斤顶等加载设备对钢管混凝土试件施加径向倾斜 荷载。通过副底座圆弧面的设置,实现对圆截面钢管混凝土的有效支撑和测试。通过滚轮 架装置,消除摩擦可能产生的不利影响,通过荷载传感器测试试件的杆件内力,通过应变计 和位移计获得试件的应变、变形等数据。试验结束后,将试件取下并替换,实现装置的重复 利用。
[0005] 本发明的特征在于,是一种用于测试圆形截面的Y形、或K形、或其他带斜肢的钢 管混凝土节点中的杆件在径向倾斜压荷载作用下的强度的试验装置,包含:主底座1、副底 座2、滚轮架3、加载部件以及传感器组,其中:
[0006] 主底座1,位于试验机下方的平台7之上,所述主底座1是一种钢制加载底座,刚 度是经过加强的,正对试验机的端面上,开有两个互成直角的右倾斜平面10和左倾斜平面 11,所述右倾斜平面10与水平方向的夹角为a,所述左倾斜平面11与水平方向的夹角为 旦,a+ 旦=90°,
[0007] 副底座2,是一种钢制、或混凝土制、或纤维增强混凝土制成的加载底座,在所述副 底座2的上表面201上制作有弧度半径与待测试的圆截面钢管混凝土 5的半径相等的圆弧 面202,对应的圆心角为,,所述副底座2的圆弧面202上沿轴向放置有所述待测试的圆截 面钢管混凝土 5,
[0008] 滚轮架3,沿长度方向上下对中地放置在所述副底座2的下表面与所述右倾斜平 面10之间,所述滚轮架3是一种减摩擦装置,由一个沿宽度方向布置有多根钢杆的钢制杆 架301和套在所述钢制杆架301上的尺寸相同的钢制滚轮302组成,
[0009] 加载部件,包括加载端头4和处于竖直方向的加载杆6,所述加载端头4的上部平 面通过螺栓与试验机上部的平台8的底面连接,下部平面的中轴线与所述加载杆6的中轴 线对齐,所述加载端头4的宽度大于所述加载杆6的外径,所述加载杆6与所述待测试的圆 截面钢管混凝土 5的夹角为0,a= 0,在强度试验前,所述加载杆6的底面与所述待测 试的圆截面钢管混凝土 5的上表面成相贯面,是相焊接的,
[0010] 传感器组,包括荷载传感器9、应变计和位移计,其中;
[0011] 荷载传感器9,对中放置于所述待测试的圆截面钢管混凝土 5的侧面和所述左倾 斜平面11之间,并与所述待测试的圆截面钢管混凝土 5相连接,用于在试验中实时测试所 述待测试的圆截面钢管混凝土5的杆件内力,
[0012] 应变计和位移计,布置在所述待测圆截面钢管混凝土 5和所述加载杆6的相交点 或附近,用于获得所述待测试的圆截面钢管混凝土 5的荷载-应变、荷载-变形关系曲线的 实时响应数据。
[0013] 所述待测试的圆截面钢管混凝土 5和所述加载杆6采用的钢材材料是普通钢材、 或高强钢材、或不锈钢,采用的混凝土材料是普通混凝土或高强混凝土。
[0014] 所述加载杆6为实心或空心截面,横截面为圆形、或矩形、或椭圆形、或工字型、或 L型、或槽型。
[0015]所述待测试的圆截面钢管混凝土 5和所述加载杆6的夹角为大于等于30°,小于 90。。
[0016] 所述主底座1的右倾斜平面10与左倾斜平面11的宽度为待测试的圆截面钢管混 凝土 5的外径的2. 5~3. 5倍,所述主底座1的右倾斜平面10与左倾斜平面11的长度分 别为所述待测试的圆截面钢管混凝土 5的长度和外径的1. 1~1. 5倍。
[0017] 所述副底座2的宽度为所述待测试的圆截面钢管混凝土 5的外径的2~3倍,所 述副底座2的长度为所述待测试的圆截面钢管混凝土 5的长度的1~1. 5倍。
[0018] 所述副底座2的圆弧面202对应的圆心角P为60°~120°。
[0019] 所述滚轮架3的宽度与所述副底座2的宽度相近,所述滚轮架3的长度与所述副 底座2的长度相近。
[0020] 本发明的有益效果为:
[0021] (1)通过该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,仅需要利用普通压力 机或千斤顶等设备,施加竖向荷载,即可准确模拟目前桁架、塔架、格构式结构中常见的钢 管混凝土杆件受径向倾斜荷载的情况。避免了目前常见的采用反力架斜向布置千斤顶或 MTS加载的方式。操作简便,大大降低了开展此类试验对设备的要求。
[0022] (2)该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,通过副底座圆弧面的设置, 对圆形截面钢管混凝土试件提供了有效支撑,解决了目前难以对圆形截面杆件进行强度试 验和材料非线性研宄的现状。
[0023] (3)该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,能在加载过程中有效得保 持稳定,避免了倾斜加载可能产生的荷载方向偏移、面外失稳等问题,提高了力学实验的安 全性、稳定性和可靠性。
[0024] (4)该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置传力明确,避免了倾斜受压 的多向、复杂边界条件。通过荷载传感器、应变计、位移计的配合使用,可以获得详实的节点 试验数据,利于对试验结果的分析。
[0025] (5)该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,在待测试试件破坏后,可将 试件取下,替换新试件并进行试验,达到重复使用的效果,经济性好。
附图说明
[0026] 图1为本发明的实施例的圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置图;
[0027] 图2为本发明的实施例的副底座不意图;
[0028] 图3为本发明的实施例的滚轮架示意图;
[0029] 图4为本发明所提供的装置可用于测试的钢管混凝土Y形节点示意图;
[0030] 图5为本发明所提供的装置可用于测试的钢管混凝土K形节点示意图;
[0031] 图中,1-主底座,2-副底座,3-滚轮架,4-加载端头,5-待测试的圆截面钢 管混凝土,6-加载杆,7-试验机下部的平台,8-试验机上部的平台,9一荷载传感器, 10-主底座的右倾斜平面,11-主底座的左倾斜平面,201-副底座的上表面,202-副底 座的圆弧面,301-滚轮架的钢制杆架,302-滚轮架的钢制滚轮。
具体实施方式
[0032] 本发明提供了一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,下面结合实施 例和附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
[0033] 图1为本发明的实施例,测试圆截面钢管混凝土试件在径向倾斜受压作用下强度 的试验装置示意图。
[0034] 待测试的圆截面钢管混凝土 5与加载杆6的夹角为45°,钢制主底座1的右倾斜 平面10、左倾斜平面11与水平方向的夹角a分别为45°、45° (90° -45° ),以保证 待测试的圆截面钢管混凝土 5放置完毕后,加载杆6处于竖直位置。主底座1的右倾斜平 面10与左倾斜平面11的宽度为待测试的圆截面钢管混凝土 5的外径的3倍,右倾斜平面 10与左倾斜平面11的长度分别为待测试的圆截面钢管混凝土 5的长度和外径的1. 3和1. 5 倍。
[0035] 将主底座1放置在试验机下部的平台7之上。在主底座1的左倾斜平面11上对 中放置荷载传感器9,在主底座1的右倾斜平面10上对中放置滚轮架3。滚轮架3由钢制 杆架301和钢制滚轮302组成,在钢制杆架301上,布置有多根钢杆,每根钢杆上套有一个 相同尺寸的钢制滚轮302,以消除主底座1与副底座2之间的摩擦力的影响。
[0036] 在滚轮架3上对中放置混凝土制的副底座2,副底座2的上表面201上制作有圆弧 面202,其弧度半径与待测试的圆截面钢管混凝土 5的半径相等,对应的圆心角P为60°。 副底座2的宽度为待测试的圆截面钢管混凝土 5的外径的2. 5倍,副底座2的长度为待测 试的圆截面钢管混凝土 5的长度的1. 2倍。将待测试的圆截面钢管混凝土 5对中放置在副 底座2上,并与荷载传感器9连接,用于在试验中实时测试待测试的圆截面钢管混凝土 5的 杆件内力。在待测试的圆截面钢管混凝土 5和加载杆6的相交点及附近,布置应变计、位移 计等量测仪器,以获得其在试验过程中的变形、应变等数据。
[0037] 在试验机上部的平台8上连接钢制的加载端头4,以防止试验过程中加载试验机 上部的平台8碰触到待测试的圆截面钢管混凝土 5。调整装置,使得加载端头4的下平面的 中轴线与加载杆6的中轴线对齐。之后,利用压力机或千斤顶等设备,通过加载端头4和加 载杆6对待测试的圆截面钢管混凝土 5施加压荷载以进行强度试验。试验结束后,将试件 取下,更换新的试件,再次进行试验。
[0038] 本发明的圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置传力明确,可以准确模拟 试件的实际受力状态,操作简便,稳定可靠,可对圆形截面的钢管混凝土试件进行强度试 验,可重复利用,经济性好。适用于桁架、塔架、格构式结构中的圆截面钢管混凝土杆件在径 向倾斜荷载下的强度测试。

Claims (8)

1. 一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,其特征在于,是一种用于测试 圆形截面的Y形、或K形、或其他带斜肢的钢管混凝土节点中的杆件在径向倾斜压荷载作用 下的强度的试验装置,包含:主底座(1)、副底座(2)、滚轮架(3)、加载部件以及传感器组, 其中: 主底座(1),位于试验机下方的平台(7)之上,所述主底座(1)是一种钢制加载底座,刚 度是经过加强的,正对试验机的端面上,开有两个互成直角的右倾斜平面(10)和左倾斜平 面(11),所述右倾斜平面(10)与水平方向的夹角为a,所述左倾斜平面(11)与水平方向 的夹角为0,a+ 0 = 90°, 副底座(2),是一种钢制、或混凝土制制成的加载底座,在所述副底座(2)的上表面 (201)上制作有弧度半径与待测试的圆截面钢管混凝土(5)的半径相等的圆弧面(202),对 应的圆心角为心所述副底座(2)的圆弧面(202)上沿轴向放置有所述待测试的圆截面钢管 混凝土(5), 滚轮架(3),沿长度方向上下对中地放置在所述副底座(2)的下表面与所述右倾斜平 面(10)之间,所述滚轮架(3)是一种减摩擦装置,由一个沿宽度方向布置有多根钢杆的钢 制杆架(301)和套在所述钢制杆架(301)上的尺寸相同的钢制滚轮(302)组成, 加载部件,包括加载端头(4)和处于竖直方向的加载杆(6),所述加载端头(4)的上部 平面通过螺栓与试验机上部的平台(8)的底面连接,下部平面的中轴线与所述加载杆(6) 的中轴线对齐,所述加载端头(4)的宽度大于所述加载杆(6)的外径,所述加载杆(6)与所 述待测试的圆截面钢管混凝土(5)的夹角为0,a= 0,在强度试验前,所述加载杆(6)的 底面与所述待测试的圆截面钢管混凝土(5)的上表面成相贯面,是相焊接的, 传感器组,包括荷载传感器(9)、应变计和位移计,其中; 荷载传感器(9),对中放置于所述待测试的圆截面钢管混凝土(5)的侧面和所述左倾 斜平面(11)之间,并与所述待测试的圆截面钢管混凝土(5)相连接,用于在试验中实时测 试所述待测试的圆截面钢管混凝土(5)的杆件内力, 应变计和位移计,布置在所述待测圆截面钢管混凝土(5)和所述加载杆(6)的相交点 或附近,用于获得所述待测试的圆截面钢管混凝土(5)的荷载-应变、荷载-变形关系曲线 的实时响应数据。
2. 根据权利要求1所述的一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,其特征 在于,待测试的圆截面钢管混凝土(5)和加载杆(6)采用的钢材材料是普通钢材、或高强钢 材、或不锈钢,采用的混凝土材料是普通混凝土或高强混凝土。
3. 根据权利要求1所述的一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,其特征 在于,加载杆(6)为实心或空心截面,横截面为圆形、或矩形、或椭圆形、或工字型、或L型、 或槽型。
4. 根据权利要求1所述的一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,其特征 在于,待测试的圆截面钢管混凝土(5)和加载杆(6)的夹角为大于等于30°,小于90°。
5. 根据权利要求1所述的一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,其特征 在于,主底座(1)的右倾斜平面(10)与左倾斜平面(11)的宽度为待测试的圆截面钢管混 凝土(5)的外径的2. 5~3. 5倍,所述主底座⑴的右倾斜平面(10)与左倾斜平面(11) 的长度分别为所述待测试的圆截面钢管混凝土(5)的长度和外径的1. 1~1. 5倍。
6. 根据权利要求1所述的一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,其特征 在于,副底座(2)的宽度为待测试的圆截面钢管混凝土(5)的外径的2~3倍,所述副底座 (2)的长度为所述待测试的圆截面钢管混凝土(5)的长度的1~1. 5倍。
7. 根据权利要求1所述的一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,其特征 在于,副底座(2)的圆弧面(202)对应的圆心角P为60°~120°。
8. 根据权利要求1所述的一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置,其特征 在于,滚轮架(3)的宽度与副底座(2)的宽度相近,所述滚轮架(3)的长度与所述副底座 (2)的长度相近。
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