CN103163032A - 检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，包括疲劳试验机（6），疲劳试验机（6）设有上夹持系统（4）和下夹持系统（5），上夹持系统（4）和下夹持系统（5）均连接有两个夹头（1），上夹持系统（4）连接的两个夹头（1）之间的区域为容置钢翼缘板（2）上端的卡口，下夹持系统（5）连接的两个夹头（1）之间的区域为容置钢翼缘板（2）下端的卡口，夹头（1）构成有容置波形钢板（3）平直段的缺口。本发明还公开了采用上述系统检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的方法。采用本发明夹持焊接波形钢腹板钢梁，并检测焊接部位的疲劳强度时能更好的反映实际受力状态并避免过早出现不合理疲劳破坏，进而保证正确测出焊接部位的疲劳强度。

Description

检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统及方法

技术领域

本发明涉及钢结构试验领域，具体是检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统及方法。

背景技术

焊接波形钢腹板钢梁主要由波形钢板与钢翼缘板焊接而成，由于波形钢板本身在纵向受拉变形作用下具有类似于手风琴效应的自由伸缩特点，在疲劳荷载作用下在钢翼缘板与波形钢板的焊接部位容易出现疲劳损伤，所以焊接连接的疲劳强度直接影响到波形钢腹板钢梁的耐久性，测试其焊接连接的疲劳强度对实际工程尤其重要。

现有的疲劳试验机夹头均为单一夹块的单一接触面，采用现有的疲劳试验机来固定焊接波形钢腹板钢梁并在检测钢翼缘板与波形钢板的焊接部位的疲劳强度时，受波形钢板和现有夹头结构的限制，若夹头夹紧锁牢钢翼缘板的上下两端，钢翼缘板上下两端被夹持部位的受力中心不能对齐，不便于作用力的施加，并由此偏心造成局部受力状态与实际情况不符。为了保证拉伸的作用力均匀的施加在钢翼缘板上，现今检测钢翼缘板与波形钢板的焊接部位的疲劳强度时，钢翼缘板上下两端被夹持的部位距波形钢板上下两端的端头位置就必然存在一定的距离，然而，采用现有夹紧锁牢方式，在疲劳荷载作用下在钢翼缘板与波形钢板连接的端部焊接部位容易产生应力集中，并过早发生不合理疲劳破坏，这就导致疲劳试验不能有效测出钢翼缘板与波形钢板的实际纵向焊接部位的疲劳强度。

发明内容

本发明的目的在于解决采用现有疲劳试验机来夹持焊接波形钢腹板钢梁试验件并检测钢翼缘板与波形钢板的焊接部位的疲劳强度时，易造成局部受力状态与实际情况不符及过早出现不合理的疲劳破坏的问题，提供了一种检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其夹持焊接波形钢腹板钢梁试验件并在检测钢翼缘板与波形钢板的焊接部位的疲劳强度时，能更好的反映实际受力状态并避免过早出现不合理的疲劳破坏，进而保证正确测出钢翼缘板与波形钢板的焊接部位的疲劳强度，本发明还公开了检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的方法。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，包括疲劳试验机，所述疲劳试验机设有上夹持系统及位于上夹持系统下方的下夹持系统，所述上夹持系统和下夹持系统均连接有两个夹头，所述上夹持系统连接的两个夹头之间的区域为容置钢翼缘板上端的卡口，下夹持系统连接的两个夹头之间的区域为容置钢翼缘板下端的卡口，所述夹头构成有容置波形钢板平直段的缺口。在本系统应用时，波形钢腹板钢梁试验件的钢翼缘板上端由上夹持系统连接的两个夹头夹紧锁牢，钢翼缘板下端由下夹持系统连接的两个夹头夹紧锁牢，波形钢腹板钢梁试验件的波形钢板上端平直段放入上夹持系统连接的两个夹头中任意一个夹头的缺口内，波形钢板下端平直段放入下夹持系统中一个夹头的缺口内，其中，上、下夹持系统容置波形钢板平直段的夹头位于钢翼缘板的同一侧。疲劳试验机工作时上、下夹持系统拉动钢翼缘板，由于波形钢板具有手风琴效应，抗拉承载能力几乎为零，本发明通过夹紧锁牢钢翼缘板上下两端端头位置后拉动钢翼缘板，加载在钢翼缘板上试验力能较好的实现对弯矩产生的波形钢腹板钢梁翼缘等效拉应力的模拟，进而能保证检测钢翼缘板与波形钢板的焊接部位的疲劳强度正常进行。

现有疲劳试验机中波形钢板不能延伸到夹头内，波形钢板及其相连焊缝必然在夹头外中断形成端焊缝，由此产生的应力集中往往远高于连续波形钢板的连接焊缝，导致试件过早的疲劳破坏，进而不能合理反映实际梁的疲劳行为，本发明基于现有疲劳试验机的上述特征，将波形钢板上下两端的平直段延伸至夹具内部，进而使其焊缝连续，同时，上下端的中夹块和侧夹块受力中心对齐，如此，试件能被有效夹持并保证钢翼缘板受拉应力能较均匀的分布。

检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，还包括作动器、传感器、主控箱及计算机系统，所述作动器与上夹持系统连接，所述主控箱通过三根数据线分别与作动器、传感器及计算机系统连接。

所述夹头包括夹头本体、中夹块及侧夹块，夹头本体、中夹块及侧夹块均有一端面构成斜面，三者斜面的倾角相等，所述中夹块的斜面和侧夹块的斜面均与夹头本体的斜面接触，中夹块与侧夹块之间的区域为夹头中容置波形钢板平直段的缺口。疲劳试验机的上、下夹持系统分别连接夹头的数量为两个，上夹持系统中的两个夹头相对设置，下夹持系统中的两个夹头也相对设置，为了保证拉动钢翼缘板时中夹块和侧夹块与夹头本体之间产生一定的阻力，上夹持系统中两个夹头的夹头本体斜面之间区域的纵向截面为上宽下窄的等腰梯形状，下夹持系统中两个夹头的夹头本体斜面之间区域的纵向截面为下宽上窄的等腰梯形状，如此，上、下夹持系统构成自锁系统。

作为优选，所述侧夹块的数量为两块，两块侧夹块分别分布于中夹块的两侧；所述中夹块的中心线与夹头本体的中心线重合，两块侧夹块沿夹头本体的中心线对称分布。因钢翼缘板板边距钢翼缘板与波形钢板焊接部位存在一定的间距，本发明通过将侧夹块的数量设置为两块，这不仅能加强对钢翼缘板的固定，而且能进一步保证加载力在钢翼缘板上均匀的施加；本发明将中夹块的中心线与夹头本体的中心线设置为重合，两块侧夹块沿夹头本体的中心线对称分布，这使夹头的结构更加匀称，便于作用力的均匀施加。其中，夹头的缺口容置波形钢板时，受波形钢板结构的限制，上、下夹持系统连接的夹头容置波形钢板平直段的缺口位置不对应，在上、下夹持系统连接的两个容置波形钢板的夹头中，上方夹头容置波形钢板的缺口与下方夹头未容置波形钢板的缺口位置对应，而上方夹头未容置波形钢板的缺口与下方夹头容置波形钢板的缺口位置对应。

为了提高夹头结构的整体性，作为优选，所述中夹块与两块侧夹块中的任意一块侧夹块通过横向螺栓连接。

在波形钢板具有一定高度时，侧夹块和中夹块的高度也需要进行相应的增加，为了增加本发明中夹头的整体性和防止侧夹块侧向变形，作为优选，所述夹头本体斜面的中央部位外凸构成有凸块，该凸块构成有平行于夹头本体斜面的倾斜端面，所述中夹块的斜面与该凸块的倾斜端面接触，两块侧夹块均通过螺栓连接在该凸块上。

为了便于将夹头从上、下夹持系统上进行安装或拆卸，作为优选，所述夹头本体连接有压头连接杆，所述上夹持系统和下夹持系统均通过连接在压头连接杆上与夹头连接。

为了增强中夹块和侧夹块与钢翼缘板的初始咬合，作为优选，所述中夹块和侧夹块两者相对斜面的另一端面均构成有凸纹。

若夹头本体、中夹块及侧夹块三者斜面与水平面的夹角较大，则卡口夹紧行程的扩张量大, 波形钢腹板钢梁试验件容易装卡与拆卸, 但自锁性能差, 试件容易在卡口中“打滑”；若三者斜面的夹角较小，虽然自锁性能好, 容易把试件夹紧锁牢, 特别是容易把有色金属试件及低硬度钢材试件夹紧锁牢，但是， 夹得越紧、锁得越牢, 试件残体的拆卸就越困难。 作为优选，所述夹头本体、中夹块及侧夹块三者斜面与水平面的夹角均为20°。

检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的方法，包括以下步骤：步骤一、将钢翼缘板上端由上夹持系统连接的两个夹头夹紧锁牢，将钢翼缘板下端由下夹持系统连接的两个夹头夹紧锁牢，波形钢板上下两端的平直段分别设于钢翼缘板同一侧的两个夹头的缺口内；步骤二、计算机系统发出控制信号，并由主控箱进行信号转换，将加载信号传递于与疲劳试验机的上夹持系统连接的作动器，疲劳加载开始；步骤三、将所施加的力及上夹持系统的位移由传感器记录并通过主控箱进行信号转换后在计算机系统中进行记录；步骤四、在设定循环周次的交变载荷作用下，波形钢腹板钢梁试件不产生断裂时的最大应力为波形钢腹板钢梁的测定疲劳强度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）因波形钢板本身对沿受拉纵向的变形贡献较小，加载在钢翼缘板上的试验力能较好的实现对弯矩产生的梁翼缘等效拉应力的模拟，在本发明应时，波形钢板上下端的平直段位于夹头的缺口内，钢翼缘板的上下两端均通过两个夹头夹紧锁牢，即钢翼缘板上下两端被夹紧锁牢的部位分别位于试验件基板上下两端的端头位置，如此，钢翼缘板能被有效夹持并保证波形钢板能在纵向连续而不在夹持端外部中断，从而有效的避免了波形钢板端部与钢翼缘板连接的端焊缝处在夹持端外部形成疲劳薄弱部位，进而能避免检测疲劳强度时过早出现不合理的疲劳破坏，通过本发明的上、下夹持系统对焊接波形钢腹板钢梁进行固定后进行检测，能可靠地实现模拟焊接波形钢腹板梁在翼缘受拉状态的拉伸疲劳加载。

（2）本发明的中夹块、侧夹块及夹头本体均为独立结构，如此，便于针对不同夹持试件的厚度和波形高度对中夹块和侧夹块进行更换，使本发明应用更加广泛，且在中夹块和侧夹块出现磨损时，也便于对中夹块和侧夹块进行更换。

附图说明

图1为本发明中检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统的结构示意图；

图2为焊接波形钢腹板试验件的结构示意图；

图3为本发明中夹头的结构示意图。

附图中附图标记所对应的名称为：1、夹头，2、钢翼缘板，3、波形钢板，4、上夹持系统，5、下夹持系统，6、疲劳试验机，7、作动器，8、传感器，9、主控箱，10、计算机系统，101、夹头本体，102、中夹块，103、侧夹块，104、横向螺栓，105、压头连接杆。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，包括疲劳试验机6，其中，疲劳试验机6设有上夹持系统4和下夹持系统5，下夹持系统5位于上夹持系统4的正下方，上夹持系统4和下夹持系统5均连接有两个夹头1，上夹持系统4连接的两个夹头1的水平高度相同且两个夹头1的夹持端正对，上夹持系统4连接的两个夹头1之间的区域为容置钢翼缘板2上端的卡口，下夹持系统5连接的两个夹头1的水平高度相同且两个夹头1的夹持端正对，下夹持系统5连接的两个夹头1之间的区域为容置钢翼缘板2下端的卡口，夹头1构成有容置波形钢板3平直段的缺口。

如图2所示，焊接波形钢腹板钢梁的试验件包括钢翼缘板2及垂直钢翼缘板2上端面且焊接在钢翼缘板2上端面的波形钢板3。其中，焊接波形钢腹板钢梁的试验件为截取现有波形钢腹板钢梁中的一段，或采用波形钢腹板钢梁的等效试验件。

检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的方法，包括以下步骤：步骤一、将钢翼缘板2上端由上夹持系统4连接的两个夹头1夹紧锁牢，将钢翼缘板2下端由下夹持系统5连接的两个夹头1夹紧锁牢，波形钢板3上下两端的平直段分别设于钢翼缘板2同一侧的两个夹头1的缺口内；步骤二、控制上夹持系统4移动，将所施加的力及上夹持系统4的位移进行记录；步骤三、在设定循环周次的交变载荷作用下，波形钢腹板钢梁试件不产生断裂时的最大应力为波形钢腹板钢梁的测定疲劳强度。其中，当试件考虑为低周疲劳时，设定循环周次小于10⁵；高周疲劳时，设定循环周次为10⁵~10⁷；超高周疲劳时，设定循环周次大于10⁷。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上进行了进一步的改进，为了便于智能控制，本实施例的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统还包括作动器7、传感器8、主控箱9及计算机系统10，其中，传感器8为力和位移传感器，作动器7与上夹持系统4连接，主控箱9通过三根数据线分别与作动器7、传感器8及计算机系统10连接。本实施例的系统用于检测波形钢腹板钢梁的疲劳强度时所施加的作用力的控制和进行相应的记录均在计算机系统10内进行，具体过程为：计算机系统10发出控制信号，并由主控箱9进行信号转换，将加载信号传递于与疲劳试验机6的上夹持系统4连接的作动器7，疲劳加载开始，然后将所施加的力及上夹持系统4的位移由传感器8记录并通过主控箱9进行信号转换后在计算机系统10中进行记录。

实施例3：

如图3所示，本实施例在实施例1或实施例2的基础上做出了进一步改进，本实施例的夹头1包括夹头本体101、中夹块102及侧夹块103，其中，夹头本体101、中夹块102及侧夹块103均有一端面构成斜面，三者斜面的倾角相等，中夹块102的斜面和侧夹块103的斜面均与夹头本体101的斜面之间无缝隙接触，中夹块102和侧夹块103两者沿垂直夹头本体101的剖面均有一个剖面为直角梯形状，中夹块102与侧夹块103之间间隔一定距离设置，而中夹块102与侧夹块103之间的区域为夹头1中容置波形钢板3平直段的缺口。本实施例的夹头1应用时，波形钢板3上下两端的平直段位于中夹块102与侧夹块103之间的区域。

实施例4：

为了保证加载在钢翼缘板2上的作用力能均匀的施加，本实施例与实施例3的主要区别在于：本实施例中侧夹块103的数量为两块，两块侧夹块103分别分布于中夹块102的左右两侧；中夹块102的中心线与夹头本体101的中心线重合，两块侧夹块103沿夹头本体101的中心线对称分布。

实施例5：

为了提高夹头1结构的整体性，本实施例在实施例4的基础上增加了以下结构：本实施例的中夹块102与两块侧夹块103中的任意一块侧夹块103通过横向螺栓104连接。

实施例6：

本实施例与实施例4或实施例5的主要区别在于：本实施例的夹头本体101斜面的中央部位外凸构成有凸块，该凸块构成有平行于夹头本体101斜面的倾斜端面，中夹块102的斜面与该凸块的倾斜端面接触，两块侧夹块103均通过螺栓连接在该凸块上。

实施例7：

本实施例在实施例3～6中的任意一个实施例的基础上做出了以下改进：本实施例的夹头本体101连接有压头连接杆105，其中，上夹持系统4和下夹持系统5均通过连接在压头连接杆105上与夹头1连接。为了便于将压头连接杆105与上夹持系统4和下夹持系统5连接，压头连接杆105的上端设有外螺纹，上夹持系统4和下夹持系统5设有与压头连接杆105上端的外螺纹匹配的内螺纹，上夹持系统4或下夹持系统5均通过螺纹匹配的方式与压头连接杆105连接，如此，便于将压头连接杆105连接在疲劳试验机6上。

实施例8：

本实施例在实施例3～7中的任意一个实施例的基础上做出了以下改进：为了增强中夹块102和侧夹块103与钢翼缘板2的初始咬合，中夹块102和侧夹块103两者的下端面均构成有凸纹，其中，凸纹类似于微齿面，以增加中夹块102和侧夹块103与钢翼缘板2之间的接触摩擦。

实施例9：

本实施例在实施例3～8中的任意一个实施例的基础上做出了以下改进：本实施例中夹头本体101、中夹块102及侧夹块103三者斜面与水平面的夹角均优选为20°。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，包括疲劳试验机（6），所述疲劳试验机（6）设有上夹持系统（4）及位于上夹持系统（4）下方的下夹持系统（5），所述上夹持系统（4）和下夹持系统（5）均连接有两个夹头（1），所述上夹持系统（4）连接的两个夹头（1）之间的区域为容置钢翼缘板（2）上端的卡口，下夹持系统（5）连接的两个夹头（1）之间的区域为容置钢翼缘板（2）下端的卡口，所述夹头（1）构成有容置波形钢板（3）平直段的缺口。

2.根据权利要求1所述的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，还包括作动器（7）、传感器（8）、主控箱（9）及计算机系统（10），所述作动器（7）与上夹持系统（4）连接，所述主控箱（9）通过三根数据线分别与作动器（7）、传感器（8）及计算机系统（10）连接。

3.根据权利要求1所述的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，所述夹头（1）包括夹头本体（101）、中夹块（102）及侧夹块（103），夹头本体（101）、中夹块（102）及侧夹块（103）均有一端面构成斜面，三者斜面的倾角相等，所述中夹块（102）的斜面和侧夹块（103）的斜面均与夹头本体（101）的斜面接触，中夹块（102）与侧夹块（103）之间的区域为夹头（1）中容置波形钢板（3）平直段的缺口。

4.根据权利要求3所述的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，所述侧夹块（103）的数量为两块，两块侧夹块（103）分别分布于中夹块（102）的两侧；所述中夹块（102）的中心线与夹头本体（101）的中心线重合，两块侧夹块（103）沿夹头本体（101）的中心线对称分布。

5.根据权利要求4所述的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，所述中夹块（102）与两块侧夹块（103）中的任意一块侧夹块（103）通过横向螺栓（104）连接。

6.根据权利要求4所述的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，所述夹头本体（101）斜面的中央部位外凸构成有凸块，该凸块构成有平行于夹头本体（101）斜面的倾斜端面，所述中夹块（102）的斜面与该凸块的倾斜端面接触，两块侧夹块（103）均通过螺栓连接在该凸块上。

7.根据权利要求3所述的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，所述夹头本体（101）连接有压头连接杆（105），所述上夹持系统（4）和下夹持系统（5）均通过连接在压头连接杆（105）上与夹头（1）连接。

8.根据权利要求3～7中任意一项所述的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，所述中夹块（102）和侧夹块（103）两者相对斜面的另一端面均构成有凸纹。

9.根据权利要求3～7中任意一项所述的检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的系统，其特征在于，所述夹头本体（101）、中夹块（102）及侧夹块（103）三者斜面与水平面的夹角均为20°。

10.检测波形钢腹板钢梁疲劳强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将钢翼缘板（2）上端由上夹持系统（4）连接的两个夹头（1）夹紧锁牢，将钢翼缘板（2）下端由下夹持系统（5）连接的两个夹头（1）夹紧锁牢，波形钢板（3）上下两端的平直段分别设于钢翼缘板（2）同一侧的两个夹头（1）的缺口内；

步骤二、计算机系统（10）发出控制信号，并由主控箱（9）进行信号转换，将加载信号传递于与疲劳试验机（6）的上夹持系统（4）连接的作动器（7），疲劳加载开始；

步骤三、将所施加的力及上夹持系统（4）的位移由传感器(8)记录并通过主控箱（9）进行信号转换后在计算机系统（10）中进行记录；

步骤四、在设定循环周次的交变载荷作用下，波形钢腹板钢梁试件不产生断裂时的最大应力为波形钢腹板钢梁的测定疲劳强度。

Images