CN103512739B - 对金属构件施加有效预应力的自平衡体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了对金属构件施加有效预应力的自平衡体系，包括有材质和尺寸相同的左外侧高强金属板、左内侧高强金属板、右外侧高强金属板、右内侧高强金属板，左外侧高强金属板与左内侧高强金属板之间夹置有油压千斤顶，右外侧高强金属板与右内侧高强金属板之间夹置有测力传感器，左内侧高强金属板与右内侧高强金属板之间夹置有试验金属构件，可以有效的对不同类型的金属构件施加预应力，且可以方便的控制施加预应力的大小，从而研究预应力对金属构件力学性能和破坏模式的影响，有效的模拟了金属构件的预应力试验。

Description

对金属构件施加有效预应力的自平衡体系

技术领域

本发明涉及土木工程结构试验领域，具体属于对金属构件施加有效预应力的自平衡体系。

背景技术

众所周知，预应力技术由于其显著的优越性和易于操作的特点在土木工程中得到了广泛的应用。但是，目前的预应力技术，无论是先张法还是后张法针对的主要是混凝土构件，其基本原理也是利用混凝土和预应力钢筋之间的粘结力来对混凝土构件施加预应力，因而并不适用于金属构件，且难以控制施加预应力的大小。目前，还没有专门针对金属构件的预应力技术。然而，在实际的工程结构尤其是钢结构中，一些主要的受力构件有可能在建成之后、实际使用之前承受一定大小的预应力，要想了解预应力对钢结构构件力学性能和破坏模式的影响，就有必要通过实验技术来进行研究。因而，如何有效的模拟金属构件的预应力试验就成了摆在我们面前的一道难题。

发明内容

本发明提供了一种对金属构件施加有效预应力的自平衡体系，可以有效的对不同类型的金属构件（包括开口截面和闭口截面）施加预应力，且可以方便的控制施加预应力的大小，从而研究预应力对金属构件力学性能和破坏模式的影响，有效的模拟了金属构件的预应力试验。

本发明的技术方案如下：

对金属构件施加有效预应力的自平衡体系，包括有材质和尺寸相同的左外侧高强金属板、左内侧高强金属板、右外侧高强金属板、右内侧高强金属板，左外侧高强金属板与左内侧高强金属板之间夹置有油压千斤顶，右外侧高强金属板与右内侧高强金属板之间夹置有测力传感器，左内侧高强金属板与右内侧高强金属板之间夹置有试验金属构件，左外侧高强金属板、左内侧高强金属板、右外侧高强金属板、右内侧高强金属板分别开有相对应的四个孔洞，四个孔洞内分别穿过四根相同材质和尺寸的高强钢筋形成自平衡体系；左内侧高强金属板、右内侧高强金属板上开有相互贯通的水平方向细槽、垂直方向细槽，水平方向细槽宽度等同于两个孔洞中心之间的水平距离。

所述的水平方向细槽、垂直方向细槽外侧边缘分别设有精密刻度。

所述的试验金属构件外侧设有应变片。

本发明的工作原理：

这套金属构件预应力试验自平衡体系主要由四块相同材质和尺寸的高强金属板和四条相同材质和尺寸的高强钢筋组成，高强金属板的材质与试验金属构件相同，从而起到相互融和的作用，高强金属板的尺寸大小根据试验金属构件的尺寸大小来确定，高强钢筋的长度则根据试验金属构件的长度来确定。在预应力试验之前，首先确定施加预应力大小的范围，根据施加预应力的大小，选择合适的油压千斤顶和测力传感器，分别固定在两块高强金属板的中间位置。将油压千斤顶和测力传感器分别布置在试验金属构件的左右两侧，使其保持平衡，不至于因为一侧过重而倾覆。将另外两块高强金属板分别置于试验金属构件、油压千斤顶、测力传感器之间，然后将四条高强钢筋分别穿过分布在四块高强金属板外围的四个孔洞之中，从而形成一套自平衡体系。

放置于试验金属构件、油压千斤顶、测力传感器之间的两块高强金属板由于与试验金属构件直接接触，因而其构造与布置在自平衡体系外侧，分别与油压千斤顶和测力传感器固定在一起的高强金属板略有不同。这两块布置在自平衡体系内侧，与试验金属构件直接接触的高强金属板，在其垂直方向的中间位置有一条贯通金属板的水平方形细槽，其宽度等同于高强金属板外围水平方向两个孔洞中心之间的距离，且水平方形细槽的上下边缘位置都刻有精密的刻度；在其水平方向和高强金属板外围两侧垂直方向孔洞中心相同的位置分别有两条贯通金属板的垂直方形细槽，其宽度略小于垂直方向两个孔洞内侧之间的距离，且垂直方形细槽的左右边缘位置同样都刻有精密的刻度，同时，水平方形细槽和两条垂直方形细槽相互贯通连接。

在进行预应力试验之前，先将设计的两块带有螺栓的特殊铁块分别通过布置在自平衡体系内侧，与试验金属构件直接接触的两块高强金属板的水平方形细槽，放入两条垂直方形细槽的最底端。然后，通过和测力传感器固定在一起的高强金属板外侧附着在四条高强钢筋上的四个高强螺帽，以及置于试验金属构件和测力传感器之间的高强金属板，将测力传感器及其固定在一起的高强金属板固定在自平衡体系之中。接着，根据试验金属构件的截面形状和垂直方向的尺寸大小，以及施加预应力的类型，调整两侧带有螺栓的特殊铁块的位置到同一垂直高度（参照垂直方形细槽左右边缘位置的精密刻度），拧紧螺栓上的螺帽及其垫圈将两侧的特殊铁块同时固定在与试验金属构件直接接触的两块高强金属板上，然后将试验金属构件放置于两侧特殊铁块之上，依靠其自身重量使两者紧密接触；再根据试验金属构件的截面形状和水平方向的尺寸大小，以及施加预应力的类型，调整试验金属构件的两侧端部到同一水平位置（参照水平方形细槽上下边缘位置的精密刻度），紧接着拧紧置于试验金属构件和油压千斤顶之间的高强金属板外侧附着在四条高强钢筋上的四个高强螺帽，使得试验金属构件通过置于其与油压千斤顶和测力传感器之间的两块高强金属板与固定在自平衡体系之中的测力传感器紧密接触，从而对试验金属构件施加一定大小的预应力，而与其紧密接触的测力传感器则可以准确的捕捉到施加预应力的大小。然后，同时放松固定在自平衡体系内侧与试验金属构件直接接触的两块高强金属板上的带有螺栓的特殊铁块螺栓上的螺帽，使得两侧带有螺栓的特殊铁块都置于两侧高强金属板上两条垂直方形细槽的最底端。接着，拧紧和油压千斤顶固定在一起的高强金属板外侧附着在四条高强钢筋上的四个高强螺帽，使得油压千斤顶通过置于其与试验金属构件之间的高强金属板与试验金属构件紧密接触，从而对试验金属构件进一步施加一定大小的预应力，而与试验金属构件紧密接触的测力传感器则可以准确的捕捉到施加预应力的大小。最后，拧紧和油压千斤顶固定在一起的高强金属板内侧附着在四条高强钢筋上的四个高强螺帽，将油压千斤顶及其固定在一起的高强金属板固定在自平衡体系之中。接着，开启油压千斤顶，对与其紧密接触的试验金属构件施加预先确定大小的预应力，并通过与试验金属构件紧密接触的测力传感器实时监控施加预应力的大小。除此之外，如果施加的预应力为轴心荷载，则均匀布置在试验金属构件四周的应变片还可以更为准确的探测到施加预应力的轴心位置，从而保证施加在试验金属构件上的预应力为轴心荷载，不会产生任何的偏心弯矩。至此，整套金属构件预应力试验自平衡体系完全形成。

本发明的有益效果如下：

设计的这套自平衡体系可以较为准确的对不同截面形状和尺寸大小（包括开口截面和闭口截面）的金属构件（包括碳素钢、不锈钢、铝合金等）施加不同类型的预应力（包括轴心荷载、平面内正负弯矩、平面外正负弯矩等），整体受力均匀，设计并不复杂，操作也较为简单方便。此外，这套自平衡体系中的主要构件都易于制作，且可以反复循环使用，因而其造价低廉，易于大范围推广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

具体实施方式

参见附图，对金属构件施加有效预应力的自平衡体系，包括有材质和尺寸相同的左外侧高强金属板1、左内侧高强金属板2、右外侧高强金属板4、右内侧高强金属板3，左外侧高强金属板1与左内侧高强金属板2之间夹置有油压千斤顶5，右外侧高强金属板4与右内侧高强金属板3之间夹置有测力传感器6，左内侧高强金属板与右内侧高强金属板之间夹置有试验金属构件7，左外侧高强金属板、左内侧高强金属板、右外侧高强金属板、右内侧高强金属板分别开有相对应的四个孔洞8，四个孔洞8内分别穿过四根相同材质和尺寸的高强钢筋形成自平衡体系；左内侧高强金属板、右内侧高强金属板上开有相互贯通的水平方向细槽9、垂直方向细槽10，水平方向细槽9宽度等同于两个孔洞中心之间的水平距离，水平方向细槽、垂直方向细槽外侧边缘分别设有精密刻度，试验金属构件外侧设有应变片11。

Claims (3)

1.对金属构件施加有效预应力的自平衡体系，其特征在于：包括有材质和尺寸相同的左外侧高强金属板、左内侧高强金属板、右外侧高强金属板、右内侧高强金属板，左外侧高强金属板与左内侧高强金属板之间夹置有油压千斤顶，右外侧高强金属板与右内侧高强金属板之间夹置有测力传感器，左内侧高强金属板与右内侧高强金属板之间夹置有试验金属构件，左外侧高强金属板、左内侧高强金属板、右外侧高强金属板、右内侧高强金属板分别开有相对应的四个孔洞，四个孔洞内分别穿过四根相同材质和尺寸的高强钢筋形成自平衡体系；左内侧高强金属板、右内侧高强金属板上开有相互贯通的水平方向细槽、垂直方向细槽，水平方向细槽宽度等同于两个孔洞中心之间的水平距离；所述自平衡体系内侧设有两块带有螺栓的特殊铁块；和测力传感器固定在一起的高强金属板外侧附着在四条高强钢筋上的四个高强螺帽。

2.根据权利要求1所述对金属构件施加有效预应力的自平衡体系，其特征在于：所述的水平方向细槽、垂直方向细槽外侧边缘分别设有精密刻度。

3.根据权利要求1所述对金属构件施加有效预应力的自平衡体系，其特征在于：所述的试验金属构件外侧设有应变片。