CN105158063A - 薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置,该装置包括焊接在端板上的基础件和不进行焊接的配套件的组合。针对一批已加工好的受试薄壁构件，制作一组基础件，再制作配套件，二者的具体尺寸和数量根据试验构件进行确定。将基础件焊接在端板上，保持基础件形心与端板中心重合。试验时，将薄壁构件直接套入基础件，或先将配套件套在基础件外，在尺寸满足后再套薄壁构件。该装置可通过基础件与配套件的相互配合来调整截面，以适应不同截面尺寸的薄壁构件。本发明的装置构造简洁、制作方便、成本低廉，并可重复利用，能够广泛应用于结构轴压或压弯试验中，有效地、完整地防止薄壁构件端部发生局部屈曲。

Description

薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置

技术领域

本发明属于结构工程和机械设备技术领域，涉及一种薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置。所述装置能够应用于薄壁构件在结构轴压或压弯试验中保护端部，防止由于构件在发生整体屈曲前，先在端部发生局部屈曲而引起的试验失败。

技术背景

目前，在结构轴压或压弯试验中，保护薄壁构件端部的主要方法是在薄壁构件的两个端部各焊接一块端板，并在端板与构件管壁间焊接一定数量的加劲肋。这种方法现多用于钢结构构件，但其具有如下缺点：(1)焊接的端板和加劲肋将随压坏的构件一同废弃，无法重复利用，大大地浪费了材料；(2)焊接的加劲肋并不能对端部进行完整地保护，端部的局部屈曲破坏仍经常出现在加劲肋之间未受保护的部分；(3)对于铝合金、无氧铜等材料制作的构件，或焊接过程对材料强度影响较大，或焊接金属的选择具有局限性，这些都会对非钢结构构件的焊接增加难度。

综上，现有方法不能实现重复利用一套装置来保护不同薄壁构件的端部，浪费材料，并且对于一些特殊材料的构件，焊接过程复杂，造价极高。因此，需要设计一套新型的装置，不仅能完整地保护薄壁构件端部不发生局部屈曲，而且加工制作简单，重复利用率高。

发明内容

为了克服现有方法对轴压或压弯薄壁构件端部保护不足的缺陷，本发明提供一种在结构试验中完整保护薄壁构件端部的可调节装置，即薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置，该装置可以实现不同截面的薄壁圆管或方管受压构件的重复利用。

在一方面，本发明提供了一种薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置，所述装置包括：

试验端板；

基础件，其焊接在所述端板上，并且所述基础件的截面形心与所述端板的中心重合；以及

一组配套件，其具有与所述基础件相同的截面形状和较大的截面尺寸，使得所述一组配套件其中之一能够套在所述基础件外侧并形成紧密接触，其余的配套件则能够逐一相互叠加相套形成相邻件之间的紧密接触；

其中所述基础件和所述一组配套件的截面尺寸的设计参照代表构件的的截面尺寸，所述代表构件定义为具有代表性、规律性的受试薄壁构件，所述基础件的截面尺寸和所述配套件的截面尺寸为内截面尺寸，所述代表构件的截面尺寸为外截面尺寸；

所述基础件的截面尺寸或所述一组配套件的截面尺寸各自与所述代表构件的截面尺寸一致，并选择套在基础件外配套件的数量，使得所述受试薄壁构件的端部能够套在相应的所述一组配套件之一或所述基础件的外侧并形成紧密接触，并且实现所述基础件和所述一组配套件截面尺寸相对于所述受试薄壁构件截面尺寸之间的相互配套和调节，进而防止所述受试薄壁构件的端部在试验过程中发生局部屈曲。

根据本发明的不同具体实施方案，所述薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置可以包括具有不同的截面尺寸的多个基础件，所述多个基础件各自焊接在所述端板上,并且所述多个基础件各自的截面形心与所述端板的中心重合；其中相邻基础件留有足够间距，并且在所述多个基础件的相邻基础件之间各自配有一组配套件。根据另外的具体实施方案，在所述多个基础件的最外侧也可根据需要配有一组配套件。

根据本发明的具体实施方案，所述基础件和所述一组配套件为金属管件，并且截面形状可为圆形、正方形或矩形，或根据需要的其它特殊形状

所述配套件和所述基础件应当根据设计和试验的需要选取适当的高度。优选地，所述配套件的高度与所述基础件的高度相同。

所述基础件的截面尺寸或所述一组配套件的截面尺寸各自与所述代表构件的截面尺寸相等，并且二者之间留有一定的负公差。所述基础件的厚度根据设计和试验的需要选定。

所述一组配套件的截面尺寸成套规律变化，与所述代表构件的截面尺寸的变化规律相符，二者之间留有一定的负公差。所述一组配套件的高度根据设计需要选定，厚度根据所述代表构件的截面尺寸的变化规律而设定。

在另一方面，本发明提供了所述薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置的制备方法。所述方法包括：

制作所述端板和基础件，其中所述基础件的截面尺寸根据所述代表构件的截面尺寸进行设计；

将所述基础件各自焊接到所述端板上，在焊接时保证所述基础件各自的形心与所述端板的中心重合,并保持相邻基础件的设计间距；

制作所述一组配套件，其中所述一组配套件的截面尺寸设计参考所述代表构件中不同受试薄壁构件截面尺寸的变化规律，并根据相邻基础件的间距来确定。

所述方法可进一步包括选择套在所述基础件外合适数量和尺寸的所述配套件，使得所述受试薄壁构件的端部能够套在相应的所述一组配套件之一或所述基础件的外侧并形成紧密接触,其中所述配套件的选择是根据试验要求的所述受试薄壁构件截面尺寸确定,从而能够实现不同截面尺寸的调节。

附图说明

图1是本发明装置在试验中的工作环境示意图，端板130处即为装置所在位置。

图2A和2B是现有技术中薄壁构件端部保护方法示意图。

图3A和3B是根据本发明一种具体实施方式的薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置进行薄壁构件端部保护的示意图。

图4A至4C是本发明针对受试薄壁圆管构件的薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置示意图。

图5A至5C是本发明针对受试薄壁方管构件的薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置示意图。

具体实施方法

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。应当理解，本发明并不局限于下述有关发明的具体实施方式或实施例。同时也应当理解，本文所使用的术语只是用于针对特定的实施方式进行描述，而不是用来对本申请要求保护的范围进行限制。

如图1所示，本发明的工作环境为轴压或压弯薄壁构件的两端。图中示出受试构件120以及端板130、力传感器140、球铰150、千斤顶160、位移计170、应变片180、加载反力架190。

如图2A和2B所示，现有技术薄壁构件端部保护方法不能完整地保护薄壁构件220的端部，端部加劲肋240之间的部分仍经常出现局部屈曲破坏。

如图3A和2B所示，在本发明的一种具体实施方式中，在端板230上固定一个高度足够的圆管(或方管，包括正方形管或矩形管)310，然后将薄壁构件220套在圆管(或方管)310上，由于所述圆管(或方管)310的外径(或外侧长度、宽度)等于薄壁构件220的内径(或内侧长度、宽度)，故二者能够紧密接触。这一过程相当于增大了薄壁构件220端部的厚度，可以防止局部屈曲在端部的发生，实现了对薄壁构件端部的完整保护。

如图4A-4C和图5A-5C所示，二者分别为薄壁圆管构件和薄壁方管构件防屈曲装置的设计示意图。基础件为1、2、3，分别焊接在端板5上，然后针对不同截面尺寸的试验构件，使用不同的配套件4(图4A-4C和图5A-5C中稀疏阴影区所示)。从图中可以看出，配套件4与基础件1、2、3紧密接触，以保证薄壁构件套在装置上时，端部不发生晃动。需要注意的是，图中列出的基础件和配套件的尺寸与数量仅作为示意，实际的尺寸与数量需要根据不同批次的试验构件来确定，基础件和配套件的截面尺寸分别用D×t、d×s表示。

具体实施过程中：根据一批已经加工好的试验构件，设计端板、基础件和配套件的具体尺寸和数量，然后将基础件焊接在端板上，焊接时注意基础件形心与端板中心重合。试验时，代表构件可刚好套入基础件，而对于剩余的构件，则将配套件一个个套在基础件外侧，直到尺寸满足要求为止，这样即可对全部试验构件端部进行保护。

在一种具体实施方式中，技术方案包括：

(1)对于一批已加工好的薄壁圆管(或方管，包括正方形管或矩形管)试验构件，制作一组金属圆管(或方管，包括正方形管或矩形管)作为基础件，基础件的截面尺寸应参考试验构件，把截面尺寸具有代表性、规律性的试验构件称为代表构件，令基础件的外径(或外侧长度、宽度)等于代表构件的内径(或内侧长度、宽度)，并使二者具有一定的负公差；基础件的高度不宜过高，一般取100mm，能够保护试验构件端部即可；基础件的厚度宜适中，不仅要有足够的厚度以发挥保护端头的作用，而且为使相邻基础件之间留有足够间距，厚度也不能过大。

(2)把各基础件焊接到适宜大小的金属端板上，在焊接时需保证各基础件的形心均与端板中心点重合。

(3)另行制作一组金属圆管(或方管，包括正方形管或矩形管)作为配套件，配套件的截面尺寸应参考除代表构件外剩余的试验构件，寻找其截面尺寸变化的规律性，相应地制作一组截面尺寸规律变化的配套件，令配套件的外径(或外侧长度、宽度)等于对应构件的内径(或内侧长度、宽度)，并使二者具有一定的负公差；配套件的高度与基础件相同即可；配套件的厚度宜具规律性，应根据对应的试验构件尺寸变化规律和相邻基础件的间距来确定。

(4)配套件不需焊接在端板上，而是套在基础件外，根据受试构件截面尺寸的变化选择套在基础件外配套件的数量，即可实现不同截面尺寸的调节。

本发明提供了薄壁构件端部防屈曲的方法，采用基础件与配套件相结合的方式，不仅可以完整地保护各种截面尺寸的薄壁构件端部不发生局部屈曲，而且加工制作简单，重复利用率高，节约材料与能源，具有较高的经济价值。

在上述说明书中针对一些优选实施方式进行了具体的描述，并且为说明之目的提供了一些技术细节，然而本领域的技术人员应该能够理解本发明可以有各种有关材料、形状、尺寸、数量等方面的变化和更多不同的实施方式，而且本文所描述的细节可以有相当的变化而不会偏离本发明的精神和主旨，从而应当属于本申请所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置，包括：

试验端板；

基础件，其焊接在所述端板上，并且所述基础件的截面形心与所述端板的中心重合；以及

一组配套件，其具有与所述基础件相同的截面形状和较大的截面尺寸，使得所述一组配套件其中之一能够套在所述基础件外侧并形成紧密接触，其余的配套件则能够逐一相互叠加相套形成相邻件之间的紧密接触；

其中所述基础件和所述一组配套件的截面尺寸的设计参照代表构件的截面尺寸，所述代表构件定义为具有代表性、规律性的受试薄壁构件，所述基础件的截面尺寸和所述配套件的截面尺寸为内截面尺寸，所述代表构件的截面尺寸为外截面尺寸；

所述基础件的截面尺寸或所述一组配套件的截面尺寸各自与所述代表构件的截面尺寸一致，并选择套在基础件外配套件的数量，使得所述受试薄壁构件的端部能够套在相应的所述一组配套件之一或所述基础件的外侧并形成紧密接触，并且实现所述基础件和所述一组配套件截面尺寸相对于所述受试薄壁构件截面尺寸之间的相互配套和调节，进而防止所述受试薄壁构件的端部在试验过程中发生局部屈曲。

2.根据权利要求1所述的装置，其包括具有不同截面尺寸的多个基础件，所述多个基础件各自焊接在所述端板上,并且所述多个基础件各自的截面形心与所述端板的中心重合；其中相邻基础件留有足够间距，并且在所述多个基础件的相邻基础件之间各自配有一组配套件。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述基础件和所述一组配套件为金属管件，并且截面形状选为圆形、正方形和矩形之一。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述配套件和所述基础件根据设计和试验的需要选取适当的高度，并且所述配套件的高度与所述基础件的高度相同。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述基础件的截面尺寸或所述一组配套件的截面尺寸各自与所述代表构件的截面尺寸相等，并且二者之间留有一定的负公差。

6.根据权利要求3所述的装置，其中所述基础件的高度为100mm，厚度根据设计和试验的需要选定。

7.根据权利要求3所述的装置，其中所述一组配套件的截面尺寸成套规律变化，与所述代表构件的截面尺寸的变化规律相符，二者之间留有一定的负公差。

8.根据权利要求3所述的装置，其中所述一组配套件的高度为100mm，各自的厚度根据所述代表构件的截面尺寸的变化规律而设定。

9.权利要求1-8所述薄壁构件轴压和压弯试验端部防屈曲装置的制备方法，包括：

制作所述端板和基础件，其中所述基础件的截面尺寸根据所述代表构件的截面尺寸进行设计；

将所述基础件各自焊接到所述端板上，在焊接时保证所述基础件各自的形心与所述端板的中心重合,并保持相邻基础件的设计间距；

制作所述一组配套件，其中所述一组配套件的截面尺寸设计参考所述代表构件中不同受试薄壁构件截面尺寸的变化规律，并根据相邻基础件的间距来确定。

10.根据权利要求9的方法，其进一步包括选择套在所述基础件外合适数量和尺寸的所述配套件，使得所述受试薄壁构件的端部能够套在相应的所述一组配套件之一或所述基础件的外侧并形成紧密接触,其中所述配套件的选择是根据试验要求的所述受试薄壁构件截面尺寸确定。