CN106053107B - 一种单向偏心铰接支座及其实施方法 - Google Patents

一种单向偏心铰接支座及其实施方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单向偏心铰接支座，包括从下到上依次放置的顶部开有梯形滑槽的1号方形构件(1)、底部带有梯形楔块的2号半圆柱构件(2)、底部开有弧形柱槽的3号方形构件(3)、顶部开有方形浅槽的4号方形板构件(4)及带有弧形槽的5号弧形板构件(5)。将C形钢柱两端分别放入两个本发明铰接支座的4号方形板构件的浅槽内，继而在浅槽内倒入环氧树脂，即可实现C形钢柱两端单向铰接边界条件，满足了土木工程中端部为铰接构件的轴心及单向偏心加载需求，简化了实验流程，提高了试验的便捷性，为探究不同类型立柱的轴压与偏压承载力计算公式提供更切实的试验保障。

Description

一种单向偏心铰接支座及其实施方法
技术领域
本发明涉及一种可实现立柱单向、连续定值偏心加载的铰接支座及其实施方法，属于土木工程技术领域。
背景技术
与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构具有绿色环保、抗震性能好、施工速度快、材料可回收利用等特点。随着国民经济的飞速发展，我国钢产量已跃居世界首位，国内钢结构产业也得到快速发展。但与发达国家相比，我国钢结构建筑占钢产量的比重仍明显偏低，同时，我国建筑结构在节能降耗(可循环)、工业化生产、大企业集团运营，产品标准化、系列化、通用化等方面仍存在明显差距。我国正处于工业化和城镇化快速发展阶段，年项目建设工程量庞大，资源消耗严重，环境恶化压力巨大，发展绿色建筑已被列为国家中长期科学和技术发展规划纲要中重点领域中的优先主题，因此，大力发展绿色环保、抗震性能优异的钢结构建筑符合我国基本国情，对节约资源和能源，减少环境污染，促进社会可持续发展具有重要意义，同时也是加快我国建筑产业化、工业化的一条有效途径。
钢龙骨立柱是钢结构建筑的主要竖向承重构件，例如在冷弯薄壁型钢结构中，冷弯薄壁型钢龙骨立柱与上、下导轨通过自攻螺钉实现相互连接，在设计规范中，现行的中国规范、美国AISI规范均将该连接方式简化为铰接。同时，钢结构立柱在实际工程中常出现竖向荷载偏心情况，而偏心受载也是土木工程试验中常见的一种加载边界条件。然而，现有土木工程试验技术中的铰接支座大多存在偏心距不能连续调节，且偏心距误差较大的缺陷，因此，设计一种可实现立柱单向、连续定值偏心加载的铰接支座可有效提高该类土木工程试验便捷性及其准确性，为探究立柱轴压与偏压承载力计算公式提供更切实的试验保障。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可实现立柱单向、连续定值偏心加载的单向偏心铰接支座及其实施方法，以满足钢龙骨立柱竖向加载试验中的荷载偏心及铰接边界条件需求；兼顾解决现有技术中，夹具功能单一，偏心距精度较差，不能实现偏心连续化，无法同时满足多种实验需求的问题；提高了土木工程立柱轴压力学试验的便捷性，为各种不同目的的轴压力学实验研究(例如探究轴压与偏压承载力计算公式等)提供更切实的试验保障。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供一种单向偏心铰接支座，其从下到上包括依次放置的顶部开有梯形滑槽的1号方形构件、底部带有梯形楔块的2号半圆柱构件、底部开有弧形柱槽的3号方形构件、顶部开有方形浅槽的4号方形板构件及带有弧形槽的5号弧形板构件。
优选的，所述1号方形构件顶表面四角开有六角头螺栓孔，且六角头部孔与1号方形构件顶表面齐平，螺杆孔为不带螺纹的贯穿圆柱孔；1号方形构件的顶表面中部还开有两处梯形槽，梯形槽的两侧分别开有与梯形槽下底宽度相同且与梯形槽深度相同的长方体槽，长方体槽外侧开有外螺纹螺栓限位孔；
所述2号半圆柱构件上部为半圆柱体，两端截面开有外螺纹螺栓孔；中部为宽度与半圆柱体直径相同的长方体；下部为两个梯形楔块，楔块的梯形截面与半圆柱轴线方向平行，楔块的梯形截面两端分别开有圆柱孔，同一楔块上的两个圆柱孔在同一条轴线上且不贯通；
所述3号方形构件顶表面四角开有六角头螺栓孔，其中六角头部孔与构件上表面齐平，螺杆孔为不带螺纹的贯穿圆柱孔；3号方形构件的下表面中部开有弧形柱槽，弧形柱槽两端截面都分别开有两个外螺纹螺栓限位孔；
所述4号方形构件四周开有六角头螺栓孔，其中六角头部孔与构件上表面齐平，螺杆孔为不带螺纹的贯穿圆柱孔；构件上部中间开有正方形浅槽；
所述5号弧形构件开有弧形槽，弧形槽的两端开有两个外螺纹螺栓孔。
优选的，所述1号方形构件梯形槽与2号半圆柱构件下部梯形楔块尺寸及间距相同；3号方形构件的弧形柱槽与2号半圆柱构件上部的半圆柱体的直径相同；3号方形构件弧形柱槽两端截面的螺栓外螺纹孔间距离与5号弧形板构件弧形槽的两端螺栓外螺纹孔间距离相同。
优选的，所述2号半圆柱构件在1号方形构件中的梯形滑槽中滑动，实现了偏心距的连续化；通过在1号方形构件的外螺纹螺栓限位孔中插入螺栓至2号半圆柱构件圆柱孔，实现加载过程中，偏心距值保持不变。
本发明还提供了一种单向偏心铰接支座的实施方法，将1号方形构件与2号半圆柱构件组合，将2号半圆柱构件的梯形楔块放入1号方形构件的长方体槽中，梯形楔块在1号方形构件的梯形槽中滑动，将2号半圆柱构件滑动至梯形滑槽的中间，或指定偏心距离位置处，通过长方体槽外侧的螺栓孔用4个螺栓将2号半圆柱构件固定，螺栓插入梯形楔块两端截面的圆柱孔中；3号方形构件与2号半圆柱构件通过两个5号弧形板构件组合，2号半圆柱构件上部半圆柱放入3号方形构件的弧形柱槽中，将2号半圆柱构件、3号方形构件及5号弧形板构件在两端分别用三个螺栓固定；将4号方形构件与3号方形构件相组合，4号方形构件用来与试件相连接，3号和4号方形构件通过其四周的六角螺栓孔用螺栓固定。每个铰接支座组装过程需使用1个1号方形构件、1个2号半圆柱构件、1个3号方形构件、1个4号方形构件、2个5号弧形板构件。
有益效果：本发明可实现单向有/无偏心铰接连接功能，且所有的偏心距可实现连续化，突破了传统立柱竖向加载实验夹具功能单一、偏心距精度较差且不能实现偏心连续化的缺点，简化了实验流程，提高了各类轴压力学试验的便捷性，为探究不同类型立柱(例如：木结构、混凝土结构、钢结构)轴压与偏压承载力计算公式提供更切实的试验保障。
附图说明
图1顶部梯形滑槽1号方形构件；
图2底部梯形楔块2号半圆柱构件；
图3底部弧形柱槽3号方形构件；
图4顶部方形浅槽4号方形构件；
图5弧形板5号弧形板构件；
图6单向无偏心铰接功能示意；
图7单向偏心铰接功能示意；
图中：1是顶部梯形滑槽1号方形构件；1A是第一六角头螺栓孔；1B是梯形槽；1C是长方体槽；1D是第一螺栓限位孔；
2是底部梯形楔块2号半圆柱构件；2A是上半圆柱体；2B是外螺纹螺栓孔；2C是长方体；2D是梯形楔块；2E是圆柱孔；
3是底部弧形柱槽3号方形构件；3A是第二六角头螺栓孔；3B弧形柱槽；3C是第二螺栓限位孔；
4是顶部方形浅槽4号方形构件；4A是第三六角头螺栓孔；4B是正方形浅槽；
5是弧形板5号弧形板构件；5A是弧形槽；5B是第三螺栓限位孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明提供的种单向偏心铰接支座，其从下到上包括依次放置的顶部开有梯形滑槽的1号方形构件1、底部带有梯形楔块的2号半圆柱构件2、底部开有弧形柱槽的3号方形构件3、顶部开有方形浅槽的4号方形板构件4及带有弧形槽的5号弧形板构件5。
所述1号方形构件顶表面四角开有六角头螺栓孔，且六角头部孔与1号方形构件顶表面齐平，螺杆孔为不带螺纹的贯穿圆柱孔；1号方形构件的顶表面中部还开有两处梯形槽，梯形槽的两侧分别开有与梯形槽下底宽度相同且与梯形槽深度相同的长方体槽，长方体槽外侧开有外螺纹螺栓限位孔；
所述2号半圆柱构件上部为半圆柱体，两端截面开有外螺纹螺栓孔；中部为宽度与半圆柱体直径相同的长方体；下部为两个梯形楔块，楔块的梯形截面与半圆柱轴线方向平行，楔块的梯形截面两端分别开有圆柱孔，同一楔块上的两个圆柱孔在同一条轴线上且不贯通；
所述3号方形构件顶表面四角开有六角头螺栓孔，其中六角头部孔与构件上表面齐平，螺杆孔为不带螺纹的贯穿圆柱孔；3号方形构件的下表面中部开有弧形柱槽，弧形柱槽两端截面都分别开有两个外螺纹螺栓限位孔；
所述4号方形构件四周开有六角头螺栓孔，其中六角头部孔与构件上表面齐平，螺杆孔为不带螺纹的贯穿圆柱孔；构件上部中间开有正方形浅槽；
所述5号弧形构件开有弧形槽，弧形槽的两端开有两个外螺纹螺栓孔。
所述1号方形构件梯形槽与2号半圆柱构件下部梯形楔块尺寸及间距相同；3号方形构件的弧形柱槽与2号半圆柱构件上部的半圆柱体的直径相同；3号方形构件弧形柱槽两端截面的螺栓外螺纹孔间距离与5号弧形板构件弧形槽的两端螺栓外螺纹孔间距离相同。
所述2号半圆柱构件在1号方形构件中的梯形滑槽中滑动，实现了偏心距的连续化；通过在1号方形构件的外螺纹螺栓限位孔中插入螺栓至2号半圆柱构件圆柱孔，实现加载过程中，偏心距值保持不变。
本发明还提供了一种单向偏心铰接支座的实施方法，将1号方形构件与2号半圆柱构件组合，将2号半圆柱构件的梯形楔块放入1号方形构件的长方体槽中，梯形楔块在1号方形构件的梯形槽中滑动，将2号半圆柱构件滑动至梯形滑槽的中间，或指定偏心距离位置处，通过长方体槽外侧的螺栓孔用4个螺栓将2号半圆柱构件固定，螺栓插入梯形楔块两端截面的圆柱孔中；3号方形构件与2号半圆柱构件通过两个5号弧形板构件组合，2号半圆柱构件上部半圆柱放入3号方形构件的弧形柱槽中，将2号半圆柱构件、3号方形构件及5号弧形板构件在两端分别用三个螺栓固定；将4号方形构件与3号方形构件相组合，4号方形构件用来与试件相连接，3号和4号方形构件通过其四周的六角螺栓孔用螺栓固定。每个铰接支座组装过程需使用1个1号方形构件、1个2号半圆柱构件、1个3号方形构件、1个4号方形构件、2个5号弧形板构件。
实施例(立柱单向偏心铰接加载)：
步骤一：采用如下步骤进行单向偏心铰接支座组装：1号方形构件与2号半圆柱构件组合，将2号半圆柱构件的梯形楔块放入1号方形构件的长方体槽中，梯形楔块可在1号方形构件的梯形槽中滑动，将2号半圆柱构件滑动至梯形滑槽的中间(或适当偏心距离)，通过长方体槽外侧的螺栓孔用4个螺栓将2号半圆柱构件固定，螺栓进入梯形楔块两端截面的圆柱孔中；3号方形构件与2号半圆柱构件通过两个5号弧形板构件组合，2号半圆柱构件上部半圆柱放入3号方形构件的弧形柱槽中，将2号、3号及5号弧形板构件在两端分别用三个螺栓固定；将4号方形构件与3号方形构件相组合，4号方形构件用来与试件相连接，3号和4号方形构件通过其四周的六角螺栓孔用螺栓固定。(需使用1个1号方形构件、1个2号半圆柱构件、1个3号方形构件、1个4号方形构件、2个5号弧形板构件)
步骤二：重复步骤一可组装成第二个单向偏心铰接支座
步骤三：调整铰接支座的偏心距至指定数值(例如20mm)，而后将实验对象(例如钢立柱)的两端分别放置于两个铰接支座的4号方形构件的方形浅槽中，采用环氧树脂实现钢立柱与两个铰接支座的固定连接。
步骤四：将已经形成一体的钢立柱及两个铰接支座放置于试验反力架中，其中，下部铰接支座的1号方形构件采用螺栓与反力架固定连接，上部铰接支座的1号方形构件上部放置油压千斤顶，且千斤顶与反力架相互连接。
步骤五：通过对千斤顶泵送油压即可实现立柱的单向定值偏心加载试验。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种单向偏心铰接支座，其特征在于：其从下到上包括依次放置的顶部开有顶部梯形滑槽1号方形构件（1）、底部带有底部梯形楔块2号半圆柱构件（2）、底部开有底部弧形柱槽3号方形构件（3）、顶部开有方形浅槽的顶部方形浅槽4号方形构件（4）及带有弧形槽的弧形板5号弧形板构件（5）；
所述顶部梯形滑槽1号方形构件顶表面四角开有第一六角头螺栓孔(1A)，且第一六角头螺栓孔(1A)与顶部梯形滑槽1号方形构件顶表面齐平，第一六角头螺栓孔(1A)为不带螺纹的贯穿圆柱孔；顶部梯形滑槽1号方形构件的顶表面中部还开有两处梯形槽，梯形槽的两侧分别开有与梯形槽下底宽度相同且与梯形槽深度相同的长方体槽，长方体槽外侧开有第一螺栓限位孔(1D)；
所述底部梯形楔块2号半圆柱构件上部为半圆柱体，两端截面开有外螺纹螺栓孔(2B)；中部为宽度与半圆柱体直径相同的长方体；下部为两个梯形楔块，楔块的梯形截面与半圆柱轴线方向平行，楔块的梯形截面两端分别开有圆柱孔，同一楔块上的两个圆柱孔在同一条轴线上且不贯通；
所述底部弧形柱槽3号方形构件顶表面四角开有第二六角头螺栓孔(3A)，其中第二六角头螺栓孔(3A)与构件上表面齐平，第二六角头螺栓孔(3A)为不带螺纹的贯穿圆柱孔；底部弧形柱槽3号方形构件的下表面中部开有弧形柱槽，弧形柱槽两端截面都分别开有两个第二螺栓限位孔(3C)；
所述顶部方形浅槽4号方形构件四周开有第三六角头螺栓孔(4A)，其中第三六角头螺栓孔(4A)与构件上表面齐平，第三六角头螺栓孔(4A)为不带螺纹的贯穿圆柱孔；构件上部中间开有正方形浅槽；
所述5号弧形板构件开有弧形槽，弧形槽的两端开有两个第三螺栓限位孔(5B);
所述2号半圆柱构件在顶部梯形滑槽1号方形构件中的梯形槽中滑动，实现了偏心距的连续化；通过在顶部梯形滑槽1号方形构件的第一螺栓限位孔中插入螺栓至底部梯形楔块2号半圆柱构件圆柱孔，实现加载过程中，偏心距值保持不变。
2.根据权利要求1所述的单向偏心铰接支座，其特征在于：所述顶部梯形滑槽1号方形构件梯形槽与底部梯形楔块2号半圆柱构件下部梯形楔块尺寸及间距相同；底部弧形柱槽3号方形构件的弧形柱槽与底部梯形楔块2号半圆柱构件上部的半圆柱体的直径相同；底部弧形柱槽3号方形构件弧形柱槽两端截面的第二六角头螺栓孔间距离与弧形板5号弧形板构件弧形槽的两端第三螺栓限位孔(5B)间距离相同。
3.一种如权利要求1所述的单向偏心铰接支座的实施方法，其特征在于：将顶部梯形滑槽1号方形构件与底部梯形楔块2号半圆柱构件组合，将底部梯形楔块2号半圆柱构件的梯形楔块放入顶部梯形滑槽1号方形构件的长方体槽中，梯形楔块在顶部梯形滑槽1号方形构件的梯形槽中滑动，将底部梯形楔块2号半圆柱构件滑动至梯形槽的中间，或指定偏心距离位置处，通过长方体槽外侧的外螺纹螺栓孔(2B)用4个螺栓将底部梯形楔块2号半圆柱构件固定，螺栓插入梯形楔块（2D）两端的圆柱孔（2E）中；底部弧形柱槽3号方形构件与底部梯形楔块2号半圆柱构件通过两个弧形板5号弧形板构件组合，底部梯形楔块2号半圆柱构件上部半圆柱放入底部弧形柱槽3号方形构件的弧形柱槽中，将底部梯形楔块2号半圆柱构件、底部弧形柱槽3号方形构件及弧形板5号弧形板构件在两端分别用三个螺栓固定；将顶部方形浅槽4号方形构件与底部弧形柱槽3号方形构件相组合，顶部方形浅槽4号方形构件用来与试件相连接，底部弧形柱槽3号方形构件和顶部方形浅槽4号方形构件通过其四周的第三六角头螺栓孔(4A)用螺栓固定，每个铰接支座组装过程需使用1个顶部梯形滑槽1号方形构件、1个底部梯形楔块2号半圆柱构件、1个底部弧形柱槽3号方形构件、1个顶部方形浅槽4号方形构件、2个弧形板5号弧形板构件。
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