CN106950055B - 侧向支撑装置及其设计方法、高性能钢梁加载试验系统 - Google Patents

侧向支撑装置及其设计方法、高性能钢梁加载试验系统 Download PDF

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CN106950055B CN201710326034.3A CN201710326034A CN106950055B CN 106950055 B CN106950055 B CN 106950055B CN 201710326034 A CN201710326034 A CN 201710326034A CN 106950055 B CN106950055 B CN 106950055B
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Abstract

本发明公开了一种侧向支撑装置,包括可稳固于地面的第一立柱,该第一立柱上开有凹槽,凹槽内设有可在凹槽内移动的第一滑块,第一滑块可与第一立柱相对固定;还包括与第一立柱结构相同的第二立柱,第一立柱与第二立柱镜像对称;第二立柱的凹槽内设有可移动的第二滑块,第二滑块可与第二立柱相对固定;第一滑块和第二滑块在同一高度,在第一滑块和第二滑块位置处箍接有可将第一立柱和第二立柱箍紧的骑马U型箍。同时还提供了装置的设计方法及试验系统。本发明在高性能钢梁由于受载发生变形时仍提供有效的侧向位移约束。当不同加载试验的钢梁设置高度发生变化时,可实现高度可调,适用范围广。

Description

侧向支撑装置及其设计方法、高性能钢梁加载试验系统
技术领域
本发明属于钢梁性能试验设备,具体涉及一种侧向支撑装置及其设计方法、高性能钢梁加载试验系统。
背景技术
失稳破坏是钢梁的主要破坏形式之一。在钢梁的加载试验中,当高性能钢梁长细比较大时,若无侧向支撑,受压翼缘容易发生失稳破坏。通过设置侧向支撑装置,可以减小梁的平面外计算长度,达到提高高性能钢梁整体稳定的目的。
现有技术的侧向支撑装置一般是在钢梁两侧分别固定设置平行于钢梁的工字钢,然后通过夹持板将钢梁夹持,形成侧向支撑结构。在试验操作过程中,由于试验条件和仪器的不同,受压翼缘的高度是不确定的。因此如果改变了受压翼缘的高度,固定的侧向支撑结构就失去了作用,不能适用于不同的工况,灵活性差。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种可适用于不同工况的高性能钢梁加载试验侧向支撑装置。
本发明解决问题的技术方案是:一种侧向支撑装置,包括可稳固于地面的第一立柱,该第一立柱上开有凹槽,凹槽内设有可在凹槽内移动的第一滑块,第一滑块可与第一立柱相对固定;
还包括与第一立柱结构相同的第二立柱,第一立柱与第二立柱镜像对称;所述第二立柱的凹槽内设有可移动的第二滑块,第二滑块可与第二立柱相对固定;
所述第一滑块和第二滑块在同一高度,在第一滑块和第二滑块位置处箍接有可将第一立柱和第二立柱箍紧的骑马U型箍。
当不同加载试验的钢梁设置高度发生变化时,通过改变第一、第二滑块以及骑马U型箍的位置,实现高度可调。
进一步的,所述骑马U型箍包括U型箍、与U型箍可拆卸连接的受力块;
为使得箍接更稳固,所述第一滑块上设有可容纳受力块卡装的卡槽,第二滑块上设有可容纳U型箍卡装的卡槽。
具体的,所述第一立柱为L形,第一立柱的凹槽两侧边间隔设有螺栓孔,所述第一滑块与第一立柱通过螺栓固定。
为保证L形立柱的受力可靠,还包括斜撑杆,其一端与第一立柱的竖直部分通过螺栓连接,另一端与第一立柱的水平部分通过螺栓连接。
优选的,所述斜撑杆与第一立柱的竖直部分的夹角为45度。
相应的,本发明还提供一种高性能钢梁加载试验系统,包括间隔设置的支撑墩、两端分别搁置于支撑墩上的钢梁、压放在钢梁受压翼缘中部的压力块,在钢梁两侧设置有上述高性能钢梁加载试验侧向支撑装置,所述第一立柱与第二立柱相对于钢梁镜像对称,第一立柱和第二立柱分别与钢梁的受压翼缘的棱边抵接,第一滑块和第二滑块的高度位于受压翼缘位置处;
第一立柱和第二立柱均高于钢梁顶部。
上述方案中,在高性能钢梁由于受载发生变形时仍提供有效的侧向位移约束。
当高性能钢梁的结构性能发生变化时,侧向支撑力增加不大时,可仅更换骑马U型箍的型号以达到侧向支撑要求;当侧向支撑力增加较大时,只需改变骑马U型箍的型号及滑块的尺寸即可,更换工作较为简便。
优选的,分布于钢梁两侧的侧向支撑装置至少有两组。
优选的,所述第一立柱和第二立柱的高度超出钢梁受压翼缘50厘米。
同时,本发明还提供一种上述侧向支撑装置的设计方法,包括如下步骤:
(a)找准第一立柱与钢梁受压翼缘的接触点位置,该接触点即为支撑点,测量支撑点到钢梁端部的距离,得到支撑点到梁端的距离与梁长的比例α;
(b)所述骑马U型箍包括U型箍、与U型箍可拆卸连接的受力块;
利用支撑点处的曲线反弯特性求解任意两个镜像对称支撑作用下的侧向支撑力F,计算公式为:
Figure BDA0001291106860000031
式(1)中,M为梁的弯矩,N为受压翼缘的轴向力,l为梁的长度,d为N引起支撑力处的位移,f为U型箍轴向刚度,bw是钢梁受压翼缘的宽度,tw是钢梁腹板厚度,Wn是钢梁截面抵抗矩;
由上述公式得到侧向支撑力
Figure BDA0001291106860000032
(c)利用所计算的侧向支撑力,根据公式
A=F/[σ] (2)
计算出骑马U型箍的受力块截面积A,其中[σ]为允许拉应力;
然后选出合适的骑马U型箍型号;
(d)在第一立柱上开设凹槽,选配可与凹槽配合的第一滑块;
(e)根据第一立柱的结构制作与第一立柱结构相同的第二立柱,并选配可与第二立柱上的凹槽配合的第二滑块,用骑马U型箍将第一立柱和第二立柱箍接;
(f)当不同加载试验的钢梁设置高度发生变化时,通过改变第一、第二滑块以及骑马U型箍的位置,实现高度可调。
进一步的,所述第一立柱为L形,第一立柱的凹槽两侧边间隔设有螺栓孔,所述第一滑块与第一立柱通过螺栓固定;
步骤(d)中根据骑马U型箍的型号,在第一滑块上设有可容纳受力块卡装的卡槽;
步骤(e)中根据骑马U型箍的型号,在第二滑块上设有可容纳U型箍卡装的卡槽;
用骑马U型箍将第一立柱和第二立柱箍接的时候,骑马U型箍卡装在第一滑块和第二滑块的卡槽中。
本发明的显著效果是:
1.在高性能钢梁由于受载发生变形时仍提供有效的侧向位移约束。
2.当不同加载试验的钢梁设置高度发生变化时,通过改变第一、第二滑块以及骑马U型箍的位置,实现高度可调,适用范围广。
3.采用反弯点特性所推导的侧向支撑力具有适用性广、计算简便的特点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明侧向支撑结构示意图;
图2为骑马U型箍结构图;
图3为滑块结构图;
图4为本发明高性能钢梁加载试验系统结构图。
图中:1—第一立柱;2—斜撑杆;3—第二立柱;4—第一滑块;5—第二滑块;6—骑马U型箍;7—支撑墩;8—钢梁;9—压力块;61-U型箍;62-受力块。
具体实施方式
如图1~3所示,一种侧向支撑装置,包括可稳固于地面的第一立柱1,该第一立柱1上开有凹槽,凹槽内设有可在凹槽内移动的第一滑块4,第一滑块4可与第一立柱1相对固定。
还包括与第一立柱1结构相同的第二立柱3,第一立柱1与第二立柱3镜像对称;所述第二立柱1的凹槽内设有可移动的第二滑块5,第二滑块5可与第二立柱3相对固定。
所述第一滑块4和第二滑块5在同一高度,在第一滑块4和第二滑块5位置处箍接有可将第一立柱1和第二立柱3箍紧的骑马U型箍6。
所述骑马U型箍6包括U型箍61、与U型箍61可拆卸连接的受力块62。
所述第一滑块4上设有可容纳受力块62卡装的卡槽,第二滑块5上设有可容纳U型箍61卡装的卡槽。
所述第一立柱1为L形,第一立柱1的凹槽两侧边间隔设有螺栓孔,所述第一滑块4与第一立柱1通过螺栓固定。还包括斜撑杆2,其一端与第一立柱1的竖直部分通过螺栓连接,另一端与第一立柱1的水平部分通过螺栓连接。所述斜撑杆2与第一立柱1的竖直部分的夹角为45度。
如图4所示,本实施例还提供一种高性能钢梁加载试验系统,包括间隔设置的支撑墩7、两端分别搁置于支撑墩上的钢梁8、压放在钢梁8受压翼缘中部的压力块9。在钢梁8两侧设置有上述高性能钢梁加载试验侧向支撑装置。所述第一立柱1与第二立柱3相对于钢梁8镜像对称,第一立柱1和第二立柱3分别与钢梁8的受压翼缘的棱边抵接,第一滑块4和第二滑块5的高度位于受压翼缘位置处;
第一立柱1和第二立柱3均高于钢梁8顶部。
分布于钢梁8两侧的侧向支撑装置至少有两组。
所述第一立柱1和第二立柱3的高度超出钢梁8受压翼缘50厘米。
本实施例还提供一种侧向支撑装置的设计方法,包括如下步骤:
(a)找准第一立柱1与钢梁8受压翼缘的接触点位置,该接触点即为支撑点,测量支撑点到钢梁8端部的距离,得到支撑到梁端的距离与梁长的比例α;
(b)骑马U型箍6包括U型箍61、与U型箍61可拆卸连接的受力块62;
利用支撑点处的曲线反弯特性求解任意两个镜像对称支撑作用下的侧向支撑力F,计算公式为:
Figure BDA0001291106860000051
式(1)中,M为梁的弯矩,N为受压翼缘的轴向力,l为梁的长度,d为N引起支撑力处的位移,f为U型箍61轴向刚度,bw是钢梁受压翼缘的宽度,tw是钢梁腹板厚度,Wn是钢梁截面抵抗矩;
由上述公式得到侧向支撑力
Figure BDA0001291106860000052
(c)利用所计算的侧向支撑力,根据公式
A=F/[σ] (2)
计算出骑马U型箍6的受力块62截面积A,其中[σ]为允许拉应力;
然后选出合适的骑马U型箍6型号;
(d)在第一立柱1上开设凹槽,选配可与凹槽配合的第一滑块4;所述第一立柱1为L形,第一立柱1的凹槽两侧边间隔设有螺栓孔,所述第一滑块4与第一立柱1通过螺栓固定;在第一滑块4上设有可容纳受力块62卡装的卡槽;
(e)根据第一立柱1的结构制作与第一立柱1结构相同的第二立柱3,并选配可与第二立柱3上的凹槽配合的第二滑块5,在第二滑块5上设有可容纳U型箍61卡装的卡槽;
用骑马U型箍6将第一立柱1和第二立柱3箍接,骑马U型箍6卡装在第一滑块4和第二滑块5的卡槽中;
(f)当不同加载试验的钢梁8设置高度发生变化时,通过改变第一、第二滑块以及骑马U型箍6的位置,实现高度可调。

Claims (7)

1.一种钢梁加载试验系统,包括间隔设置的支撑墩(7)、两端分别搁置于支撑墩上的钢梁(8)、压放在钢梁(8)受压翼缘中部的压力块(9),其特征在于:在钢梁(8)两侧设置有侧向支撑装置,侧向支撑装置包括可稳固于地面的第一立柱(1),该第一立柱(1)上开有凹槽,凹槽内设有可在凹槽内移动的第一滑块(4),第一滑块(4)可与第一立柱(1)相对固定;
还包括与第一立柱(1)结构相同的第二立柱(3),所述第二立柱(1)的凹槽内设有可移动的第二滑块(5),第二滑块(5)可与第二立柱(3)相对固定;
所述第一滑块(4)和第二滑块(5)在同一高度,在第一滑块(4)和第二滑块(5)位置处箍接有可将第一立柱(1)和第二立柱(3)箍紧的骑马U型箍(6);所述骑马U型箍(6)包括U型箍(61)、与U型箍(61)可拆卸连接的受力块(62);
所述第一滑块(4)上设有可容纳受力块(62)卡装的卡槽,第二滑块(5)上设有可容纳U型箍(61)卡装的卡槽;所述第一立柱(1)为L形,第一立柱(1)的凹槽两侧边间隔设有螺栓孔,所述第一滑块(4)与第一立柱(1)通过螺栓固定;
所述第一立柱(1)与第二立柱(3)相对于钢梁(8)镜像对称,第一立柱(1)和第二立柱(3)分别与钢梁(8)的受压翼缘的棱边抵接,第一滑块(4)和第二滑块(5)的高度位于受压翼缘位置处;
第一立柱(1)和第二立柱(3)均高于钢梁(8)顶部。
2.根据权利要求1所述的钢梁加载试验系统,其特征在于:还包括斜撑杆(2),其一端与第一立柱(1)的竖直部分通过螺栓连接,另一端与第一立柱(1)的水平部分通过螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的钢梁加载试验系统,其特征在于:所述斜撑杆(2)与第一立柱(1)的竖直部分的夹角为45度。
4.根据权利要求1所述的钢梁加载试验系统,其特征在于:分布于钢梁(8)两侧的侧向支撑装置至少有两组。
5.根据权利要求1所述的钢梁加载试验系统,其特征在于:所述第一立柱(1)和第二立柱(3)的高度超出钢梁(8)受压翼缘50厘米。
6.一种侧向支撑装置的设计方法,侧向支撑装置包括可稳固于地面的第一立柱(1),该第一立柱(1)上开有凹槽,凹槽内设有可在凹槽内移动的第一滑块(4),第一滑块(4)可与第一立柱(1)相对固定;
还包括与第一立柱(1)结构相同的第二立柱(3),第一立柱(1)与第二立柱(3)镜像对称;所述第二立柱(1)的凹槽内设有可移动的第二滑块(5),第二滑块(5)可与第二立柱(3)相对固定;
所述第一滑块(4)和第二滑块(5)在同一高度,在第一滑块(4)和第二滑块(5)位置处箍接有可将第一立柱(1)和第二立柱(3)箍紧的骑马U型箍(6);所述骑马U型箍(6)包括U型箍(61)、与U型箍(61)可拆卸连接的受力块(62);
所述第一滑块(4)上设有可容纳受力块(62)卡装的卡槽,第二滑块(5)上设有可容纳U型箍(61)卡装的卡槽;所述第一立柱(1)为L形,第一立柱(1)的凹槽两侧边间隔设有螺栓孔,所述第一滑块(4)与第一立柱(1)通过螺栓固定;
其特征在于包括如下步骤:
(a)找准第一立柱(1)与钢梁(8)受压翼缘的接触点位置,该接触点即为支撑点,测量支撑点到钢梁(8)端部的距离,得到支撑点到梁端的距离与梁长的比例α;
(b)所述骑马U型箍(6)包括U型箍(61)、与U型箍(61)可拆卸连接的受力块(62);
利用支撑点处的曲线反弯特性求解任意两个镜像对称支撑作用下的侧向支撑力F,计算公式为:
Figure FDA0002372189360000021
式(1)中,M为梁的弯矩,N为受压翼缘的轴向力,l为梁的长度,d为N引起支撑力处的位移,f为U型箍(61)轴向刚度,bw是钢梁受压翼缘的宽度,tw是钢梁腹板厚度,Wn是钢梁截面抵抗矩;
由上述公式得到侧向支撑力
Figure FDA0002372189360000031
(c)利用所计算的侧向支撑力,根据公式
A=F/[σ] (2)
计算出骑马U型箍(6)的受力块(62)截面积A,其中[σ]为允许拉应力;
然后选出合适的骑马U型箍(6)型号;
(d)在第一立柱(1)上开设凹槽,选配可与凹槽配合的第一滑块(4);
(e)根据第一立柱(1)的结构制作与第一立柱(1)结构相同的第二立柱(3),并选配可与第二立柱(3)上的凹槽配合的第二滑块(5),用骑马U型箍(6)将第一立柱(1)和第二立柱(3)箍接;
(f)当不同加载试验的钢梁(8)设置高度发生变化时,通过改变第一、第二滑块以及骑马U型箍(6)的位置,实现高度可调。
7.根据权利要求6所述的侧向支撑装置的设计方法,其特征在于:所述第一立柱(1)为L形,第一立柱(1)的凹槽两侧边间隔设有螺栓孔,所述第一滑块(4)与第一立柱(1)通过螺栓固定;
步骤(d)中根据骑马U型箍(6)的型号,在第一滑块(4)上设有可容纳受力块(62)卡装的卡槽;
步骤(e)中根据骑马U型箍(6)的型号,在第二滑块(5)上设有可容纳U型箍(61)卡装的卡槽;
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