CN107340177A - 一种应用于k型节点静力试验的手动加载简易装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，包括套接反力框架柱的Z型支架和K型节点；所述Z型支架包括上部水平设置的限位板和下部水平设置的定位板，所述限位板和定位板之间通过贴合在所述反力框架柱的连接板连接；所述K型节点包括与连接板平行设置的主管，所述主管连接有两“八”字型设置的支管，设置在主管上部的支管通过第一固定板活动铰接在连接板上部，设置在主管下部的支管通过第二固定板活动铰接在连接板下部，所述主管底端通过套筒连接有球铰支座。本发明的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置具有结构简单、承压能力强、成本低廉、稳定性好、准确性高和应用范围广泛的特点。

Description

一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置

技术领域

本发明涉及测试设备技术领域，具体是指一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置。

背景技术

K型节点是钢管结构工程中使用最广泛的节点形式之一，国内外众多学者对其力学性能进行了多方面的研究，但大部分学者是通过应用有限元数值模拟方法对K型节点进行分析，这主要是因为K型节点的试验工作较为复杂，难以准确的施加荷载。然而，没有经过试验验证的有限元模型，其准确性是值得怀疑的，由此得出的结论也缺乏说服力。众所周知，试验是检验理论正确性的一种有效手段，尤其是在土木工程领域，试验的重要性毋庸置疑。试验不仅可以验证K型节点有限元模型的准确性，还能对其承载力和破坏模式进行直观的观察和研究。目前对于K型节点的试验研究工作，大部分是采用特制的自平衡反力架或大型万能试验机，直接对K型节点的两个支管进行加载，使其一支管受拉，另一支管受压。然而，由于特制的自平衡反力架构造复杂，加工精度难以保证，往往会影响试验结果的准确性；而大型万能试验机价格昂贵，其尺寸和承载力也难以完全满足试验要求，或者同一时期开展的试验项目过于密集，不可能所有的试验都采用大型万能试验机进行加载，有时不可避免的需要采用手动加载的方式，运用普通结构实验室通常配备的液压千斤顶、压力传感器和反力架等装置施加荷载，其加载方式更为灵活。但是，对K型节点进行手动加载，如何同时保证其稳定性、准确性和承压能力存在一定难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，具有结构简单、承压能力强、成本低廉、稳定性好、准确性高和应用范围广泛的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，包括套接反力框架柱的Z型支架和K型节点；所述Z型支架包括上部水平设置的限位板和下部水平设置的定位板，所述限位板和定位板之间通过贴合在所述反力框架柱的连接板连接；所述K型节点包括与连接板平行设置的主管，所述主管连接有两“八”字型设置的支管，设置在主管上部的支管通过第一固定板活动铰接在连接板上部，设置在主管下部的支管通过第二固定板活动铰接在连接板下部，所述主管底端通过套筒连接有球铰支座。

进一步地，所述连接板上部两侧平行设置有螺栓槽，所述螺栓槽之间设有若干第一定位螺栓孔，所述连接板下部设有若干第二定位螺栓孔，所述第一定位螺栓孔、第二定位螺栓孔的位置与所述支管的位置对应。

进一步地，所述限位板为双片式平行设置，分居连接板顶部两侧。

进一步地，所述支管通过连接铰与连接板连接，所述连接铰包括贴合在连接板的底板和铰接端板，所述铰接端板与所述支管端部连接。

进一步地，所述第一固定板通过贯穿螺栓槽的长螺纹钢杆与连接铰的底板连接。

进一步地，所述第二固定板通过贯穿第二定位螺栓孔的长螺纹钢杆与连接铰的底板连接。

进一步地，位于连接板上部的底板与连接板之间设有第一垫块和第二垫块，所述第一垫块、第二垫块通过设置贯穿第一定位螺栓孔的高强螺栓与底板接触。

进一步地，所述主管和所述套筒之间设有压力传感器。

进一步地，所述套筒包括连接在压力传感器底部的上端板和与球铰支座连接的下端板，所述上端板与下端板之间相互套接环形板套接配合。

进一步地，所述定位板上设有与地锚连接用于把Z型支架固定在反力框架柱上的U型固定槽。

本发明为一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，具有如下的有益效果：

试验装置设计简单、易于制作、便于安装、操作方便，能够反复循环使用，且造价较低，易于大范围推广。应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置可以有效解决部分高校和实验室在试验条件受限制、或现有大型万能试验机的尺寸和承载力难以满足试验要求、或同一时期开展的试验项目过于密集等情况下进行K型节点的静力加载试验。

附图说明

附图1为本发明一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置的总体结构示意图。

附图2为本发明一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置的Z型支架结构示意图。

附图3为本发明一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置的套筒结构示意图。

附图中的标记包括：1、反力框架柱，2、连接板，3、第一垫块，4、支管，5、主管，6、短螺纹钢杆，7、压力传感器，8、下端板， 9、套筒，10、球铰支座，11、限位板，12、第一固定板，13、第二垫块，14、第二固定板，15、长螺纹钢杆，16、连接铰，17、地锚，18、定位板，19、螺栓槽，20、第一定位螺栓孔，21、第二定位螺栓孔，22、U型固定槽，23、上端板，24、环形板。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明产品作进一步详细的说明。

如图1～3所示，本发明公开了一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，包括套接反力框架柱1的Z型支架和K型节点；所述Z型支架包括上部水平设置的限位板11和下部水平设置的定位板18，所述限位板11和定位板18之间通过贴合在所述反力框架柱1的连接板2连接；所述K型节点包括与连接板2平行设置的主管5，所述主管5连接有两“八”字型设置的支管4，设置在主管5上部的支管通过第一固定板12活动铰接在连接板2上部，设置在主管5下部的支管通过第二固定板14活动铰接在连接板2下部，所述主管5底端通过套筒9连接有球铰支座10。所述连接板2上部两侧平行设置有螺栓槽19，所述螺栓槽19之间设有若干第一定位螺栓孔20，所述连接板2下部设有若干第二定位螺栓孔21，所述第一定位螺栓孔20、第二定位螺栓孔21的位置与所述支管4的位置对应。所述限位板11为双片式平行设置，分居连接板2顶部两侧。所述支管4通过连接铰16与连接板2连接，所述连接铰16包括贴合在连接板2的底板和铰接端板，所述铰接端板与所述支管4端部连接。所述第一固定板12通过贯穿螺栓槽19的长螺纹钢杆15与连接铰16的底板连接。所述第二固定板14通过贯穿第二定位螺栓孔21的长螺纹钢杆15与连接铰16的底板连接。位于连接板2上部的底板与连接板2之间设有第一垫块3和第二垫块13，所述第一垫块3、第二垫块13通过设置贯穿第一定位螺栓孔20的高强螺栓与底板接触。所述主管5和所述套筒9之间设有压力传感器7。所述套筒9包括连接在压力传感器7底部的上端板23和与球铰支座10连接的下端板8，所述上端板23与下端板8之间相互套接环形板24套接配合。所述定位板18上设有与地锚17连接用于把Z型支架固定在反力框架柱1上的U型固定槽22。

在本发明中，对于K型节点的加载试验，为了简化试验装置及试验流程，通过对K型节点主管施加轴向荷载的方式间接的使K型节点的一支管轴向受拉，另一支管轴向受压。该简易装置中，连接板、限位板和定位板通过焊接连接组成“Z”字形结构。通过螺栓和地锚牢固的与反力框架柱连接在一起。连接板上开有第一定位螺栓孔、第二定位螺栓孔和螺栓槽，其中第二定位螺栓孔是光滑圆孔，第一定位螺栓孔是螺纹圆孔，螺栓槽为长条形光滑槽。第二定位螺栓孔位于连接板下部，并沿反力框架柱翼缘外侧布置，直径略大于高强长螺纹钢杆直径，数量根据K型节点试件的尺寸确定。第一定位螺栓孔和螺栓槽位于连接板上部，其中第一定位螺栓孔位于两条光滑螺栓槽之间的中部位置，用来固定第一垫块和第二垫块，而螺栓槽的宽度和第二定位螺栓孔的直径完全相同，长度根据K型节点试件的尺寸确定，位置和第二定位螺栓孔的位置在同一竖直线上。两片限位板的平面尺寸及厚度完全相同，分别放置在反力框架柱两侧，并紧贴框架柱翼缘，一端和连接板焊接在一起，另一端伸出框架柱少许长度；在两片限位板中部相同位置分别开有四个直径相同的光滑圆孔，其位置与反力框架柱上原有圆孔的位置相对应，直径略大于反力框架柱上原有圆孔的直径，通过四个高强长螺栓和反力框架柱紧密贴合在一起。在定位板中部开有一U形固定槽，宽度略小于反力框架柱底座上U形槽的宽度，略大于地锚的直径；定位板完整的一端和连接板焊接在一起，另一端通过地锚和反力框架柱、地基连接在一起。第一固定板和第二固定板的平面尺寸及厚度完全相同，均放置在反力框架柱的后侧；在第二固定板（或第一固定板）四个角部相同的位置，沿反力框架柱翼缘外侧开有四个直径相同的光滑圆孔，直径略大于高强长螺纹钢杆的直径，位置与连接板上的第二定位螺栓孔（或螺栓槽）相对应；将高强长螺纹钢杆分别穿过第二固定板（或第一固定板）、连接板上的第二定位螺栓孔（或螺栓槽）和连接铰的底板，拧紧长螺纹钢杆上的螺母，将连接铰、连接板和反力框架柱固定在一起。

为了保证K型节点的主管和支管在试验过程中始终承受轴向荷载，在简易装置中专门设计了连接铰和球铰支座。连接铰的一端铰接端板和K型节点支管上的端板通过高强螺栓连接在一起，另一端底板通过高强长螺纹钢杆和连接板、反力框架柱固定在一起。第一垫块和第二垫块分别放置在连接铰的底板上侧和下侧，防止连接铰的底板在加载过程中在连接板平面内产生上下滑动，其平面尺寸根据连接铰的底板大小和连接板上第一定位螺栓孔的位置确定，厚度比连接铰的底板厚度略小；第一垫块和第二垫块上的螺栓孔是光滑圆孔，直径比连接板上的第一定位螺栓孔的直径略大，分别通过三个高强螺栓与连接板固定在一起。而球铰支座在加载过程中可以自由转动，能够随着K型节点主管的偏转而产生相应的转动，确保主管始终承受轴向压力。

为了保证液压千斤顶、压力传感器、球铰支座、试验构件和反力框架柱在试验过程中的平衡和整体稳定性，使得液压千斤顶和压力传感器在加载过程中可以随着球铰支座和试验构件一起转动，在简易装置中专门设计了套筒，如图3所示，套筒分为上下两部分，均是由上端板、下端板和环形板组成，其中环形板的内直径略大于液压千斤顶的直径，便于液压千斤顶的安装，且使得液压千斤顶在转动时不会产生稍许滑动。套筒上部环形板上开有一缺口，便于观察液压千斤顶活塞伸出千斤顶的高度，套筒下部环形板上同样开有一缺口，便于放置液压千斤顶的油管，且由于试验过程中液压千斤顶的上部活塞不断伸出，因此套筒上部环形板的高度大于下部环形板的高度。套筒下端板的平面尺寸根据球铰支座的尺寸确定，四个角部相同的位置开有四个直径相同的光滑圆孔，直径略大于球铰支座上螺栓孔的直径，位置与球铰支座上螺栓孔的位置相对应；套筒上端板的平面尺寸和K型节点主管的底部端板的平面尺寸相同，且上端板和主管底部端板的四个角部相同的位置分别开有四个直径相同的光滑圆孔，直径略大于短螺纹钢杆的直径。将压力传感器放置于套筒上端板和K型节点主管底部端板之间，并将短螺纹钢杆分别穿过套筒上端板和K型节点主管底部端板，手动拧紧短螺纹钢杆上的螺母，将压力传感器固定在套筒和主管之间。

本发明手动加载简易装置的具体组装和应用方法如下：

（1）将连接板、两片限位板和定位板组成的“Z”字形结构固定在反力框架柱上，拧紧地锚及四个高强长螺栓，使“Z”字形结构牢固的与反力框架柱连接在一起，共同作用。

（2）将四根高强长螺纹钢杆分别穿过第二固定板、连接板上的第二定位螺栓孔和连接铰的底板，拧紧长螺纹钢杆上的螺母，将连接铰固定在反力框架柱上，并保证四根高强长螺纹钢杆水平，且第二固定板和反力框架柱之间没有缝隙。

（3）将第二垫块用三个高强螺栓固定在连接板上的第一定位螺栓孔处，并保持水平；接着将连接铰的底板沿着第二垫块的上边缘放置，并将四根高强长螺纹钢杆分别穿过第一固定板、连接板上的螺栓槽和连接铰的底板，手动固定长螺纹钢杆上的螺母。

（4）将K型节点两个支管的端板分别和连接铰的铰接端板连接在一起，并保证支管端板和连接铰的铰接端板之间没有任何缝隙，也不会产生相对滑移；接着拧紧穿过第一固定板、连接板上的螺栓槽和连接铰的底板的四根高强长螺纹钢杆上的螺母，并保证四根高强长螺纹钢杆水平，且第一固定板和反力框架柱之间没有缝隙；然后将第一垫块紧贴着连接铰的底板上边缘放置，并用三个高强螺栓固定在连接板上的第一定位螺栓孔处，并保持水平。

（5）将套筒下端板固定在球铰支座上，接着把液压千斤顶放置于套筒下部环形板中，并将套筒上部环形板和上端板也安装于液压千斤顶上。

（6）将球铰支座、套筒和液压千斤顶这套装置放置于K型节点主管的下方，利用水平仪将球铰支座调至水平，拧紧球铰支座上的8个螺栓，保证其不发生任何偏转；然后微调球铰支座的位置，保证球铰支座、液压千斤顶和K型节点的中心在同一条竖直线上。

（7）将压力传感器居中放置于套筒上端板的上表面，利用液压千斤顶调整套筒上端板与K型节点主管底部端板之间的距离，使压力传感器上表面与主管底部端板下表面刚好接触；再将四根短螺纹钢杆分别穿过套筒上端板和K型节点主管底部端板，手动拧紧短螺纹钢杆上的螺母。

（8）在进行加载试验前，首先要松开球铰支座上的8个螺栓，使球铰支座在加载过程中能够自由转动，保证球铰支座、液压千斤顶、压力传感器和K型节点的中心在试验过程中始终处于同一条竖直线上，从而确保轴向荷载施加的有效性。在试验构件破坏，加载试验结束后，先拧紧球铰支座上的8个螺栓，松开四根短螺纹钢杆上的螺母，然后通过液压千斤顶卸载，并取出破坏试件，就可以继续进行下一个试验构件的加载试验。

在本发明中，试验装置中的连接板、限位板、定位板、固定板、连接铰、长螺纹钢杆、短螺纹钢杆、垫块、套筒以及各部分使用的螺栓（不包括球铰支座上的8个螺栓）全部采用高强钢制成；所有钢板的平面尺寸根据反力框架柱的尺寸确定，连接铰的尺寸根据反力框架柱和K型节点的尺寸确定，套筒的尺寸根据球铰支座的平面尺寸、液压千斤顶和压力传感器的直径确定，长螺纹钢杆的长度根据反力框架柱的尺寸以及固定板和连接铰底板的厚度确定，短螺纹钢杆的长度根据压力传感器的高度以及套筒和主管端板的厚度确定。

同时，第一垫块的下表面必须紧贴连接铰底板的上表面，而第二垫块的上表面必须紧贴连接铰底板的下表面，之间没有缝隙存在。连接板上的第一定位螺栓孔必须是螺纹孔，其位置根据垫块的尺寸及连接铰的位置确定，其直径和垫块使用的螺栓直径完全相同。

再者，套筒的尺寸根据液压千斤顶的尺寸严格确定，不能太大也不能太小；上部环形板的高度应大于液压千斤顶活塞伸出的高度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本领域的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述内容顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：包括套接反力框架柱的Z型支架和K型节点；

所述Z型支架包括上部水平设置的限位板和下部水平设置的定位板，所述限位板和定位板之间通过贴合在所述反力框架柱的连接板连接；

所述K型节点包括与连接板平行设置的主管，所述主管连接有两“八”字型设置的支管，设置在主管上部的支管通过第一固定板活动铰接在连接板上部，设置在主管下部的支管通过第二固定板活动铰接在连接板下部，所述主管底端通过套筒连接有球铰支座。

2.根据权利要求1所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：所述连接板上部两侧平行设置有螺栓槽，所述螺栓槽之间设有若干第一定位螺栓孔，所述连接板下部设有若干第二定位螺栓孔，所述第一定位螺栓孔、第二定位螺栓孔的位置与所述支管的位置对应。

3.根据权利要求2所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：所述限位板为双片式平行设置，分居连接板顶部两侧。

4.根据权利要求3所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：所述支管通过连接铰与连接板连接，所述连接铰包括贴合在连接板的底板和铰接端板，所述铰接端板与所述支管端部连接。

5.根据权利要求4所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：所述第一固定板通过贯穿螺栓槽的长螺纹钢杆与连接铰的底板连接。

6.根据权利要求5所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：所述第二固定板通过贯穿第二定位螺栓孔的长螺纹钢杆与连接铰的底板连接。

7.根据权利要求6所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：位于连接板上部的底板与连接板之间设有第一垫块和第二垫块，所述第一垫块、第二垫块通过设置贯穿第一定位螺栓孔的高强螺栓与底板接触。

8.根据权利要求7所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：所述主管和所述套筒之间设有压力传感器。

9.根据权利要求8所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：所述套筒包括连接在压力传感器底部的上端板和与球铰支座连接的下端板，所述上端板与下端板之间相互套接环形板套接配合。

10.根据权利要求9所述的应用于K型节点静力试验的手动加载简易装置，其特征在于：所述定位板上设有与地锚连接用于把Z型支架固定在反力框架柱上的U型固定槽。