CN108007790A - 一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置及方法，所述装置包括加载锥钉、加载板、方形钢管、钢绞线和加载箱，两个方形钢管相互搭接呈交叉状，加载锥钉插设于两方形钢管的搭接处，加载锥钉外壁还设置有螺纹，通过旋接在螺纹上的螺母锁紧方形钢管，方形钢管的四个端部分别通过钢绞线吊接加载箱，加载板下方固接有待测钢梁，加载锥钉端部穿过加载板上开设的通孔与所述待测钢梁相接触。加载装置取材方便，制作简易，可重复利用，装配式程度高，避免了传统加载装置中需要施焊带来的一系列问题，加载锥钉方便更换、操作简单，可保证施加荷载的方向和位置均不变，能够最大限度的减少荷载作用面积，接近集中荷载加载在作用点的理想状态。

Description

一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置及方法
技术领域：
本发明涉及钢结构技术领域，具体涉及一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置及方法。
背景技术：
钢结构中主要受力构件--钢梁的稳定问题一直是研究人员和设计人员关注的重点。梁上有集中荷载作用是构件实际受力中常见的情况，所以需要对集中荷载作用下钢梁的稳定性能进行研究。目前，国内外关于钢梁稳定的试验较少，主要是因为加载装置无法解决的问题。在已有的少数稳定试验中，常用千斤顶施加集中荷载，而千斤顶加载也存在着显著的缺点：传统的千斤顶施加集中荷载时，钢梁发生弯扭失稳时，加载点位置会偏移，加载方向也不再是竖直向下，随着变形增大千斤顶将脱离试件表面，导致试验终止；千斤顶端部是一个圆盘，施加的是面荷载，与理想的集中荷载有偏差。而且，当钢梁发生弯扭失稳时，千斤顶会阻碍钢梁的变形开展，导致试验数据不准确。已有的加载环装置非装配式，需要焊接，不易拆卸，尺寸固定。加载环环口面积限定了钢梁截面尺寸，因此加载环不具有普适性。鉴于加载环是平面内结构而非空间结构体系，在钢梁平面内的稳定性较难保证，即加载方向的垂直度不易控制。
因此，需要提出一种更适用的装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置及方法，以解决上述问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置及方法，其适用于任意尺寸钢梁施加集中荷载进行稳定试验，保证点加载与实际作用集中荷载的情况相符，并在钢梁失稳时加载点位置不变、继续施加荷载。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，包括加载锥钉、加载板、方形钢管、钢绞线和加载箱，两个所述方形钢管相互搭接呈交叉状，在两个所述方形钢管的搭接处均设置有第一通孔，所述加载锥钉插设于所述第一通孔中，所述加载锥钉外壁设置有台阶，所述方形钢管坐设于所述台阶上，所述加载锥钉外壁还设置有螺纹，所述螺纹上旋接有螺母，通过所述螺母锁紧坐设于所述台阶上的方形钢管，所述方形钢管的四个端部分别通过所述钢绞线连接所述加载箱，所述加载箱悬吊在所述方形钢管下方，所述加载板置于所述加载锥钉下方，所述加载板下方固接有待测钢梁，所述加载板上开设有第二通孔，所述加载锥钉靠近所述加载板的一端端部穿过所述第二通孔，与所述待测钢梁相接触。
所述待测钢梁为工字型钢梁，在所述加载板和所述待测钢梁的翼缘上固定有夹具，将所述加载板和所述待测钢梁固接为一体。
所述加载锥钉采用阶梯轴结构，其包括第一锥钉部和第二锥钉部，所述第一锥钉部的直径小于所述第二锥钉部的直径，所述第一锥钉部为圆柱形结构，在所述圆柱形结构的外壁上设置有螺纹，所述第二锥钉部靠近所述加载板的一端为锥形结构。
所述第一通孔为圆形通孔，其直径大于所述第一锥钉部的直径。
所述第二通孔为锥形通孔，其与所述第二锥钉部的锥形结构相配合，所述第二锥钉部的锥形结构穿过所述第二通孔，与所述待测钢梁相接触。
所述螺纹设置于所述圆柱形结构外壁的中部，所述圆柱形结构外壁的上部和下部均为光滑面，所述螺纹下端部与所述方形钢管的上端部相接触。
所述方形钢管为空心钢管。
所述钢绞线一端通过挂钩挂接所述加载箱，其另一端穿过所述方形钢管端部，并通过U型钢卡具固定。
采用上述一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置进行加载试验的方法，具体步骤如下：
步骤一：首先将所述加载板固定于待测钢梁上，同时所述加载板上的第二通孔对准所述待测钢梁上的加载点；
步骤二：将所述加载锥钉的一端穿过所述方形钢管上的第一通孔，并通过所述螺母将所述方形钢管锁紧于所述加载锥钉的台阶上，完成所述方形钢管和加载锥钉的组装；
步骤三：将所述加载锥钉的另一端穿过所述第二通孔，与所述待测钢梁的加载点相接触，实现荷载的集中加载；
步骤四：将所述钢绞线一端分别固定于所述方形钢管的四个端部，其另一端分别固接于所述加载箱的四个角上；
步骤五：试验开始加载，向所述加载箱中分次加入不同重量的沙子或标准配重块，并记录重量值，所记载的重量值即为荷载的大小，进而得到每级荷载大小，直至待测钢梁变形被破坏，得到待测钢梁承载力大小的荷载值。
所述步骤一中，所述加载板上的第二通孔为锥形通孔，所述加载锥钉靠近所述加载板的一端为锥形结构，所述锥形结构穿过所述第二通孔，与所述待测钢梁上的加载点相接触，通过所述锥形通孔固定所述加载锥钉，使得试验过程中，即使待测钢梁发生变形，加载位置也不会改变，施加荷载始终竖直向下作用于所述待测钢梁，保证荷载加载的方向和位置不变，确保试验结果的准确性。
本发明一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置及方法的有益效果：。
1、本发明的加载装置取材方便，制作简易，可重复利用，装配式程度高，避免了传统加载装置中需要施焊带来的一系列问题；
2、装置采用的两只方形钢管呈上下搭接叠放，且角度可自由调整，两只方形钢管形成的空间体系比平面结构更能保证加荷方向的稳定，且对于梁截面大小的要求更为宽松，对于任何截面大小的梁都可使施加荷载，截面适用性更为广泛，当梁承受保向力发生弯扭屈曲时，其变形可不受到加载装置的干扰而继续加载，且在试验结束后，易于拆卸，可将两只方形钢管上下叠放节省空间；
3、装置中采用的加载锥钉方便更换、操作简单，可一直提供保向力，保证施加荷载的方向和位置均不变，且能够最大限度的减少荷载作用面积，接近集中荷载加载在作用点的理想状态；且加载锥钉采用阶梯轴结构的变截面设计，锥钉下端为大截面的第二锥钉部，使其能够更加牢靠的紧贴于方形钢管下侧；锥钉上端为小截面的第一锥钉部，第一锥钉部穿过方形钢管的预留孔洞，并使用螺母固定于方形钢管上侧，变截面的设计使得加载锥钉方便定位，避免了其上下移动；
4、在加载锥钉的第一锥钉部的上部和下部均为光滑面，其只有中部设有螺纹，且螺纹下端部与方形钢管的上端部相接触，便于螺母的旋入后的固定，第一锥钉部上部的光滑面设计有利于螺母顺利下落至螺纹处，减少不必要的工作量，第一锥钉部下部的光滑面设计则不仅有利于加载锥钉与方形钢管的紧密贴合，同时也方便两个方形钢管的转动，调整两个方形钢管之间的角度；
5、加载板上设置的第二通孔采用锥形设计，使加载锥钉能够很好的固定于孔洞之中，给加载锥钉施加保向力提供了保证，且能够实现集中荷载作用于一点的实际状态，能够保证梁在弯扭屈曲发生时加载点位置不移动，将加载板上的第二通孔对准理想加载点，然后加载锥钉对准加载板上第二通孔，即可加载；
6、通过钢绞线在所述方形钢管下方悬吊加载箱，通过向加载箱中添加不同重量的沙子或标准配重块来施加不同等级荷载。
附图说明：
图1为本发明一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置的结构示意图；
图2为装夹有加载板的待测钢梁的结构示意图；
图3为加载板的俯视图；
图4为加载板的左视图；
图5为加载锥钉的结构示意图；
图中：1-加载锥钉，2-加载板，3-方形钢管，4-钢绞线，5-加载箱，6-螺母，7-U型钢卡具，8-待测钢梁，9-第二通孔，10-第一锥钉部，11-第二锥钉部，12-螺纹，13-光滑面。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
根据图1～图2所示，本发明提供的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，包括加载锥钉1、加载板2、方形钢管3、钢绞线4和加载箱5，两个所述方形钢管3相互搭接叠加呈交叉状，两个方形钢管3之间的夹角可以根据需要进行调整，在两个所述方形钢管3的搭接处均设置有第一通孔(未图示)，且所述方形钢管3为空心钢管，所述加载锥钉1插设于所述第一通孔中，所述第一通孔为圆形通孔，其直径大于所述加载锥钉1端部的直径，以使所述加载锥钉1的端部能够完全伸入所述第一通孔中，所述加载锥钉1外壁设置有台阶，所述方形钢管3坐设于所述台阶上，所述加载锥钉1外壁还设置有螺纹12，所述螺纹12上旋接有螺母6，通过所述螺母6锁紧坐设于所述台阶上的方形钢管3，所述方形钢管3的四个端部分别通过所述钢绞线4连接所述加载箱5，具体地说，是所述钢绞线4的一端通过挂钩挂接所述加载箱5，其另一端穿过所述方形钢管3端部，并通过U型钢卡具7固定，使所述加载箱5悬吊在所述方形钢管3下方，在进行加载试验时，通过向所述加载箱4添加不同重量的沙子或标准配重块来施加不同等级荷载，所述加载板2置于所述加载锥钉1下方，所述加载板2下方固接有待测钢梁8，所述加载板2上开设有第二通孔9，所述加载锥钉1靠近所述加载板2的一端端部穿过所述第二通孔9，与所述待测钢梁8相接触，实现荷载的集中加载，所述待测钢梁8为工字型钢梁，在所述加载板2和所述待测钢梁8的翼缘上固定有夹具，将所述加载板2和所述待测钢梁8固接为一体。
进一步地，如图5所示，所述加载锥钉1采用阶梯轴结构，其包括第一锥钉部10和第二锥钉部11，所述第一锥钉部10的直径小于所述第二锥钉部11的直径，所述第一锥钉部10为圆柱形结构，在所述圆柱形结构的外壁上设置有螺纹12，所述第二锥钉部11靠近所述加载板2的一端为锥形结构，所述第一通孔的直径大于所述第一锥钉部10的直径。
进一步地，如图3～图4所示，所述第二通孔9为锥形通孔，其与所述第二锥钉部11的锥形结构相配合，所述第二锥钉部11的锥形结构穿过所述第二通孔9，与所述待测钢梁8相接触。
进一步地，所述螺纹12设置于所述圆柱形结构外壁的中部，所述圆柱形结构外壁的上部和下部均为光滑面13，所述螺纹12下端部与所述方形钢管3的上端部相接触。
采用上述一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置进行加载试验的方法，具体步骤如下：
步骤一：首先将所述加载板2固定于待测钢梁8上，同时所述加载板2上的第二通孔9对准所述待测钢梁8上的加载点；
所述加载板2上的第二通孔9为锥形通孔，所述加载锥钉1靠近所述加载板2的一端为锥形结构，所述锥形结构穿过所述第二通孔9，与所述待测钢梁8上的加载点相接触，通过所述锥形通孔固定所述加载锥钉1，使得试验过程中，即使待测钢梁8发生变形，加载位置也不会改变，施加荷载始终竖直向下作用于所述待测钢梁8，保证荷载加载的方向和位置不变，确保试验结果的准确性；
步骤二：将所述加载锥钉1的一端穿过所述方形钢管3上的第一通孔，并通过所述螺母6将所述方形钢管6锁紧于所述加载锥钉1的台阶上，完成所述方形钢管3和加载锥钉1的组装；
步骤三：将所述加载锥钉1的另一端穿过所述第二通孔9，与所述待测钢梁8的加载点相接触，实现荷载的集中加载；
步骤四：将所述钢绞线4一端分别固定于所述方形钢管3的四个端部，其另一端分别固接于所述加载箱5的四个角上；
步骤五：试验开始加载，向所述加载箱5中分次加入不同重量的沙子或标准配重块，并记录重量值，所记载的重量值即为荷载的大小，进而得到每级荷载大小，直至待测钢梁8变形被破坏，得到待测钢梁8承载力大小的荷载值。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，其特征在于：包括加载锥钉、加载板、方形钢管、钢绞线和加载箱，两个所述方形钢管相互搭接呈交叉状，在两个所述方形钢管的搭接处均设置有第一通孔，所述加载锥钉插设于所述第一通孔中，所述加载锥钉外壁设置有台阶，所述方形钢管坐设于所述台阶上，所述加载锥钉外壁还设置有螺纹，所述螺纹上旋接有螺母，通过所述螺母锁紧坐设于所述台阶上的方形钢管，所述方形钢管的四个端部分别通过所述钢绞线连接所述加载箱，所述加载箱悬吊在所述方形钢管下方，所述加载板置于所述加载锥钉下方，所述加载板下方固接有待测钢梁，所述加载板上开设有第二通孔，所述加载锥钉靠近所述加载板的一端端部穿过所述第二通孔，与所述待测钢梁相接触。
2.根据权利要求1所述的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，其特征在于：所述待测钢梁为工字型钢梁，在所述加载板和所述待测钢梁的翼缘上固定有夹具，将所述加载板和所述待测钢梁固接为一体。
3.根据权利要求1所述的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，其特征在于：所述加载锥钉采用阶梯轴结构，其包括第一锥钉部和第二锥钉部，所述第一锥钉部的直径小于所述第二锥钉部的直径，所述第一锥钉部为圆柱形结构，在所述圆柱形结构的外壁上设置有螺纹，所述第二锥钉部靠近所述加载板的一端为锥形结构。
4.根据权利要求3所述的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，其特征在于：所述第一通孔为圆形通孔，其直径大于所述第一锥钉部的直径。
5.根据权利要求3所述的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，其特征在于：所述第二通孔为锥形通孔，其与所述第二锥钉部的锥形结构相配合，所述第二锥钉部的锥形结构穿过所述第二通孔，与所述待测钢梁相接触。
6.根据权利要求3所述的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，其特征在于：所述螺纹设置于所述圆柱形结构外壁的中部，所述圆柱形结构外壁的上部和下部均为光滑面，所述螺纹下端部与所述方形钢管的上端部相接触。
7.根据权利要求1所述的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，其特征在于：所述方形钢管为空心钢管。
8.根据权利要求1所述的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置，其特征在于：所述钢绞线一端通过挂钩挂接所述加载箱，其另一端穿过所述方形钢管端部，并通过U型钢卡具固定。
9.采用权利要求1所述的一种装配式钢梁整体稳定试验集中荷载加载装置进行加载试验的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：首先将所述加载板固定于待测钢梁上，同时所述加载板上的第二通孔对准所述待测钢梁上的加载点；
步骤二：将所述加载锥钉的一端穿过所述方形钢管上的第一通孔，并通过所述螺母将所述方形钢管锁紧于所述加载锥钉的台阶上，完成所述方形钢管和加载锥钉的组装；
步骤三：将所述加载锥钉的另一端穿过所述第二通孔，与所述待测钢梁的加载点相接触，实现荷载的集中加载；
步骤四：将所述钢绞线一端分别固定于所述方形钢管的四个端部，其另一端分别固接于所述加载箱的四个角上；
步骤五：试验开始加载，向所述加载箱中分次加入不同重量的沙子或标准配重块，并记录重量值，所记载的重量值即为荷载的大小，进而得到每级荷载大小，直至待测钢梁变形被破坏，得到待测钢梁承载力大小的荷载值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤一中，所述加载板上的第二通孔为锥形通孔，所述加载锥钉靠近所述加载板的一端为锥形结构，所述锥形结构穿过所述第二通孔，与所述待测钢梁上的加载点相接触，通过所述锥形通孔固定所述加载锥钉，使得试验过程中，即使待测钢梁发生变形，加载位置也不会改变，施加荷载始终竖直向下作用于所述待测钢梁，保证荷载加载的方向和位置不变，确保试验结果的准确性。
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