CN108362560A - 一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置及方法，包括测试试件、为测试试件施加压力的加载压头和用于支撑测试试件的安装支座；测试试件包括两个相同的H型试件，两个H型试件在上翼缘板和下翼缘板处对焊；加载压头设置在测试试件的上方并能够上下移动；安装支座包括底座和设置在底座两侧的支辊架，支辊架的下端与底座通过滑块滑槽结构连接，支辊架的上端设有用于支撑测试试件底面的支辊，两侧的支辊架之间通过螺杆和螺母连接；两侧支辊架的支辊分别与测试试件两端的底面相抵。本发明能够准确测试工程中原位熔合对接焊缝的拉剪或拉压复合承载力。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程材料测试领域，具体涉及一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置及方法。
背景技术
现在，测试熔合焊缝承载力时，将钢板对接焊然和进行拉伸试验，这种方法只能测试焊缝的单向拉伸承载力，而工程中熔合焊缝大多数处于复合承载力状态，如承受拉力和剪力以及压力和剪力等。但现有技术无法同时对焊缝进行复合应力的检测，因此现有的测试无法真实的反应工程中熔合对接焊缝在拉(压)剪复合力作用下的承载力状况。
发明内容
为了测试工程中原位熔合对接焊缝的拉(压)剪复合承载力或拉压承载力，本发明的目的在于提供一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置及方法，本发明能够准确测试工程中原位熔合对接焊缝的拉剪或拉压复合承载力。
本发明采用的技术方案如下：
一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，包括测试试件、为测试试件施加压力的加载压头和用于支撑测试试件的安装支座；
测试试件包括两个相同的H型试件，两个H型试件在上翼缘板和下翼缘板处对焊；
加载压头设置在测试试件的上方并能够上下移动；
安装支座包括底座和设置在底座两侧的支辊架，支辊架的下端与底座通过滑块滑槽结构连接，支辊架的上端设有用于支撑测试试件底面的支辊，两侧的支辊架之间通过螺杆和螺母连接；
两侧支辊架的支辊分别与测试试件两端的底面相抵。
加载压头的下端沿加载压头的长度方向设有用于对测试试件施加压力的施力辊，施力辊与测试试件垂直，施力辊的长度不小于测试试件的宽度。
加载压头上端的中部铰接有能够与万能材料试验机连接的链接器。
两侧的支辊架之间通过四组对称设置的螺杆和螺母连接，螺杆为双头螺杆，两侧的支辊架上开设有供螺杆穿过的通孔，并通过通孔套在四根螺杆上，每根螺杆在每个支辊架的两侧分别螺纹连接有用于对支辊架进行限位的第一紧固螺母和第二紧固螺母。
支辊架下端两侧对称设有两个滑块结构，底座的上表面对应开设有两条与两个滑块结构适配的导向槽。
支辊架的上端面开设有用于放置支辊的支辊槽，支辊槽为圆柱形槽，支辊槽对应的半径与支辊的半径相同，支辊槽对应的圆周角小于180°。
支辊槽开设于其所在支辊架与另一个支辊架靠近的一侧，当支辊放置在支辊槽后，支辊的侧面与该支辊所在的支辊架的侧壁相切，该侧壁为两个支辊架相邻一侧的侧壁。
H型试件的翼缘板与腹板焊接采用角焊缝焊接，由两个H型试件焊接而成的测试试件两端均焊接有端板，端板与测试试件之间采用角焊缝焊接，端板的下端凸出于测试试件的底面。
底座沿其长度方向在侧面设有标尺，两个支辊架在与底座上设置标尺同侧的侧面上设有与标尺相适应的支辊架对准线。
一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试方法，测试过程如下：
加压装置向下驱动加载压头对测试试件施加荷载，直至所施加的荷载达到预设值，或直至焊缝破坏，停止施加载荷；在施加载荷过程中，加压装置记录所施加的应力和应变；通过应力、应变、加载压头对测试试件的加载点位置以及两个支辊对测试试件支撑点的位置计算焊缝的复合承载力。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的测试试件通过两个相同的H型试件对焊而成，两个H型试件在上翼缘板和下翼缘板处对焊，腹板处不焊接，因此在偏离焊缝一定距离的上翼缘板加集中荷载，构件连接处的承载力将全部由翼缘板来承担，腹板上的承载力为零，便于简化计算焊缝截面的正应力和剪应力；支辊架的下端与底座通过滑块滑槽结构连接，因此在压头对测试试件施加压力的过程中，测试试件与支辊架能够同步相对底座滑动，以防止支辊架与底座之间的摩擦力对焊缝应力的测量造成不良影响；通过设置支辊，支辊与测试试件两端的底面相抵，支辊表面始终与测试试件底面相切，且始终为线接触；
通过本发明的装置对熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力测试时，加压装置向下驱动加载压头对测试试件施加荷载，直至所施加的荷载达到预设值，或直至焊缝破坏，停止施加载荷；在施加载荷过程中，加压装置记录所施加的应力和应变；通过应力、应变、加载压头对测试试件的加载点以及两个支辊对测试试件支撑点的位置计算焊缝的复合承载力；
通过同时设置两个压头，且两侧支辊架的支辊关于焊缝对称设置时，使两个压头也关于焊缝对测试试件施加压应力，使测试试件发生纯弯曲，上下翼缘板处的焊缝分别承受压应力和拉应力，因此本发明不仅能测量焊缝的复合承载力，而且还能够准确测量焊缝的单向拉伸承载力以及压缩承载力。
进一步的，加载压头的下端设置施力辊，施力辊与测试试件之间为线接触，能够防止施力过程中摩擦力影响测量结果。
进一步的，加载压头上端的中部铰接有能够与万能材料试验机连接的链接器，能够防止加载压头、测试试件以及安装支座在放置时位置的偏差而导致压头无法对测试试件均匀施加正向压力。
进一步的，支辊的侧面与该支辊所在的支辊架的侧壁相切，该侧壁为两个支辊架相邻一侧的侧壁，因此，在测试试件受力变形过程中，能够防止测试试件的底面与支辊架的边缘接触，使测试试件受力条件发生变化，导致测量结果不准确。
附图说明
图1为本发明的熔合焊缝拉剪和压剪复合承载力的测试装置的结构图；
图2本发明焊缝拉剪和压剪复合承载力测试试件的结构示意图；
图3为图2的I-I剖面图；
图4为本发明安装支座的正面图；
图5为本发明安装支座的侧立面图；
图6为本发明安装支座的俯视图；
图7为图4中1-1剖面图；
图8为图6中2-2剖面图；
图9为图6中3-3剖面图；
图10为本发明安装支座分解图；
图11为本发明加载压头与链接器连接前的分解图；
图12为本发明加载压头与链接器连接后的正立面示意图；
图13为本发明加载压头与链接器连接后的侧立面示意图；
图14为本发明加载压头与链接器连接后的俯视图；
图15为图13中4-4剖面图。
其中，1-底座，2-支辊架，3-第一紧固螺母，4-支辊架对准线，5-支辊，6-第二紧固螺母，7-加载压头，8-链接轴，9-链接器，9-1-轴孔，9-2-安装轴，10-上翼缘板，11-下翼缘板，12-端板，13-腹板断开缝，14-施力辊，15-试验焊缝，16-导向槽，17-标尺，18-螺杆，19-支辊槽，20-缺陷。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的说明。
如图1～图15所示，本发明的熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，包括测试试件、为测试试件施加压力的加载压头7和用于支撑测试试件的安装支座；
测试试件包括两个相同的H型试件，两个H型试件在上翼缘板和下翼缘板处对焊，H型试件的翼缘板与腹板焊接采用角焊缝焊接，测试试件两端均焊接有端板12，端板12与测试试件之间采用角焊缝焊接，端板12的下端凸出于测试试件的底面，凸出的距离不少于20mm；
加载压头7设置在测试试件的上方并能够上下移动；
安装支座包括底座1和设置在底座1两侧的支辊架2，支辊架2的下端与底座1通过滑块滑槽结构连接，支辊架2的上端设有用于支撑测试试件底面的支辊5，两侧的支辊架2之间通过螺杆和螺母连接；两侧支辊架2的支辊5分别与测试试件两端的底面相抵；
底座1沿其长度方向在侧面设有标尺17，两个支辊架2在于底座1上设置标尺17同侧的侧面上设有与标尺17相适应的支辊架对准线4。
如图1，图11～图15所示，加载压头7的下端沿加载压头7的长度方向设有用于对测试试件施加压力的施力辊14，施力辊14与测试试件垂直，施力辊14的长度不小于测试试件的宽度。加载压头7上端的中部铰接有能够与万能材料试验机连接的链接器9，链接器9的顶部设有用于与万能材料试验机连接的安装轴9-2。
如图1，图4至图10所示，两侧的支辊架2之间通过四组对称设置的螺杆18和螺母连接，螺杆18为双头螺杆，两侧的支辊架2上开设有供螺杆穿过的通孔，并通过通孔套在四根螺杆18上，每根螺杆18在每个支辊架2的两侧分别螺纹连接有用于对支辊架2进行限位的第一紧固螺母3和第二紧固螺母6。支辊架2下端两侧对称设有两个滑块结构，底座1的上表面对应开设有两条与两个滑块结构适配的导向槽16。
结合图4，图8～图10，支辊架2的上端面开设有用于放置支辊5的支辊槽19，支辊槽19为圆柱形槽，支辊槽19对应的半径与支辊5的半径相同，支辊槽19对应的圆周角小于180°。
支辊槽19开设于其所在支辊架2与另一个支辊架2靠近的一侧，当支辊5放置在支辊槽19后，支辊5的侧面与该支辊5所在的支辊架2的侧壁相切，该侧壁为两个支辊架2相邻一侧的侧壁。
结合图1和图2，通过本发明的熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置进行测试的方法，其具体过程如下：
将加载压头7通过链接器9与万能材料试验机连接，再将测试试件和安装支座放入万能材料试验机中，试验加荷点及安好的装置如图1所示；然后万能材料试验机向下驱动加载压头7对测试试件施加荷载，直至所施加的荷载达到预设值，或直至焊缝破坏，停止施加载荷；在施加载荷过程中，加压装置记录所施加的应力和应变；通过应力、应变、加载压头7对测试试件的加载点以及两个支辊5对测试试件支撑点的位置计算焊缝的复合承载力。焊缝复合承载力f的计算如下：
如图2，根据试验荷载F可以计算出：上(下)翼缘板焊缝的正应力σ和剪应力τ，焊缝的复合承载力按下式计算：
如图10，本发明安装支座的组装如下：将第一紧固螺母3拧入螺杆18，再将螺杆18穿入支辊架2的螺孔中，再将穿好的部件放入底座1的导向槽16中，将支辊架对准线调整到适当的标尺刻度，拧紧第一紧固螺母3和第二紧固螺母6，将支辊5放入支辊槽19中。安装好的支座如图4～图9所示。
本发明装置和方法可用于测试建筑钢结构原位熔合对接焊缝的拉剪和压剪复合承载力。
实施例
本实施例中，标尺17的总长度为400mm，标尺17的零刻线处于标尺的中部，其余的刻度线关于零刻线对称标注；H型试件的总高为60mm，上下翼缘板的宽度均为50mm，上下翼缘板的厚度相同，均记为h1；
支辊5的直径为30mm，长度为200mm，支辊槽19的深度为20mm；支辊架2的厚度为40mm，高度为130mm，宽度为200mm；支辊架2下部的滑块高度为20mm，宽度为40mm，滑块距支辊架2边缘的距离为30mm；支辊架2上供螺杆穿过的螺孔呈矩形分布，沿支辊架2的高度方向，上部的两个螺孔与下部的两个螺孔之间的中心距为68mm，处于同一水平高度的两个螺孔之间的中心距为100mm，螺杆18的公称直径为20mm；
底座1的厚度为40mm，宽度为200mm；导向槽16的宽度为40mm，高度为20mm，导向槽16与滑块之间为间隙配合；
加载压头7的宽度为150mm，厚度为50mm，链接轴8的直径为20mm。
Claims (10)
1.一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，包括测试试件、为测试试件施加压力的加载压头(7)和用于支撑测试试件的安装支座；
测试试件包括两个相同的H型试件，两个H型试件在上翼缘板和下翼缘板处对焊；
加载压头(7)设置在测试试件的上方并能够上下移动；
安装支座包括底座(1)和设置在底座(1)两侧的支辊架(2)，支辊架(2)的下端与底座(1)通过滑块滑槽结构连接，两侧的支辊架(2)之间通过螺杆和螺母连接，支辊架(2)的上端设有用于支撑测试试件底面的支辊(5)；
两侧支辊架(2)的支辊(5)分别与测试试件两端的底面相抵。
2.根据权利要求1所述的一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，加载压头(7)的下端沿加载压头(7)的长度方向设有用于对测试试件施加压力的施力辊(14)，施力辊(14)与测试试件垂直，施力辊(14)的长度不小于测试试件的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，加载压头(7)上端的中部铰接有能够与万能材料试验机连接的链接器(9)。
4.根据权利要求1所述的一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，两侧的支辊架(2)之间通过四组对称设置的螺杆(18)和螺母连接，螺杆(18)为双头螺杆，两侧的支辊架(2)上开设有供螺杆穿过的通孔，并通过通孔套在四根螺杆(18)上，每根螺杆(18)在每个支辊架(2)的两侧分别螺纹连接有用于对支辊架(2)进行限位的第一紧固螺母(3)和第二紧固螺母(6)。
5.根据权利要求1所述的一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，支辊架(2)下端两侧对称设有两个滑块结构，底座(1)的上表面对应开设有两条与两个滑块结构适配的导向槽(16)。
6.根据权利要求1所述的一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，支辊架(2)的上端面开设有用于放置支辊(5)的支辊槽(19)，支辊槽(19)为圆柱形槽，支辊槽(19)对应的半径与支辊(5)的半径相同，支辊槽(19)对应的圆周角小于180°。
7.根据权利要求1所述的一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，支辊(5)的侧面与该支辊(5)所在的支辊架(2)的侧壁相切，该侧壁为两个支辊架(2)相邻一侧的侧壁。
8.根据权利要求1所述的一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，H型试件的翼缘板与腹板焊接采用角焊缝焊接，由两个H型试件焊接而成的测试试件两端均焊接有端板(12)，端板(12)与测试试件之间采用角焊缝焊接，端板(12)的下端凸出于测试试件的底面。
9.根据权利要求1所述的一种熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试装置，其特征在于，底座(1)沿其长度方向在侧面设有标尺(17)，两个支辊架(2)在于底座(1)上设置标尺(17)同侧的侧面上设有与标尺(17)相适应的支辊架对准线(4)。
10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的测试装置进行熔合焊缝拉剪或压剪复合承载力的测试方法，其特征在于，测试过程如下：
加压装置向下驱动加载压头(7)对测试试件施加荷载，直至所施加的荷载达到预设值，或直至焊缝破坏，停止施加载荷；在施加载荷过程中，加压装置记录所施加的应力和应变；通过应力、应变、加载压头(7)对测试试件的加载点位置以及两个支辊(5)对测试试件支撑点的位置计算焊缝的复合承载力。
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