CN108399849A - 适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，包括地横梁，其上端安装有两支座，两支座上端分别安装有固定铰支座和滑动铰支座，两铰支座上方为试验梁放置空间；地横梁内设有拉压千斤顶，其主体部分置于地横梁的顶板和底板之间，其活塞杆从地横梁顶板上的孔洞穿出；在活塞杆上端安装有载荷传感器，载荷传感器上方设有分配梁，分配梁与载荷传感器通过铰连构件连接；在分配梁上穿装有两根下部连接轴，两根下部连接接轴的对应上方各设有一根上部连接轴，两根上部连接轴各通过一轴支座支撑于试验梁上端；在两根上部连接轴两端与对应下部连接轴两端各连接有一组竖向连接构件。本加载系统为试验梁的装卸提供了足够的空间。
Description
技术领域
本发明属于土木工程试验技术领域，涉及梁加载技术，尤其涉及一种适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统。
背景技术
钢筋混凝土梁加载试验是土木工程本科课程中必不可少的一门实验课，让学生在实践过程中了解钢筋混凝土梁的破坏过程对土木工程本科教学工作显得尤为重要。然而，我国目前大多数结构实验室开展钢筋混凝土梁破坏试验多采用立柱式尤其是是双立柱反力架钢筋混凝土梁加载装置，这种装置构造简单，仅由双立柱、上部横梁、拉压千斤顶及试验梁支座构成。试验梁安装时，由于采用的双立柱形式，立柱之间设有横梁，限制了试验梁的安装空间，天车吊装梁试件安装时，由于上部横梁的限制，吊装过程中需要多次倒钩，不断调整试验梁位置绕过立柱及横梁才能准备就为位；底座构造较为简单，梁支座一般仅采用简单的滚轴加钢板的临时构造，无法达到简支梁支座要求；同时，试验梁安装后需要继续吊装分配梁，且同样需要经过多次调整才能达到试验要求位置，效果不尽人意；试验结束后，还需依次拆卸分配梁、试验梁。钢筋混凝土梁装卸时很难一步就位，实验课集中教学时，还需多次重复上述过程，颇为繁琐，既影响了教学工作的效率，也增大了潜在的危险系数。
经现有技术检索，未检索到与本专利相关的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，该自平衡加载系统不设立柱，结构构造简单，节省实验室空间的同时也为试验梁的装卸提供了足够的空间；同时，此系统将梁支座、分配梁、荷载传感器及拉压千斤顶高度集成，可效减低钢筋混凝土梁加载试验的准备阶段的工作量，可提高教学工作的效率，保证教学工作的顺利进行。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：包括地横梁，在地横梁的上端安装有直立设置的第一支座和第二支座，第一支座上端安装有固定铰支座，第二支座的上端安装有滑动铰支座，固定铰支座和滑动铰支座上方为试验梁放置空间；在地横梁内位于两支座的中间位置设有拉压千斤顶，拉压千斤顶的主体部分以沿平面方向被限位、且沿竖直方向可移位的方式置于地横梁的顶板和底板之间，拉压千斤顶的活塞杆从设置于地横梁顶板上的孔洞穿出；在活塞杆的上端安装有载荷传感器，载荷传感器的上方设置有分配梁，所述分配梁与载荷传感器通过铰连构件连接，所述铰连构件由与载荷传感器连接的下耳座和与分配梁连接的上耳座通过铰接轴连接构成；在分配梁上穿装有两根下部连接轴，在两根下部连接轴的对应上方位置各设有一根上部连接轴，两根上部连接轴各通过一轴支座支撑于试验梁的上端；在两根上部连接轴的两端与对应下部连接轴的两端各连接有一组可拆卸的竖向连接构件。
而且的，每组竖向连接构件由上接头、下接头和竖向拉杆构成；上接头与上部连接轴的端部连接，下接头与下部连接轴的端部连接，竖向拉杆的两端通过反向设置的螺纹分别与上接头和下接头连接。
而且的，在两根上部连接轴上靠近两端的位置制有用于卡装上接头的第一环形凹槽；在两根上部连接轴的中部设置有弧形凹槽，弧形凹槽的长度与对应轴支座的长度相等，在轴支座上设置有与弧形凹槽部位配合的弧形凹面。
而且的，在两根下部连接轴的两端制有用于卡装下接头第二环形凹槽，在两根下部连接轴上设置有沿径向方向的限位孔，两限位孔之间的距离与分配梁的宽度一致，在两限位孔内各插有一个限位杆，两根限位杆分别位于分配梁的前、后两侧位置。
而且的，所述固定铰支座均包括第一滚轴，上弧形槽支撑板，下弧形槽支撑板与多个第一弹簧，第一滚轴置于上下弧形槽内，多个第一弹簧布置于第一滚轴的两侧，多个第一弹簧连接上弧形槽支撑板和下弧形槽支撑板；所述滑动铰支座包括第二滚轴，上矩形槽支撑板，下矩形槽支撑板与第二弹簧，第二滚轴置于上下矩形槽内，多个第二弹簧布置于第二滚轴的两侧，第二弹簧连接上矩形槽支撑板和下矩形槽支撑板。
而且的，所述地横梁由顶板、底板和焊接与顶板和底板之间的中间肋板构成，在顶板上两侧设有两排调节孔，第一支座和第二支座各通过一排调节孔与地横梁可调位式固定连接。
而且的，在地横梁底板上对应于安装拉压千斤顶的位置制有下定位凹槽，在地横梁顶板上对应于安装拉压千斤顶的位置焊接有定位板，在定位板上制有上定位孔；下定位凹槽与拉压千斤顶主体的下端部形状匹配，上定位孔的孔径与拉压千斤顶主体的上端部的外径匹配；在定位凹槽的两侧还焊接有肋板。
而且的，所述分配梁为箱型截面钢梁，在分配梁上、下板的中间位置制有贯通孔，贯通孔内穿装有与上耳座连接的螺栓；在分配梁前、后侧板上制有两个轴孔，两根下部连接轴分别穿装于两个轴孔内。
而且的，在地横梁的一端焊接有油泵支撑架，所述油泵支撑架采用三角形支撑架结构。
本发明的优点和积极效果是：
1、本加载系统将拉压千斤顶设置于地横梁上，试验梁与分配梁之间通过上部连接轴、下部连接轴及四组竖向连接构件连接，整体形成一种无立柱的自平衡加载系统，在自平衡体系下无需将加载系统的地横梁与地面固定，省去了机械安装等繁琐步骤；该无立柱的加载系统相比于立柱式加载装置，结构构造简单，节省了实验室空间的同时也为试验梁的装卸提供了足够的空间。
2、本加载系统将梁支座、分配梁、荷载传感器及拉压千斤顶高度集成，有效减低了钢筋混凝土梁加载试验的准备阶段的工作量，提高了教学工作的效率，保证教学工作的顺利进行。
附图说明
图1是本发明整体立体结构示意图；
图2是本发明上部连接轴的结构示意图；
图3是本发明下部连接轴的结构示意图；
图4是本发明分配梁的结构示意图；
图5是本发明地横梁的结构示意图；
图6是本发明地横梁的纵向半切结构示意图；
图7是本发明固定铰支座的结构示意图；
图8是本发明滑动铰支座的结构示意图。
图中：1、滑动铰支座；1-1、上矩形槽支撑板；1-2、下矩形槽支撑板；1-3、第二滚轴；1-4、第二弹簧；2、上部连接轴；2-1、第一环形凹槽；2-2、弧形凹槽；3、轴支架；4、试验梁；5、上接头；6、竖向拉杆；7、下接头；8、固定铰支座；8-1、上弧形槽支撑板；8-2、下弧形槽支撑板；8-3、第一滚轴；8-4、第一弹簧；9、下部连接轴；9-1、第二环形凹槽；9-2、限位孔；10、铰连构件；10-1、上耳座；10-2、铰接轴；10-3、下耳座；11、油泵支架；12、第一支座；13、载荷传感器；14、地横梁；14-1、调节孔；14-2、下定位凹槽；14-3、定位板；14-3-1、定位孔；15、拉压千斤顶；16、限位杆；17、第二支座；18、分配梁；18-1、贯穿孔；18-2、轴孔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，请参见图1-8，其创新点在于：去掉了立柱，采用了如下结构：
包括地横梁14，在地横梁的上端安装有直立设置的第一支座12和第二支座17，第一支座上端安装有固定铰支座8，第二支座的上端安装有滑动铰支座1，固定铰支座和滑动铰支座上方为试验梁4放置空间。在地横梁内位于两支座的中间位置设有拉压千斤顶15。拉压千斤顶的主体部分置于地横梁的顶板和底板之间，拉压千斤顶的主体部分沿平面方向被限位、且沿竖直方向可移动一定的距离，即拉压千斤顶的主体部分的高度小于地横梁的顶板与底板之间的距离，两者的距离差为拉压千斤顶上下移动的空间。拉压千斤顶的活塞杆从设置于地横梁顶板上的孔洞穿出。在活塞杆的上端安装有载荷传感器13，载荷传感器的上方设置有分配梁，所述分配梁与载荷传感器通过铰连构件10连接。所述铰连构件由与载荷传感器连接的下耳座10-3和与分配梁连接的上耳座10-1通过铰接轴10-2连接构成。在分配梁上穿装有两根下部连接轴9，在两根下部连接轴的对应上方位置各设有一根上部连接轴2，两根上部连接轴各通过一轴支座3支撑于试验梁的上端。在两根上部连接轴的两端与对应下部连接轴的两端各连接有一组可拆卸的竖向连接构件。
上述每组竖向连接构件进一步由上接头5、下接头7和竖向拉杆6构成。上接头与上部连接轴的端部连接，下接头与下部连接轴的端部连接，竖向拉杆的两端通过反向设置的螺纹分别与上接头和下接头连接，这样通过转动竖向拉杆，可增大或缩短两接头之间的距离。上述上接头与上部连接轴的配合部分及下接头与下部连接轴的配合部分可采用环套结构，上接头与竖向拉杆的上端配合的部分及下接头与竖向拉杆的下端配合的部分可采用带内螺纹孔的短杆结构。
上述在两根上部连接轴上靠近两端的位置进一步制有第一环形凹槽2-1，第一环形凹槽用于卡装上接头，在试验过程中对上接头进行限位。在两根上部连接轴的中部设置有弧形凹槽2-2，弧形凹槽的长度与对应轴支座的长度相等，在轴支座上设置有与弧形凹槽部位配合的弧形凹面，通过弧形凹槽与弧形凹面的配合，在试验过程中可避免上部连接轴与对应轴支座的错动。
上述在两根下部连接轴的两端制有第二环形凹槽9-1，第二环形凹槽用于卡装下接头，在试验过程中对下接头进行限位。在两根下部连接轴上设置有沿径向方向的限位孔9-2，两限位孔之间的距离与分配梁的宽度一致，在两限位孔内各插有一个限位杆16，两根限位杆分别位于分配梁的前、后两侧位置，在试验过程中可避免下部连接轴与分配梁之间的相互滑动。
上述固定铰支座均进一步包括第一滚轴8-3、上弧形槽支撑板8-1、下弧形槽支撑板8-2与多个第一弹簧8-4，第一滚轴置于上下弧形槽内，以限制第一滚轴的水平位移，多个第一弹簧布置于第一滚轴的两侧，多个第一弹簧连接上弧形槽支撑板和下弧形槽支撑板，以保证试验梁放置时上弧形槽支撑板保持水平。所述滑动铰支座进一步包括第二滚轴1-3、上矩形槽支撑板1-1，下矩形槽支撑板1-2与第二弹簧1-4，第二滚轴置于上下矩形槽内，可在矩形槽内滑动，多个第二弹簧布置于第二滚轴的两侧，第二弹簧连接上矩形槽支撑板和下矩形槽支撑板，以保证试验梁放置时上矩形槽支撑板保持水平。该固定铰支座和滑动铰支座结构较好的满足了简支梁支座的要求。
上述地横梁进一步由顶板、底板和焊接与顶板和底板之间的中间肋板构成，在顶板上两侧设有两排调节孔14-1，第一支座和第二支座各通过一排调节孔与地横梁可调位式固定连接，这样，可按需求调节第一支座与第二支座在地横梁上位置。
上述拉压千斤顶进一步优选通过如下方式安装于地横梁内：
在地横梁底板上对应于安装拉压千斤顶的位置制有下定位凹槽14-2，在地横梁顶板上对应于安装拉压千斤顶的位置焊接有定位板14-3，在定位板上制有上定位孔14-3-1。下定位凹槽与拉压千斤顶主体的下端部形状匹配，上定位孔的孔径与拉压千斤顶主体的上端部的外径匹配，这样，在试验过程中对拉压千斤顶起到限位作用。在定位凹槽的两侧还焊接有肋板，以提高地横梁的整体抗拉强度。
上述分配梁进一步采用箱型截面钢梁，在分配梁上、下板的中间位置制有贯通孔18-1，贯通孔内穿装有与上耳座连接的螺栓。在分配梁前、后侧板上制有两个轴孔18-2，两根下部连接轴分别穿装于两个轴孔内。
上述在地横梁的一端焊接有油泵支撑架11，所述油泵支撑架采用三角形支撑架结构。该油泵支撑架的设置方便了油泵的安装，油泵用于对拉压千斤顶进行供油。
本自平衡加载系统使用时，将拉压千斤顶放置在地横梁上的下定位凹槽内，活塞杆沿地横梁上顶板孔洞伸出，连接荷载传感器，荷载传感器与下耳座端板通过螺栓连接，分配梁与上耳座端板通过螺栓连接；然后吊装试验梁4放置在固定铰支座和滑动铰支座上，调整位置后，分别在试验梁和分配梁上按构造安装上部连接轴和下部连接轴；然后调节位置安装由上下接头和竖向拉杆构成的四组竖向连接构件；再然后通过拉压千斤顶开始加载，受拉力作用，拉压千斤顶产生向上位移最终贴合地横梁的上顶板，试验梁开始受压，试验开始进行。
整个加载系统构造简单，安装便捷，无需重复拆卸安装使用；加载系统的各构件高度集成，且无立柱设计，节省了制作材料和实验室空间，方便调度安置；试验过程中钢筋混凝土梁试验构件的装卸梁简单、快捷，减少了危险系数，同时大大提高了教学工作的效率。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (9)
1.一种适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：包括地横梁，在地横梁的上端安装有直立设置的第一支座和第二支座，第一支座上端安装有固定铰支座，第二支座的上端安装有滑动铰支座，固定铰支座和滑动铰支座上方为试验梁放置空间；在地横梁内位于两支座的中间位置设有拉压千斤顶，拉压千斤顶的主体部分以沿平面方向被限位、且沿竖直方向可移位的方式置于地横梁的顶板和底板之间，拉压千斤顶的活塞杆从设置于地横梁顶板上的孔洞穿出；在活塞杆的上端安装有载荷传感器，载荷传感器的上方设置有分配梁，所述分配梁与载荷传感器通过铰连构件连接，所述铰连构件由与载荷传感器连接的下耳座和与分配梁连接的上耳座通过铰接轴连接构成；在分配梁上穿装有两根下部连接轴，在两根下部连接轴的对应上方位置各设有一根上部连接轴，两根上部连接轴各通过一轴支座支撑于试验梁的上端；在两根上部连接轴的两端与对应下部连接轴的两端各连接有一组可拆卸的竖向连接构件。
2.根据权利要求1所述的适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：每组竖向连接构件由上接头、下接头和竖向拉杆构成；上接头与上部连接轴的端部连接，下连接结构与下部连接轴的端部连接，竖向拉杆的两端通过反向设置的螺纹与分别与上接头和下接头连接。
3.根据权利要求2所述的适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：在两根上部连接轴上靠近的两端的位置制有用于卡装上接头的第一环形凹槽；在两个上部连接轴的中部设置有弧形凹槽，弧形凹槽的长度与对应轴支座的长度相等，在轴支座上设置有与弧形凹槽部位配合的弧形凹面。
4.根据权利要求2所述的适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：在两根下部连接轴的两端制有用于卡装下接头的第二环形凹槽，在两根下部连接轴上设置有沿径向方向的限位孔，两限位孔之间的距离与分配梁的宽度一致，在两限位孔内各插有一个限位杆件，两根限位杆件分别位于分配梁的前、后两侧位置。
5.根据权利要求1所述的适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：所述固定铰支座均包括第一滚轴，上弧形槽支撑板，下弧形槽支撑板与多个第一弹簧，第一滚轴置于上下弧形槽内，多个第一弹簧布置于第一滚轴的两侧，多个第一弹簧连接上弧形槽支撑板和下弧形槽支撑板；所述滑动铰支座包括第二滚轴，上矩形槽支撑板，下矩形槽支撑板与第二弹簧，第二滚轴置于上下矩形槽内，多个第二弹簧布置于第二滚轴的两侧，第二弹簧连接上矩形槽支撑板和下矩形槽支撑板。
6.根据权利要求1所述的适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：所述地横梁由顶板、底板和焊接于顶板和底板之间的中间肋板构成，在顶板上两侧设有两排调节孔，第一支座和第二支座各通过一排调节孔与地横梁可调位式固定连接。
7.根据权利要求1所述的适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：在地横梁底板上对应于安装拉压千斤顶的位置制有下定位凹槽，在地横梁顶板上对应于安装拉压千斤顶的位置焊接有定位板，在定位板上制有上定位孔；下定位凹槽与拉压千斤顶主体的下端部形状匹配，上定位孔的孔径与拉压千斤顶主体的上端部的外径匹配。
8.根据权利要求1所述的适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：所述分配梁为箱型截面钢梁，在分配梁上、下板的中间位置制有贯通孔，贯通孔内穿装有与上耳座连接的螺栓；在分配梁前、后侧板上制有两轴孔，两根下部连接轴分别穿装于两轴孔内。
9.根据权利要求1所述的适用于钢筋混凝土梁试验实践教学用的自平衡加载系统，其特征在于：在地横梁的一端焊接有油泵支撑架，所述油泵支撑架采用三角形支撑架结构。
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