CN108426772A - 实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置及其方法 - Google Patents

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韦建刚
罗霞
袁员
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    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
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Abstract

本发明涉及一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置，包括内部浇筑有混凝土的外包钢管，所述外包钢管的两端对称设有加载端板，所述加载端板的内端面上均开设有用于插接外包钢管端部的孔洞。该实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置的结构简单，能够实现钢管与混凝土初期同时受荷加载，可为钢管混凝土构件受力性能的试验研究提供参考，外包钢管与加载端板采用嵌入式连接，避免了钢管混凝土构件制作时核心混凝土收缩变形导致钢管提前受荷或后焊加载端板损害核心混凝土质量的问题。

Description

实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置及其方法。
背景技术
钢管混凝土是由混凝土填入钢管内而组成的一种组合材料，外荷载作用下钢管和混凝土同时受荷。钢管混凝土结构具有承载力高，受压延性好，抗震性能佳及经济效益高等优点，在土木工程行业具有良好的应用前景。
目前，学者们已对钢管混凝土结构的受压性能开展了大量的试验研究。纵观以往钢管和混凝土同时受荷加载的试验研究方法，钢管混凝土构件受压试验研究时，荷载直接施加作用于构件端板。构件制作时，先按试验构件的设计尺寸，切割上、下端板、空钢管和加劲肋；拼装主要存在两种方式：第一种，上端板预留相应尺寸的浇筑孔，将空钢管与上、下端板焊接及加劲肋端部加强后，浇筑核心混凝土；第二种，先将空钢管与下端板焊接及加劲肋下端部加强后，待核心混凝土浇筑、凝固及补强后，完成上端板的焊接和加劲肋上端部加强。
分析构件的两种拼装方式可知，前者由于混凝土固有的收缩变形特性，致使其核心混凝土与端板存在间隙，为此荷载施加作用于端板时，钢管提前受荷；后者虽然克服了核心混凝土收缩变形带来的影响，但端板后焊，不仅损害核心混凝土质量，且焊缝质量难以保证，大偏心荷载作用下端板和构件焊接处易发生撕裂。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置及其方法，不仅结构简单，而且便捷高效。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置，包括内部浇筑有混凝土的外包钢管，所述外包钢管的两端对称设有加载端板，所述加载端板的内端面上均开设有用于插接外包钢管端部的孔洞，内部浇筑有混凝土的外包钢管组成钢管混凝土构件。
优选的，所述外包钢管在近加载端板的两端内周壁上均设有加强肋环，所述加强肋环均由若干个圆周均布的加强肋组成。
优选的，所述加载端板均由上部加载端板与下部加载端板组成，所述孔洞均开设在下部加载端板上，所述下部加载端板的内端面均在孔洞边缘同轴固设有定位圆环，所述定位圆环的外周部与下部加载端板的内端面之间固设有若干个圆周均布的三角形加劲肋。
优选的，所述上部加载端板均位于下部加载端板的外端面，并经螺栓与下部加载端板螺接为一体。
一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置的试验方法，按以下步骤进行：（1）制作内部浇筑有混凝土的外包钢管；（2）外包钢管的两端均与加载端板的孔洞插接；（3）外加荷载直接作用于加载端板。
优选的，在步骤（1）中，内部浇筑有混凝土的外包钢管组成的钢管混凝土构件，其外包钢管和混凝土于上、下两端部保持齐平。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置的结构简单，能够实现钢管与混凝土初期同时受荷加载，可为钢管混凝土构件受力性能的试验研究提供参考，外包钢管与加载端板采用对插连接，避免了钢管混凝土构件制作时核心混凝土收缩变形导致钢管提前受荷或后焊加载端板损害核心混凝土质量的问题。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的构造示意图。
图2为加载端板的构造示意图一。
图3为加载端板的构造示意图二。
图4为内部浇筑有混凝土的外包钢管的构造示意图一。
图5为内部浇筑有混凝土的外包钢管的构造示意图二。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~5所示，一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置，包括内部浇筑有混凝土1的外包钢管2，所述外包钢管的两端对称设有加载端板3，所述加载端板的内端面上均开设有用于插接外包钢管端部的孔洞4，内部浇筑有混凝土1的外包钢管2组成钢管混凝土构件。
在本发明实施例中，所述外包钢管在近加载端板的两端内周壁上均设有加强肋环，所述加强肋环均由若干个圆周均布的加强肋5组成，进行局部加强，防止钢管混凝土构件节点处发生局部破坏，该节点指的是与加载端板的插接节点。
在本发明实施例中，所述加载端板均由上部加载端板6与下部加载端板7组成，其中上部加载端板是满足试验设计要求的传力装置，下部加载端板则是实现上部加载端板与钢管混凝土构件建立良好拼装的限位装置；所述孔洞均开设在下部加载端板上，所述下部加载端板的内端面均在孔洞边缘同轴固设有定位圆环8，定位圆环除了实现钢管混凝土构件的定位外，也是下部加载端板实现钢管混凝土构件端部局部加强的举措，所述定位圆环的外周部与下部加载端板的内端面之间固设有若干个圆周均布的三角形加劲肋9，孔洞的形状与尺寸是基于钢管混凝土构件截面特性设计的，通过钢管混凝土构件紧密嵌入下部加载端板预留的孔洞，实现上部加载端板与钢管混凝土构件的良好拼装。
在本发明实施例中，所述上部加载端板均位于下部加载端板的外端面，并经高强螺栓10与下部加载端板螺接为一体，其中，在满足荷载极限要求的前提条件下，上部加载端板可重复利用，下部加载端板则依据各钢管混凝土构件的截面特性制作；传统的钢管混凝土构件是由上、下端板、内部浇筑有混凝土的外包钢管和沿外包钢管端部外周布设的加劲肋组成，采用焊接将四者固定，即每个钢管混凝土构件都要重复制作出端板和加劲肋，为此需要大量端板和加劲肋来完成每个构件的拼装。本申请的钢管混凝土构件制作时无需焊接端板且端部外周无需再设置加劲肋端部加固，只需要制作出内部浇筑有混凝土的外包钢管即可，其可与加载端板可拆卸插接，加载端板可供多个钢管混凝土构件重复使用，无需每个钢管混凝土构件都重复制作出端板和加劲肋，制作成本、材料成本显著减小。
一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置的试验方法，按以下步骤进行：（1）制作内部浇筑有混凝土的外包钢管；（2）外包钢管的两端均与加载端板的孔洞插接；（3）外加荷载11直接作用于加载端板。
在本发明实施例中，在步骤（1）中，内部浇筑有混凝土的外包钢管组成的钢管混凝土构件，其外包钢管和混凝土于上、下两端部保持齐平。
在本发明实施例中，任何试验设计时，外加荷载不能集中直接作用于钢管混凝土构件本身，否则易使钢管混凝土构件发生端部局部破坏而非整体破坏。根据试验构件的荷载极限要求及与加载仪器设备的连接特性，采用强度高、刚度大的加载端板（与钢管混凝土构件相比较），将加载仪器设备与钢管混凝土构件实现有效连接，使得荷载较为均匀地传递扩散至钢管混凝土构件，避免钢管混凝土构件发生端部局部破坏。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置及其方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置，其特征在于：包括内部浇筑有混凝土的外包钢管，所述外包钢管的两端对称设有加载端板，所述加载端板的内端面上均开设有用于插接外包钢管端部的孔洞，内部浇筑有混凝土的外包钢管组成钢管混凝土构件。
2.根据权利要求1所述的实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置，其特征在于：所述外包钢管在近加载端板的两端内周壁上均设有加强肋环，所述加强肋环均由若干个圆周均布的加强肋组成。
3.根据权利要求1所述的实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置，其特征在于：所述加载端板均由上部加载端板与下部加载端板组成，所述孔洞均开设在下部加载端板上，所述下部加载端板的内端面均在孔洞边缘同轴固设有定位圆环，所述定位圆环的外周部与下部加载端板的内端面之间固设有若干个圆周均布的三角形加劲肋。
4.根据权利要求3所述的实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置，其特征在于：所述上部加载端板均位于下部加载端板的外端面，并经螺栓与下部加载端板螺接为一体。
5.一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置的试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-4所述的任一种实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置，并按以下步骤进行：（1）制作内部浇筑有混凝土的外包钢管；（2）外包钢管的两端均与加载端板的孔洞插接；（3）外加荷载直接作用于加载端板。
6.根据权利要求5所述的实现钢管与混凝土初期同时受荷加载的试验装置的试验方法，其特征在于：在步骤（1）中，内部浇筑有混凝土的外包钢管组成的钢管混凝土构件，其外包钢管和混凝土于上、下两端部保持齐平。
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