CN109186980A - 一种连续可调试的单向偏心加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种连续可调试的单向偏心加载装置，其结构包括2个钢节点结构，分别对称固定于1根压弯构件的两端，2个钢节点结构关于压弯构件跨中位置的截面镜面对称；每个钢节点结构包括2个带肋角钢、1个钢底板、1个球铰支座，其中2个带肋角钢的底部与钢底板表面的3条B卡槽连接，球铰支座的顶部与钢底板表面的6条A卡槽连接。本发明的优点：1）结构简单灵活，安装方便；装置传力清晰，传力路径明确；3）装置整体性好，可调节受弯构件偏心距，适应不同受弯构件的厚度；3）适用于多种形状的压弯构件加载，适用性广泛。

Description

一种连续可调试的单向偏心加载装置

技术领域

本发明涉及的是一种连续可调试的单向偏心加载装置，属于木材建筑工程技术领域。

背景技术

竹（木）材料是节能可再生材料，而被加工过的竹（木）复合材料力学性能优异、形状灵活可变，更可作为建筑结构的承重构件。相较于目前以混凝土和钢材为主要原料的建筑结构，采用竹（木）复合材料作为结构材料，具有以下优点：1）可以充分利用可再生资源，减少不可再生资源的过度使用；2）能耗低、污染小，可大大降低建筑作业对环境的消极影响；3）自重较小、运输方便；4）我国地震活动范围广、强度大、频率高；由于质量轻、弹性好，竹（木）结构的抗震功能非常突出，实践证明，在地震中的竹（木）房屋的保存率较其他建材房屋高出很多。因此，生物质竹（木）结构有着传统混凝土、钢材等结构不可替代的优势，以竹（木）材料作为基础结构用材的现代竹（木）结构体系得到了快速发展，近几年，竹（木）结构更是朝着多、高层方向发展。

竹（木）结构通常采用梁-柱式结构形式，而竹（木）结构工程中的柱构件常因梁的偏心布置而处于偏心压弯状态。压弯构件是竹（木）结构体系的主要承重构件，其压弯力学性能决定了建筑整体的结构方案设计。然而，竹（木）材料与混凝土、钢材的应力-应变关系的本质性不同，使得参考已有的基于概念与构造设计为主的混凝土构件或钢构件承载力和变形计算方法，不能满足多、高层竹（木）结构设计的理论需求。其次，我国出台的木结构计算手册GB50005-2003尚未结合材料非线性和变形非线性的特点，无法准确计算竹（木）单向偏心受压柱构件的极限承载力与变形；现阶段我国竹（木）结构设计理论不完善，设计手段落后，国内外关于单向偏心压弯竹（木）构件的极限承载性能研究较少。因此单向偏心受压柱在实际工程结构设计中是不容忽视的，依据现代结构分析技术与结构设计原理进行单向偏心受压柱构件的承载力与变形计算研究对于高层竹（木）结构分析与设计是十分必要的。

然而，竹（木）及复合材料不能直接与钢进行焊接，因此难以与附加牛腿连接；而在轴压下并施加一方向水平力的传统单向偏心加载方式亦不适用于不同尺寸、不同偏心距的压弯构件加载方式。因此，制定一个简便易操作的适用于不同尺寸、不同偏心距的单向偏心加载方案是研究竹（木）压弯构件单向偏心性能的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有竹（木）压弯构件单向偏心性能测量技术的上述缺陷，提出一种连续可调试的单向偏心加载装置，具有结构简单灵活、安装方便，装置传力清晰、整体性好，可以实现不同偏心距、不同厚度构件的加载设计，适用性广泛等优点。

本发明的技术解决方案：一种连续可调试的单向偏心加载装置，其结构包括2个钢节点结构，分别对称固定于1根压弯构件的两端，2个钢节点结构关于压弯构件跨中位置的截面镜面对称；每个钢节点结构包括2个带肋角钢1、1个钢底板2、1个球铰支座6，其中2个带肋角钢1的底部与钢底板2表面的3条B卡槽连接，球铰支座6的顶部与钢底板2表面的6条A卡槽8连接。

本发明的优点：

1）结构简单灵活，安装方便；

2）装置传力清晰，试验机通过球铰支座传递给钢底板，再均匀传给压弯构件，传力路径明确；

3）装置整体性好，试件两端钢连接节点形成钢域，由钢底板扩大压弯构件横截面受力范围再传给压弯构件避免构件局部压力集中，并通过球铰支座实现结构铰接，具有良好的整体性；

4）球铰与钢底板之间通过卡槽连接，可移动球铰位置改变钢底板和球铰的相对距离，以此调节受弯构件偏心距，实现不同偏心距的加载设计；

5）可移动两个带肋角钢相对位置适应不同受弯构件的厚度，实现不同厚度构件的加载设计两个带肋角钢与钢底板之间通过卡槽连接；

6）适用于任何矩形、正方形、圆形、工字形的压弯构件加载，适用性广泛。

附图说明

附图1-1、1-2是连续可调试的单向偏心加载装置的结构示意图。

附图2-1是带肋角钢的结构示意图。

附图3-1是钢底板的结构示意图。

附图4-1是球铰支座的结构示意图。

附图2-2-1~2-2-3、3-2-1~3-2-3、4-2-1~4-2-4为实施例中连续可调试的单向偏心加载装置结构示意图。

图中1是带肋角钢、2是钢底板、3是连接台、4是圆柱滚轴、5是承压台、6是球铰支座、7是B卡槽、8是A卡槽、9是C螺栓、10是B螺栓、11是A螺栓。

具体实施方式

如图1-1、1-2所示，一种连续可调试的单向偏心加载装置，其结构包括2个钢节点结构，分别对称固定于1根压弯构件的两端，2个钢节点结构关于压弯构件跨中位置的截面镜面对称；每个钢节点结构包括2个带肋角钢1、1个钢底板2、1个球铰支座6，其中2个带肋角钢1的底部与钢底板2表面的3条B卡槽连接，球铰支座6的顶部与钢底板2表面的6条A卡槽8连接。

如图2-1所示，所述的带肋角钢1包括1个角钢和6个钢肋板，其中角钢包括竖直的长边与水平的短边，长边与短边之间呈90°直角，保证压弯构件两端与带肋角钢和钢底板的完全贴合，带肋角钢长、短两边焊接不得有倒角；长边的表面上设有2排共22个螺栓孔，每个螺栓孔中设有1个C螺栓9，用于连接压弯构件表面预留的螺栓孔并固定；短边的表面上设有6个螺栓孔，用于连接固定钢底板2；6个形状为直角梯形的钢肋板之间互相平行，并排设于角钢长边与短边所形成的夹角中。

如图3-1所示，所述的钢底板2的表面设有3条互相平行的B卡槽7，每条B卡槽7内设有2对B螺栓10，用于与带肋角钢1中螺栓孔对应连接；每条B卡槽7的左右两侧分别设有1条与其平行的A卡槽8，A卡槽8共有6条，其长度小于B卡槽7的长度，用于连接球铰支座6；B卡槽7的下表面和A卡槽8的上表面处均设有深度为10mm的螺帽台，防止螺帽凸现。

如图4-1所示，所述的球铰支座6包括连接台3、圆柱滚轴4和承压台5；其中圆柱滚轴4设于连接台3和承压台5之间，连接台3横截面呈“T”字形，长度与钢底板2的宽度一致，其上表面设有2排共12个螺栓孔，螺栓孔的位置与钢底板2的表面的A卡槽8相对应，每个螺栓孔中设有1个A螺栓11，用于与钢底板2中A卡槽8连接；承压台5的横截面呈倒“T”字形，其底面用于连接外部液压机设备，向压弯构件传递压力；连接台3的底面和承压台5的顶面均设有圆弧凹槽，其内部设有圆柱滚轴4，凹槽深度不超过滚轴半径4的一半，保证球铰支座6的转动角度充分。

所述的C螺栓9、B螺栓10、A螺栓11采用高强螺栓，每个螺栓配设两个垫片和螺帽。

工作时，压弯构件固定在钢底板上，以螺栓固定，形成刚性连接，增加构件端受力范围，减小局部受压，再通过球铰支座实现构件两端的铰接，最后竖向置于压力传感器下，形成竹（木）压弯构件单向偏心受压荷载装置；球铰装置首先受到荷载作用，偏心作用在钢底板上，继而使构件受压；同时，连接螺栓提供满足抗拉、抗剪的承载力；通过移动螺栓在卡槽上的位置进行不同厚度、不同偏心距情况下的材料加载。

其测试方法，包括如下步骤：

1）垂直放置两个带肋角钢1在钢底板2上，使得带肋角钢1长边与钢底板2表面卡槽方向垂直，对准带肋角钢1的预留螺栓孔与钢底板相应的卡槽位置并用B螺栓10拧紧固定；

2）在钢底板2的反面用A螺栓11固定球铰支座6部分的连接台3，连接台3的侧边与表面卡槽方向垂直；

3）将压弯构件一端垂直放置在钢底板2上，调节构件两边带肋角钢1间距以适应构件厚度，使得压弯构件表面预留的螺栓孔位置与带肋角钢1预留螺栓孔位置对齐，用C螺栓9穿过带肋角钢1和压弯构件并拧紧固定；

4）将球铰支座6内承压台的5底面用螺栓固定在外部竖向压力传感器的上下两端；

5）在压弯构件另一端重复步骤1）~4），将完整连接的压弯构件通过圆柱滚轴放置于外设竖向压力传感器下，调节传感器高度完成加载装置的安装。

螺栓排列及钢板厚度参考《钢结构设计规范》（GB50017-2003），满足受力、构造以及施工方面的要求。螺栓在构件上排列简单、统一、整齐而紧凑，并符合下列要求，如表1所示：

（1）受力要求：在受力方向螺栓的端距过小时，钢材有剪断或撕裂的可能。各排螺栓距和线距太小时，构件有沿折线或直线破坏的可能；对受压构件，当沿作用方向螺栓距过大时，被连板间易发生鼓曲和张口现象；

（2）构造要求：螺栓的中矩及边距不宜过大，否则钢板间不能紧密贴合，潮气侵入缝隙使钢材锈蚀；

（3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓板手拧紧螺帽；

表1 螺栓最大/最小容许距离

注：1.d ₀为螺栓或铆钉的孔径，t为外层较薄板件的厚度

2.钢板边缘与刚性构件（如角钢、槽钢等）相连的螺栓或铆钉的最大间距，可按中间排的数值采用。

实施例

一种连续可调试的单向偏心加载装置，其特征是包括2个钢节点结构，分别对称固定于1根压弯构件的两端，2个钢节点结构关于压弯构件跨中位置的截面镜面对称；每个钢节点结构包括2个带肋角钢1、1个钢底板2、1个球铰支座6，其中2个带肋角钢1的底部与钢底板2表面的3条B卡槽连接，球铰支座6的顶部与钢底板2表面的6条A卡槽8连接。

如图2-2-1~2-2-3所示，所述的带肋角钢1包括1个角钢和6个钢肋板，其中角钢包括竖直的长边与水平的短边，长边与短边之间呈90°直角；长边的表面上设有2排共22个螺栓孔，每个螺栓孔中设有1个C螺栓9；短边的表面上设有6个螺栓孔；6个形状为直角梯形的钢肋板之间互相平行，并排设于角钢长边与短边所形成的夹角中。带肋角钢厚度20mm，肋厚15mm，短边高×长边高×长为160×310×695（mm），短边预留螺栓孔直径为20mm，长边预留螺栓孔直径为25mm。

如图3-2-1~3-2-3所示，所述的钢底板2的表面设有3条互相平行的B卡槽7，每条B卡槽7内设有2对B螺栓10；每条B卡槽7的左右两侧分别设有1条与其平行的A卡槽8，A卡槽8共有6条，其长度小于B卡槽7的长度；B卡槽7的下表面和A卡槽8的上表面处均设有深度为10mm的螺帽台。钢底板长×宽×高尺寸为700×695×30（mm），B卡槽7间距为25mm、A卡槽8间距为6mm，B卡槽7的长×宽×高大小为630×25×30（mm），A卡槽8的长×宽×高大小为365×20×30（mm），B卡槽7 的A卡槽8的表面分别对应设有长×宽×高为630×50×10（mm）和365×12×10（mm）的螺帽台；卡槽位置与带肋角钢短边的预留螺栓孔位置相对应。

如图4-2-1~4-2-4所示，所述的球铰支座6包括连接台3、圆柱滚轴4和承压台5；其中圆柱滚轴4设于连接台3和承压台5之间，连接台3横截面呈“T”字形，长度与钢底板2的宽度一致，其上表面设有2排共12个直径为6mm的螺栓孔，螺栓孔的位置与钢底板2的表面的A卡槽8相对应，每个螺栓孔中设有1个A螺栓11；承压台5的横截面呈倒“T”字形，连接台3的底面和承压台5的顶面均设有深度8mm、直径30mm的圆弧凹槽，其内部设有直径为30mm的圆柱滚轴4。连接台的底面长×宽×高为695×100×20（mm），顶面长×宽×高为695×60×20（mm），同时开设一个深度8mm、直径30mm的圆弧凹槽；承压台的底面长×宽×高为695×300×20（mm），顶面长×宽×高为695×60×20（mm），同时开设一个深度8mm、直径30mm的圆弧凹槽；圆柱滚轴的直径为30mm，长655mm；连接台螺栓孔直径为6mm，连接台底面和承压台顶面的圆弧凹槽深度8mm、直径30mm。C螺栓9、B螺栓10、A螺栓11采用高强螺栓，每个螺栓配设两个垫片和螺帽。

Claims (6)

1.一种连续可调试的单向偏心加载装置，其特征是包括2个钢节点结构，分别对称固定于1根压弯构件的两端，2个钢节点结构关于压弯构件跨中位置的截面镜面对称；每个钢节点结构包括2个带肋角钢（1）、1个钢底板（2）、1个球铰支座（6），其中2个带肋角钢（1）的底部与钢底板（2）表面的3条B卡槽连接，球铰支座（6）的顶部与钢底板（2）表面的6条A卡槽（8）连接。

2.根据权利要求1所述的一种连续可调试的单向偏心加载装置，其特征是所述的带肋角钢（1）包括1个角钢和6个钢肋板，其中角钢包括竖直的长边与水平的短边，长边与短边之间呈90°直角；长边的表面上设有2排共22个螺栓孔，每个螺栓孔中设有1个C螺栓（9）；短边的表面上设有6个螺栓孔；6个形状为直角梯形的钢肋板之间互相平行，并排设于角钢长边与短边所形成的夹角中。

3.根据权利要求1所述的一种连续可调试的单向偏心加载装置，其特征是所述的钢底板（2）的表面设有3条互相平行的B卡槽（7），每条B卡槽（7）内设有2对B螺栓（10）；每条B卡槽（7）的左右两侧分别设有1条与其平行的A卡槽（8），A卡槽（8）共有6条，其长度小于B卡槽（7）的长度；B卡槽（7）的下表面和A卡槽（8）的上表面处均设有螺帽台。

4.根据权利要求1所述的一种连续可调试的单向偏心加载装置，其特征是所述的球铰支座（6）包括连接台（3）、圆柱滚轴（4）和承压台（5）；其中圆柱滚轴（4）设于连接台（3）和承压台（5）之间，连接台（3）横截面呈“T”字形，长度与钢底板（2）的宽度一致，其上表面设有2排共12个螺栓孔，螺栓孔的位置与钢底板（2）的表面的A卡槽（8）相对应，每个螺栓孔中设有1个A螺栓（11）；承压台（5）的横截面呈倒“T”字形，连接台（3）的底面和承压台（5）的顶面均设有圆弧凹槽，其内部设有圆柱滚轴（4）。

5.根据权利要求2~4中任意一项所述的一种连续可调试的单向偏心加载装置，其特征是所述的C螺栓（9）、B螺栓（10）、A螺栓（11）采用高强螺栓，每个螺栓配设两个垫片和螺帽。

6.如权利要求1所述的一种连续可调试的单向偏心加载装置，其特征在于，其测试方法包括如下步骤：

1）垂直放置两个带肋角钢（1）在钢底板（2）上，使得带肋角钢（1）长边与钢底板（2）表面卡槽方向垂直，对准带肋角钢（1）的预留螺栓孔与钢底板相应的卡槽位置并用B螺栓（10）拧紧固定；

2）在钢底板（2）的反面用A螺栓（11）固定球铰支座（6）部分的连接台（3），连接台（3）的侧边与表面卡槽方向垂直；

3）将压弯构件一端垂直放置在钢底板（2）上，调节构件两边带肋角钢（1）间距以适应构件厚度，使得压弯构件表面预留的螺栓孔位置与带肋角钢（1）预留螺栓孔位置对齐，用C螺栓（9）穿过带肋角钢（1）和压弯构件并拧紧固定；

4）将球铰支座（6）内承压台的5底面用螺栓固定在外部竖向压力传感器的上下两端；

5）在压弯构件另一端重复步骤1）~4），将完整连接的压弯构件通过圆柱滚轴放置于外设竖向压力传感器下，调节传感器高度完成加载装置的安装。