CN110987624A - 一种用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢结构相关技术领域，并具体公开了一种用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置。该加载装置包括反力架单元、滑动单元、压力传感器和加载单元，其中：反力架单元用于支撑加载装置；滑动单元的顶部平板与反力架单元连接，滑槽固定在该顶部平板的左右两侧，滑动组件与底部平板连接，滑动组件带动底部平板沿垂直于水平钢曲梁的长度方向滑动；压力传感器的上侧与底部平板连接，其下侧与加载单元连接。本发明在反力架单元和压力传感器之间设置了滑动单元，能够在水平钢曲梁发生侧向位移时，带动压力传感器和加载单元沿垂直于水平钢曲梁的长度方向滑动，从而保证加载过程中荷载方向始终竖直向下，同时释放其对水平钢曲梁侧向位移的约束。

Description

一种用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置

技术领域

本发明属于钢结构相关技术领域，更具体地，涉及一种用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置。

背景技术

近年来，曲梁因其优美的造型和良好的受力性能，在建筑和桥梁工程中应用的日益频繁，钢曲梁作为受弯构件，其稳定性是最突出的问题。而桥梁工程中，往往横向荷载较大并且动荷载占据主导地位，这对曲梁的稳定性提出了更高的要求。因此对水平钢曲梁的整体稳定性能进行试验研究十分必要。

目前，国内外关于水平钢曲梁整体稳定性的试验研究较少，主要原因是曲梁在承受横向荷载作用时，一开始就会产生侧向位移和扭转变形。一般的加载装置无法随荷载移动，会对曲梁的变形产生较大约束，使得试验结果与真实结果偏差很大。而在少有的稳定性试验中，加载方式主要采用千斤顶加载和重物悬挂加载两种。

利用千斤顶直接对钢曲梁施加跨中集中荷载存在以下不足：(1)千斤顶无法随曲梁发生侧向变形而移动，约束了加载位置处曲梁的侧移和转动；(2)当曲梁发生侧向位移时，千斤顶施加的荷载会有较大的偏心，不能保证荷载方向始终竖直向下。利用重物悬挂加载虽然能够始终保持荷载竖直向下，但仍然存在以下问题：(1)仅适用于承载力较小的钢梁试验，而实际工程中钢梁的承载力往往较大；(2)加载过程不连续，无法测得试验梁的极限荷载。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其中结合水平钢曲梁易发生侧向变形的问题，相应的在反力架单元和压力传感器之间设计了滑动单元，从而带动压力传感器和加载单元沿垂直于水平钢曲梁的长度方向滑动，以此保证水平钢曲梁发生侧向位移时仍能受到垂直向下的荷载，因而尤其适用于水平钢曲梁整体稳定性试验的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，该加载装置包括反力架单元、滑动单元、压力传感器和加载单元，其中：

所述反力架单元包括反力柱和反力梁，所述反力柱对称设置并且其上端与所述反力梁连接，工作时所述反力柱固定在地面，用于支撑所述加载装置；

所述滑动单元包括顶部平板、滑槽、滑动组件和底部平板，所述顶部平板与所述反力梁连接，所述滑槽固定在该顶部平板的左右两侧，用于与所述滑动组件配合安装，所述滑动组件与所述底部平板连接，工作时，所述滑动组件带动所述底部平板沿垂直于水平钢曲梁的长度方向滑动，从而保证所述水平钢曲梁发生侧向位移时仍能受到垂直向下的荷载；

所述压力传感器的上侧与所述底部平板连接，其下侧与所述加载单元连接，工作时所述加载单元对所述水平钢曲梁施加荷载，并通过所述压力传感器测量该荷载的大小，以此实现加载功能。

作为进一步优选地，所述加载单元包括千斤顶、旋转基座、销轴、旋转头和加载板，所述千斤顶的下端与所述旋转基座连接，所述旋转头通过所述销轴与所述旋转基座连接，同时该旋转头的下端与所述加载板连接，工作时，所述旋转头通过所述销轴在所述旋转基座中发生相对转动，从而带动所述加载板转动，以此释放所述加载板对所述水平钢曲梁的扭转约束。

作为进一步优选地，所述滑动组件包括滚轴、滚子轴承和侧板，所述滚轴的两端分别套有所述滚子轴承，所述侧板上开设有圆孔并且其底部与所述底部平板连接，所述滚轴穿过所述侧板上的圆孔，当所述滚子轴承在所述滑槽内滚动时，所述滚轴通过所述侧板带动所述底部平板沿垂直于所述水平钢曲梁的长度方向滑动。

作为进一步优选地，所述侧板上的圆孔与所述滚轴之间采用间隙配合，其间隙为0.5mm～1mm。

作为进一步优选地，所述滑槽与所述滚子轴承之间采用间隙配合，其间隙为1mm～2mm。

作为进一步优选地，所述滚轴与所述滚子轴承之间采用过盈配合。

作为进一步优选地，所述滑动单元还包括挡板，所述挡板设置在所述滑槽的前后两侧，用于避免所述滚子轴承脱轨。

作为进一步优选地，所述反力梁与千斤顶之间通过钢丝绳连接，用于避免所述千斤顶滑脱。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明利用千斤顶直接对钢曲梁施加跨中集中荷载，考虑到钢曲梁易发生侧向位移的问题，相应在反力架单元和压力传感器之间设置了滑动单元，能够在水平钢曲梁发生侧向位移时，带动压力传感器和加载单元沿垂直于水平钢曲梁的长度方向滑动，从而保证加载过程中荷载方向始终竖直向下，同时释放其对水平钢曲梁侧向位移的约束；

2.尤其是，本发明通过对加载单元的结构进行优化，将旋转头通过销轴与旋转基座连接，使得旋转头能够在旋转基座中发生相对转动，从而带动加载板转动，以此释放加载板对水平钢曲梁扭转的约束，从而适应水平钢曲梁的变形；

3.此外，本发明还对滑动单元的结构及安装方式进行了优化，能够在保证实验安全性的前提下提高测试的准确性。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例构建的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置的主视图；

图2是图1中用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置的侧视图；

图3是按照本发明优选实施例构建的滑动单元的结构示意图；

图4是本发明提供的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置在水平钢曲梁变形后的工作示意图；

图5是工字形截面曲梁的示意图，其中(a)为第一类工形截面曲梁，(b)为第二类工形截面曲梁；

图6是本发明实施例中水平钢曲梁的受力示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-反力梁，2-反力柱，3-顶部平板，4-底部平板，5-滑槽，6-滚轴，7-侧板，8-滚子轴承，9-压力传感器，10-千斤顶，11-旋转基座，12-旋转头，13-销轴，14-加载板，15-水平钢曲梁，16-靴梁，17-反力柱底部平板，18-水平钢曲梁弧形支座，19-钢支座，20-水平钢曲梁支座滚轴，21-铰接支座底部平板，22-地面，23-连接钢板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～3所示，本发明实施例提供了一种用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，该加载装置包括反力架单元、滑动单元、压力传感器9和加载单元，其中：

反力架单元包括反力柱2和反力梁1，反力柱2对称设置并且其上端通过连接钢板23与反力梁1连接，反力柱2的底部设置通过靴梁16与反力柱底部平板17连接，工作时反力柱底部平板17通过锚栓固定在地面22上，用于支撑加载装置；

滑动单元包括顶部平板3、滑槽5、滑动组件和底部平板4，顶部平板3与反力梁1连接，滑槽5固定在该顶部平板3的左右两侧，用于与滑动组件配合安装，同时滑动组件与底部平板4连接，工作时，滑动组件带动底部平板4沿垂直于水平钢曲梁15的长度方向滑动，从而保证水平钢曲梁15发生侧向位移时仍能受到垂直向下的荷载；

压力传感器9的上侧与底部平板4连接，其下侧与加载单元连接，工作时加载单元对水平钢曲梁15施加荷载，并通过压力传感器9测量该荷载的大小，以此实现加载功能。

进一步，加载单元包括千斤顶10、旋转基座11、销轴13、旋转头12和加载板14，千斤顶10的下端与旋转基座11连接，旋转头12通过销轴13与旋转基座11连接组成球铰，同时该旋转头12的下端与加载板14连接，工作时，旋转头12通过销轴13在旋转基座11中发生相对转动，从而带动加载板14转动，以此释放加载板14对水平钢曲梁15的扭转约束。

进一步，滑动组件包括滚轴6、滚子轴承8和侧板7，滚轴6的两端分别套有滚子轴承8，侧板7上开设有圆孔并且其底部与底部平板4连接，滚轴6穿过侧板7上的圆孔，当滚子轴承8在滑槽5内滚动时，滚轴6通过侧板7带动底部平板4沿垂直于水平钢曲梁15的方向滑动。

进一步，侧板7上的圆孔与滚轴6之间采用间隙配合，其间隙为0.5mm～1mm；滑槽5与滚子轴承8之间采用间隙配合，其间隙为1mm～2mm，从而避免间隙过大影响滚动效果，滚轴6与滚子轴承8之间采用过盈配合。

进一步，滑动单元还包括挡板，挡板设置在滑槽5的前后两侧，用于避免滚子轴承8脱轨；同时反力梁1与千斤顶10之间通过钢丝绳连接，用于避免千斤顶10滑脱，防止意外发生，但是捆绑钢丝绳不应对加载装置的功能产生影响。

如图5所示，根据腹板放置位置的不同可将工字形截面曲梁分为以下两种形式：腹板垂直于曲率平面，称为第一类工形截面曲梁，即图5中的(a)，其在工程中较为常见；腹板在曲率平面内，此类为第二类工形截面曲梁，即图5中的(b)，本发明提供的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置应用于第一类工形截面曲梁，其腹板垂直于曲率平面，主要承受与曲率平面垂直的荷载，其受力示意图如图6所示。

测试过程中，将水平钢曲梁15的一端通过水平钢曲梁弧形支座18固定在钢支座19上，其另一端通过水平钢曲梁支座滚轴20固定在铰接支座底部平板21上，符合理想的简支边界。当水平钢曲梁15受力产生水平侧移时，其带动与之相连的千斤顶10和压力传感器9移动，通过滚子轴承8在两侧滑槽5中滚动，保证了水平钢曲梁15在加载过程中受到的荷载始终竖直向下，释放了对水平钢曲梁15侧移的约束，图4中Δ表示受力前后试验钢曲梁15侧移距离。同时本发明采用的球铰能够在水平钢曲梁15受力发生明显扭转变形时，使得旋转头12通过销轴在旋转基座11中相对转动，从而释放了加载点位置对试验钢曲梁15的扭转约束。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其特征在于，该加载装置包括反力架单元、滑动单元、压力传感器(9)和加载单元，其中：

所述反力架单元包括反力柱(2)和反力梁(1)，所述反力柱(2)对称设置并且其上端与所述反力梁(1)连接，工作时所述反力柱(2)固定在地面(22)，用于支撑所述加载装置；

所述滑动单元包括顶部平板(3)、滑槽(5)、滑动组件和底部平板(4)，所述顶部平板(3)与所述反力梁(1)连接，所述滑槽(5)固定在该顶部平板(3)的左右两侧，用于与所述滑动组件配合安装，所述滑动组件与所述底部平板(4)连接，工作时，所述滑动组件带动所述底部平板(4)沿垂直于水平钢曲梁(15)的长度方向滑动，从而保证所述水平钢曲梁(15)发生侧向位移时仍能受到垂直向下的荷载；

所述压力传感器(9)的上侧与所述底部平板(4)连接，其下侧与所述加载单元连接，工作时所述加载单元对所述水平钢曲梁(15)施加荷载，并通过所述压力传感器(9)测量该荷载的大小，以此实现加载功能。

2.如权利要求1所述的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其特征在于，所述加载单元包括千斤顶(10)、旋转基座(11)、销轴(13)、旋转头(12)和加载板(14)，所述千斤顶(10)的下端与所述旋转基座(11)连接，所述旋转头(12)通过所述销轴(13)与所述旋转基座(11)连接，同时该旋转头(12)的下端与所述加载板(14)连接，工作时，所述旋转头(12)通过所述销轴(13)在所述旋转基座(11)中发生相对转动，从而带动所述加载板(14)转动，以此释放所述加载板(14)对所述水平钢曲梁(15)的扭转约束。

3.如权利要求1所述的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其特征在于，所述滑动组件包括滚轴(6)、滚子轴承(8)和侧板(7)，所述滚轴(6)的两端分别套有所述滚子轴承(8)，所述侧板(7)上开设有圆孔并且其底部与所述底部平板(4)连接，所述滚轴(6)穿过所述侧板(7)上的圆孔，当所述滚子轴承(8)在所述滑槽(5)内滚动时，所述滚轴(6)通过所述侧板(7)带动所述底部平板(4)沿垂直于所述水平钢曲梁(15)的长度方向滑动。

4.如权利要求3所述的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其特征在于，所述侧板(7)上的圆孔与所述滚轴(6)之间采用间隙配合，其间隙为0.5mm～1mm。

5.如权利要求3所述的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其特征在于，所述滑槽(5)与所述滚子轴承(8)之间采用间隙配合，其间隙为1mm～2mm。

6.如权利要求3所述的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其特征在于，所述滚轴(6)与所述滚子轴承(8)之间采用过盈配合。

7.如权利要求3所述的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其特征在于，所述滑动单元还包括挡板，所述挡板设置在所述滑槽(5)的前后两侧，用于避免所述滚子轴承(8)脱轨。

8.如权利要求1～7任一项所述的用于水平钢曲梁整体稳定性试验的加载装置，其特征在于，所述反力梁(1)与千斤顶(10)之间通过钢丝绳连接，用于避免所述千斤顶(10)滑脱。

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