CN111257117B - 一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置及试验方法，该装置包括加载机构、连接机构、固定机构；所述加载系统包括作动器，所述作动器上端通过螺栓固定于反力架上；所述连接机构包括开孔钢板、长方体钢块、双侧槽口钢块，所述开孔钢板、长方体钢块、双侧槽口钢块依次焊接为一整体，固定连接于作动器下端；所述固定机构包括U型长螺杆、钢夹板、U型槽口墩台；该试验方法包括：先将U型槽口墩台与地面锚固，然后通过U型长螺杆将胶合木推出件与双侧槽口钢块螺栓连接，再将胶合木推出件与钢夹板螺栓连接，最后启动电液伺服液压系统，进行加载测试。本发明装置加载稳定，材料易加工，安装方便简单、材料环保、成本低廉。

Description

一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于钢夹板螺栓连接胶合木测试技术领域，涉及一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置及方法。

背景技术

胶合木作为一种新型的建筑材料已经广泛应用于现代木质结构中。为满足结构性能要求而采用多种适宜于胶合木的连接方法，刚夹板螺栓连接为其中一种连接方式。滞回性能是反映结构在反复受力过程中的变形特征、刚度退化及能量消耗，是衡量结构性能的重要指标。而在现行的技术条件下，还没有一种常规的钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能测试装置及方法。因此，急需研制一种适用于钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置及方法，既能满足反复荷载加载过程中，又能降低不合理固定装置对试验试件荷载位移的影响，能够快速、精准地反映出测试结果。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，该装置加载稳定，材料易加工，安装方便简单、材料环保、成本低廉。

本发明的另一目的是，提供一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能的试验方法。

本发明所采用的技术方案是，一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，包括加载机构、连接机构、固定机构；

所述加载系统包括作动器，所述作动器上端通过螺栓固定于反力架上，作动器通过油管与电液伺服液压系统连接；

所述连接机构包括开孔钢板、长方体钢块、双侧槽口钢块，所述开孔钢板、长方体钢块、双侧槽口钢块依次焊接为一整体，固定连接于作动器下端；所述开孔钢板为四角开孔的正方体钢板，通过四个角上的孔与作动器下端螺栓连接；所述开孔钢板下方中部焊接长方体钢块，所述长方体钢块下方焊接双侧槽口钢块，所述双侧槽口钢块两侧开上下开口的槽口；

所述固定机构包括U型长螺杆、钢夹板、U型槽口墩台；所述U型长螺杆为两端设有螺纹的U型杆；

所述钢夹板为下部两侧开设矩形槽口的长方形钢板，垂直于钢夹板一侧表面焊接两个长三角侧撑钢板、两个短三角侧撑钢板，所述两个长三角侧撑钢板、两个短三角侧撑钢板分别沿钢夹板的中轴线对称分布；所述长三角侧撑钢板、短三角侧撑钢板为直角三角形钢板，分别与位于钢夹板矩形槽口的两侧；所述长三角侧撑钢板、短三角侧撑钢板两直角边的交点分别与钢夹板矩形槽口边缘平齐；所述钢夹板矩形槽口上部钻螺栓孔；

所述U型槽口墩台两侧开设凹槽，凹槽上下边缘开设U型槽；所述钢夹板通过其下部两侧矩形槽口卡固于U型槽口墩台的凹槽上边缘的U型槽中；所述U型槽口墩台的凹槽下边缘的U型槽通过长螺栓与地面进行锚固。

进一步的，所述作动器加载等级为25吨，所述反力架承载能力为100级；所述电液伺服液压系统采用HLAW-2000KN电液伺服液压系统。

进一步的，所述开孔钢板与双侧槽口钢块的厚度均为30mm。

进一步的，所述长方体钢块厚度为60mm，长宽尺寸为80mm×100mm。

进一步的，所述双侧槽口钢块长宽尺寸为200mm×100mm，所述双侧槽口钢块两侧槽口尺寸为11mm×40mm。

进一步的，所述U型长螺杆螺纹长度为60mm，螺杆直径为Φ10mm。

进一步的，所述钢夹板厚度为10mm，长宽尺寸为550mm×150mm，距钢夹板短边边距75mm位置处沿中轴线两侧分别开一个长宽尺寸为40mm×50mm的矩形槽口。

进一步的，所述U型槽口墩台长宽高尺寸为400mm×600mm×600mm，凹槽上下边缘开设U型槽长宽尺寸为70mm×70mm，厚度为48mm。

本发明另一技术方案是，一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验方法，按照如下步骤进行：

步骤1：采用长螺栓通过U型槽口墩台的下边缘U型槽，分别将两个U型槽口墩台与地面锚固。

步骤2：采用U型长螺杆托住胶合木推出件底部，然后将U型长螺杆螺纹端部插入双侧槽口钢块两侧的凹槽中，拧紧螺帽固定连接。

步骤3：将胶合木推出件放于两个钢夹板之间，胶合木推出件上边缘面超出钢夹板上边缘面，同时用六角螺栓穿过钢夹板、胶合木推出件上的螺纹孔，用六角螺帽拧紧固定。

步骤4：启动电液伺服液压系统，将位移加载周期输入到系统中来控制作动器的推拉位移实现反复加载过程，并记录不同位移下作动器输出的荷载，直到胶合木推出件破坏或达到目标位移时结束加载。

进一步的，所述螺帽采用双螺帽双垫片形式，所述双螺帽双垫片形式是指采用两个螺母，螺母与槽口之间和螺母与螺母之间各垫一个垫片。

本发明的有益效果是：

1.本发明使得钢夹板螺栓胶合木推出试件做滞回性能试验得以实现，既能满足了加载过程的稳定性，又能降低不合理固定装置对试验试件荷载位移的影响，为钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验带来良好试验环境和效果。

2.本发明中固定装置各部件均采用钢材，材料易加工，经焊接加固后能满足试验加载稳定性需求，安装方便简单、材料环保、成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置的整体结构示意图。

图2是本发明实施例一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置的与作动器相连的结构示意图。

图3是本发明实施例一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置的U型长螺杆结构示意图。

图4是本发明实施例一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置的两侧带凹槽的钢夹板及三角侧撑钢板正视结构示意图。

图5是本发明实施例一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置的两侧带凹槽的钢夹板及三角侧撑钢板侧视结构示意图。

图6是本发明实施例一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置的固定装置正视示意图。

图7是本发明实施例一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置的固定装置装配图。

图8是本发明实施例低周反复载荷试验加载图。

图中，1-作动器，2-反力架，3-开孔钢板，4-长方体钢块，5-双侧槽口钢块，6-胶合木推出件，7-U型长螺杆，8-六角螺栓，9-钢夹板，10-长三角侧撑钢板，11-短三角侧撑钢板，12-U型槽口墩台，13-六角螺帽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例试验装置包括加载机构、连接机构、固定机构。

所述加载系统包括作动器1、反力架2、电液伺服液压系统。所述作动器1上端通过螺栓固定于反力架2上，作动器1通过油管与电液伺服液压系统连接。

所述作动器1加载等级为25吨，所述反力架2承载能力为100级。

所述电液伺服液压系统采用HLAW-2000KN电液伺服液压系统。

如图2所示，所述连接机构包括开孔钢板3、长方体钢块4、双侧槽口钢块5。

所述开孔钢板3、长方体钢块4、双侧槽口钢块5依次焊接为一整体，固定连接于作动器1下端。

所述开孔钢板3为四角开孔的正方体钢板，通过四个角上的孔与作动器1下端螺栓连接。所述开孔钢板3下方中部焊接长方体钢块4，所述长方体钢块4下方焊接双侧槽口钢块5，所述双侧槽口钢块5两侧开上下开口的槽口。

所述开孔钢板3与双侧槽口钢块5的厚度均为30mm，通过计算在最大加载荷载下(低于25吨)，30mm厚的钢板不会产生变形，避免因钢板变形造成实验结果误差。

所述长方体钢块4尺寸为60mm×80mm×100mm(厚度×长度×宽度)，该长宽尺寸设计便于与双侧槽口钢块5的焊接，在其不挡住双侧槽口钢块5两侧槽口的前提下，增大焊接接触面，使承载能力尽可能提升，防止在最大载荷加载下焊接体被拉断。

所述双侧槽口钢块5尺寸为200mm×100mm(长度×宽度)，双侧槽口钢块5长宽尺寸要大于与胶合木推出件6的接触面积，保证试验试件上表面与双侧槽口钢块5完全接触，防止部分脱空造成局部偏压。

所述胶合木推出件6最小尺寸为20mm×70mm×170mm(厚度×宽度×长度)，最大尺寸为80×100×700(厚度×宽度×长度)。

所述双侧槽口钢块5两侧槽口尺寸为11mm×40mm(宽度×长度)，11mm宽度略大于U型长螺杆7直径，螺保证U型长杆7能够插入，40mm长度允许放入2-3根U型长螺杆7并能保证拧上螺母。

所述固定机构包括U型长螺杆7、钢夹板9、U型槽口墩台12。

如图3所示，所述U型长螺杆7为两端设有螺纹的U型杆。所述U型长螺杆7采用强度为12.9级的钢材加工而成，所述U型长螺杆7两端螺纹长度与长方体钢块4厚度相同，螺纹长度为60mm；U型长螺杆7两端螺杆直径为Φ10mm，U型长螺杆7长度可根据试件高度而定。

所述U型长螺杆7的螺栓直径在10mm时能保证在承受5t-6t的抗拉强度时不发生塑性变形。本试验最大试件荷载在15t左右，采用3根U型长螺杆7固定，若单根U型长螺杆7的螺栓直径小于10mm时，则抗拉强度不足，会产生塑性变形，造成试验误差，而大于10mm时，造成材料浪费。

如图4-5所示，所述钢夹板9为下部两侧开设矩形槽口的长方形钢板，垂直于钢夹板9一侧表面焊接两个长三角侧撑钢板10、两个短三角侧撑钢板11，所述两个长三角侧撑钢板10、两个短三角侧撑钢板11分别沿钢夹板9的中轴线对称分布；所述长三角侧撑钢板10、短三角侧撑钢板11为直角三角形钢板，分别与位于钢夹板9矩形槽口的两侧；所述长三角侧撑钢板10、短三角侧撑钢板11两直角边的交点分别与钢夹板9矩形槽口边缘平齐。

所述钢夹板9矩形槽口上部根据试验试件螺栓布置方式钻螺栓孔。

如图6-7所示，所述U型槽口墩台12两侧开设凹槽，凹槽上下边缘开设U型槽。

所述钢夹板9通过其下部两侧矩形槽口卡固于U型槽口墩台12的凹槽上边缘的U型槽中。

所述U型槽口墩台12的凹槽下边缘的U型槽通过长螺栓与地面进行锚固。地面上预留与长螺栓匹配的地孔，可以直接使用长螺栓配合螺母通过U型槽口墩台12的凹槽下边缘的U型槽将U型槽口墩台12与地面锚固。

所述钢夹板9尺寸为10mm×150mm×550mm(厚度×宽度×长度)，距钢夹板9短边边距75mm位置处沿中轴线两侧分别开一个40mm×50mm(长度×宽度)的矩形槽口。

所述U型槽口墩台12尺寸为400mm×600mm×600mm(长度×宽度×高度)，凹槽上下边缘开设U型槽尺寸为70mm×70mm×48mm(宽度×长度×厚度)。U型槽口墩台为实验室的辅助部件，其有不同尺寸规格，本实施例充分利用实验室的U型槽口墩这辅件来满足该试验试件的锚固和连接作用，既节约了材料，又使整个装置的搭建简单、方便。

所述钢夹板9两侧矩形槽口尺寸正好和U型槽口墩台12的U型槽卡固，同时剩余的钢夹板尺寸正好能充分抵抗试验最大荷载而不产生变形。

所述U型墩台槽口12长度比钢夹板9的厚度大，两者之间预留的移动距离能使不同厚度的胶合木钢夹板试件都能卡固于槽口内，便于测试不同厚度的胶合木试件。

所述开孔钢板3、长方体钢块4、双侧槽口钢块5、钢夹板9均采用Q235钢材。

一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验方法，按照如下步骤进行：

步骤1：采用长螺栓通过U型槽口墩台12的下边缘U型槽，分别将两个U型槽口墩台12与地面锚固。

步骤2：采用U型长螺杆7托住胶合木推出件6底部，然后将U型长螺杆7螺纹端部插入双侧槽口钢块5两侧的凹槽中，拧紧螺帽固定连接。

所述螺帽采用双螺帽双垫片形式，其有利于在加载过程中对试验试件的固定，并确保在加载过程中预紧力一直保持稳定。所述双螺帽双垫片形式是指采用两个螺母，螺母与槽口之间和螺母与螺母之间各垫一个垫片。

步骤3：将胶合木推出件6放于两个钢夹板9之间，试件上边缘面超出钢夹板9上边缘面，同时用六角螺栓8穿过钢夹板9、胶合木推出件6上的螺纹孔，用六角螺帽13拧紧固定。

步骤4：启动HLAW-2000KN电液伺服液压系统，将位移加载周期输入到系统中来控制作动器1的推拉位移实现反复加载过程，并记录不同位移下作动器1输出的荷载，直到胶合木推出件6破坏或达到目标位移时结束加载。

本实施例通过电液伺服液压系统控制作动器按不同频率上下推拉试件(低周反复荷载)得到不同位移时对应的荷载，然后将整个试验过程中记录的位移-荷载连接成曲线，就得到滞回曲线，根据每个试件滞回曲线的特性分析其滞回性能，从而得到每个试件滞回性能的试验结果。

通过低周反复荷载试验按规范标准执行加载，采用位移控制加载方式，加载曲线用静力试验所确定的极限位移作为控制位移。加载图如图8所示，循环幅值如表1所示，在1-5加载步中，由于幅值变化较小，因此每个加载步只做一次加载循环。试验设定每个加载循环执行以下步骤：正向加载、持荷5s、卸载、反向加载、持荷5s、卸载。按规范要求，加载速率均保持在0.1mm/s－10mm/s。

表1加载循环幅值

加载步	循环次数	幅值
			1	1	1.25％Vn
2	1	2.5％Vn
			3	1	5％Vn
4	1	7.5％Vn
			5	1	10％Vn
6	3	20％Vn
			7	3	40％Vn
8	3	60％Vn
			9	3	80％Vn
10	3	100％Vn
			11	3	120％Vn

注：Vn代表静力极限载荷。

需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，其特征在于，包括加载机构、连接机构、固定机构；

所述加载机构包括作动器(1)，所述作动器(1)上端通过螺栓固定于反力架(2)上，作动器(1)通过油管与电液伺服液压系统连接；

所述连接机构包括开孔钢板(3)、长方体钢块(4)、双侧槽口钢块(5)，所述开孔钢板(3)、长方体钢块(4)、双侧槽口钢块(5)依次焊接为一整体，固定连接于作动器(1)下端；所述开孔钢板(3)为四角开孔的正方体钢板，通过四个角上的孔与作动器(1)下端螺栓连接；所述开孔钢板(3)下方中部焊接长方体钢块(4)，所述长方体钢块(4)下方焊接双侧槽口钢块(5)，所述双侧槽口钢块(5)两侧开上下开口的槽口；

所述固定机构包括U型长螺杆(7)、钢夹板(9)、U型槽口墩台(12)；所述U型长螺杆(7)为两端设有螺纹的U型杆；

所述钢夹板(9)为下部两侧开设矩形槽口的长方形钢板，垂直于钢夹板(9)一侧表面焊接两个长三角侧撑钢板(10)、两个短三角侧撑钢板(11)，所述两个长三角侧撑钢板(10)、两个短三角侧撑钢板(11)分别沿钢夹板(9)的中轴线对称分布；所述长三角侧撑钢板(10)、短三角侧撑钢板(11)为直角三角形钢板，分别位于钢夹板(9)矩形槽口的两侧；所述长三角侧撑钢板(10)、短三角侧撑钢板(11)两直角边的交点分别与钢夹板(9)矩形槽口边缘平齐；所述钢夹板(9)矩形槽口上部钻螺栓孔；

所述U型槽口墩台(12)两侧开设凹槽，凹槽上下边缘开设U型槽；所述钢夹板(9)通过其下部两侧矩形槽口卡固于U型槽口墩台(12)的凹槽上边缘的U型槽中；所述U型槽口墩台(12)的凹槽下边缘的U型槽通过长螺栓与地面进行锚固。

2.根据权利要求1所述一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，其特征在于，所述作动器(1)加载等级为25吨，所述反力架(2)承载能力为100级；所述电液伺服液压系统采用HLAW-2000KN电液伺服液压系统。

3.根据权利要求1所述一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，其特征在于，所述开孔钢板(3)与双侧槽口钢块(5)的厚度均为30mm。

4.根据权利要求1所述一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，其特征在于，所述长方体钢块(4)厚度为60mm，长宽尺寸为80mm×100mm。

5.根据权利要求1所述一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，其特征在于，所述双侧槽口钢块(5)长宽尺寸为200mm×100mm，所述双侧槽口钢块(5)两侧槽口尺寸为11mm×40mm。

6.根据权利要求1所述一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，其特征在于，所述U型长螺杆(7)螺纹长度为60mm，螺杆直径为Φ10mm。

7.根据权利要求1所述一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，其特征在于，所述钢夹板(9)厚度为10mm，长宽尺寸为550mm×150mm，距钢夹板(9)短边边距75mm位置处沿中轴线两侧分别开一个长宽尺寸为40mm×50mm的矩形槽口。

8.根据权利要求1所述一种钢夹板螺栓连接胶合木滞回性能试验装置，其特征在于，所述U型槽口墩台(12)长宽高尺寸为400mm×600mm×600mm，凹槽上下边缘开设U型槽长宽尺寸为70mm×70mm，厚度为48mm。

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