CN111595679A - 一种对嵌入式压块进行拉剪组合加载的实验装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种对嵌入式压块进行拉剪组合加载的实验装置和方法，属于夹具技术领域。该实验装置包括夹持固定座、加载组件、力传感器和传力组件；夹持固定座包括机架和高强度螺母；加载组件包括螺纹导杆和加载锤；传力组件包括传力垫板和导轨垫板。所述螺纹导杆用于施加横向载荷，并依次通过传力垫板、力传感器和导轨垫板传递给待测试件；加载锤通过与拉伸实验机连接为试件提供竖向载荷，并通过拉伸实验机获得载荷及位移数据。本发明能够测得嵌入式连接结构在拉剪耦合作用下的动态响应和破坏形式，加载方式容易实现、结构简单、便于操作，为工程设备中利用嵌入式连接的设备的性能测试提供了直观的实验方法和对应装置。

Description

一种对嵌入式压块进行拉剪组合加载的实验装置和方法
技术领域
本发明属于夹具技术领域，具体涉及一种能实现对嵌入式压块结构进行拉剪组合加载的实验装置和方法。本发明为工程施工设备中利用嵌入式连接的设备的性能测试和设计提供实验依据，这类设备包括风电桩单边吊具、双边吊具和荷兰IHC公司的ILT吊具等。
背景技术
海洋资源的开发和探测随着陆地石油资源的逐渐衰竭变得越来越急迫，海洋资源的开采不同于陆地，需要有相应的作业平台。对海洋平台或者海上风电的安装都需要相应的施工设备，其中对风电管桩导管架平台的吊运主要包括在管桩上焊接吊点或吊环以及利用专业吊具两种方式。焊接吊点需要在钢桩或隔水套管吊装后，施工人员乘吊笼到顶部拆卸卡环索具，由于此作业属于高空作业，易受海况条件限制，作业风险大，专业吊具则可以避免这些缺点。专业吊具主要是利用嵌入式连接来吊运管桩，连接强度直接影响设备的性能，而目前还没有专门用来测试这种嵌入式连接功能压块性能的实验装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种能实现对嵌入式压块结构进行拉剪组合加载的实验装置和方法，为利用嵌入方式起连接作用的吊具的设计和性能测试提供实验数据，尤其是为起嵌入连接的功能压块结构的设计和测试提供实验依据。
为了解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种对嵌入式压块进行拉剪组合加载的实验装置，包括夹持固定座1、加载组件2、力传感器3和传力组件4。
所述夹持固定座1包括机架11和螺母12。其中，机架11由底板与顶板通过两侧竖板焊接形成，肋板焊接在两竖板外侧，同时与底板也焊接固定。左竖板的几何中心位置处开有圆形阶梯通孔，圆形阶梯通孔中位于左竖板内侧孔径大于外侧孔径，并在圆形阶梯通孔的内侧孔处焊接螺母12。所述底板和顶板上开有导轨槽，左传力垫板41、右传力垫板42和导轨垫板43在导轨槽中沿直线运动，避免因螺纹导杆的旋转使左传力垫板、右传力垫板和导轨垫板随螺纹导杆一起发生扭转。
所述加载组件2包括螺纹导杆21和加载锤22。其中，螺纹导杆21包括螺纹杆211和加载杠杆212；螺纹杆211穿过机架11左竖板上的圆形阶梯通孔与螺母12螺纹连接，通过旋转螺纹导杆21的加载杠杆212来实现横向加载和卸载。加载锤22包括锤头和传力杆，二者通过焊接固定，并在锤头和传力杆的连接处焊接肋板；所述锤头与试验机连接，传力杆下部开有用于固定试样5的槽孔，槽孔深度略小于试样5厚度。
所述传力组件4包括左传力垫板41、右传力垫板42和导轨垫板43。左传力垫板41一侧通过其上设有的凹槽与螺纹杆211连接，另一侧通过其上设有的连接螺孔与螺栓配合连接力传感器3。右传力垫板42一侧通过其上设有的凹槽与力传感器3连接，另一侧通过其上设有的矩形槽与导轨垫板43连接。导轨垫板43的右侧设有为加载锤22提供运动轨道的滑槽，加载锤22通过顶板上的加载窗口插入导轨垫板43的滑槽中，实现竖向加载。
一种上述的对嵌入式压块进行拉剪组合加载的实验装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤A：将各部分组件按顺序组装在一起：先将螺纹导杆21的螺纹杆211通过机架11左竖板的圆形阶梯通孔插入螺母12中，旋转加载杠杆212使螺纹杆211沿轴向运动一定距离；将力传感器3和左传力垫板41通过螺栓连接，再将力传感器3、右传力垫板42和导轨垫板43按各自之间的凹槽或固定槽连接在一起，为防止力传感器和传力组件各部分松开，用绑定工具如细绳、铁丝暂时将其绑定在一起；
步骤B：加载锤22通过机架11顶板上的加载窗口插入到导轨垫板43的滑槽中，将试样5按要求放置在加载锤22传力杆上的槽孔中进行固定，调节各组件的位置保证加载中心和试样5所在位置重合。旋转加载杠杆212使试样5另一侧和检测钢板6初步接触挤紧，并使检测钢板6另一侧和机架11右竖板的内侧面挤紧；
步骤C：最后调整各部分的相对位置，保证加载中心和试样所在位置重合，解开绑定工具。将整个实验装置平整地放在拉伸实验机下，将加载锤22的锤头和拉伸实验机的加载锤对准、力传感器3和对应的显示设备连接，旋转加载杠杆212直到显示设备显示的载荷值达到设定的载荷值，记录加载的载荷数据；
步骤D：启动拉伸试验机，按所设定的载荷加载并记录载荷数据和变化曲线；
步骤E：关闭拉伸试验机，将实验装置搬移到到他处后，反向旋转加载杠杆212进行横向和竖向卸载，将试样5取下。
本发明的有益效果是：
(1)该实验装置通过夹持固定座位为实验提供基本的加载平台，通过加载组件和传力组件达到为试件加载的目的，并通过力传感器控制和显示载荷的具体数值。并且加载组件包括了横向和竖向两个方向的加载组件，实现了试件受拉剪耦合作用的真实加载，本发明填补了针对此类起嵌入式连接作用的功能压块结构的实验测试的空缺。
(2)本发明结构简单、操作方便、对使用技巧要求低，并且方便对试件进行加载。在测试过程中可以随时改变载荷的数值，方便和外部的设备进行连接，可以得到加载时的载荷及位移曲线随时间变化的曲线。
(3)本发明不仅能得到试件加载时的力学响应量，还能得到试件形成的直观的压痕形状，方便研究嵌入式连接的失效形式和原因。
(4)本发明对试件加载的载荷范围较大，方便测试不同载荷范围下嵌入式连接功能压块的力学行为和失效形式。
附图说明
图1为本发明所述实验装置的结构示意图。
图2为机架的结构示意图。
图3(a)为螺纹导杆的结构示意图。
图3(b)为加载锤的结构示意图。
图4为左传力垫板的结构示意图；其中(a)为左传力垫板的左视图，(b)为左传力垫板的右视图。
图5为右传力垫板的结构示意图；其中(a)右传力垫板的左视图，(b)为右传力垫板的右视图。
图6为导轨垫板的结构示意图。
图中：1-夹持固定座；2-加载组件；3-力传感器；4-传力组件；5-试样；6-检测钢板；11-机架；12-螺母；21-螺纹导杆；211-螺纹杆；212-加载杠杆；22-加载锤；41-左传力垫板；42-右传力垫板；43-导轨垫板。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实例对本发明进一步阐述。
一种对嵌入式压块进行拉剪组合加载的实验装置，包括夹持固定座1、加载组件2、力传感器3和传力组件4，如图1所示。
所述的夹持固定座1为框架结构，包括机架11和螺母12。机架11由底板、顶板、左右两竖板和肋板焊接形成，根据机架的受力特点在两竖板外侧焊接有肋板，保证整体框架的强度和刚度。所述螺母12焊接在左竖板中心处的圆形阶梯通孔内侧，通过焊接螺母的方式既免去了需要加工螺纹孔的繁琐工作，又提高了承载能力，使得本发明有更大的加载范围。
另外，在加载过程中，传力组件的各部分组件会随螺纹导杆21沿其轴线方向在左右竖板间运动，为了避免其他各部分组件发生偏转，在机架11底板和顶板上开有供左传力垫板41、右传力垫板42和导轨垫板43运动的导轨槽。另外试样5承受拉剪耦合荷载，所以在机架11的顶板上开有加载窗口，以供加载锤22对试样5进行竖向加载，如图2所示。
加载组件2根据试样所受载荷的特点，包括横向加载的螺纹导杆21和竖向加载的加载锤22。螺纹导杆21由带螺纹的螺纹杆211和方便加载的加载杠杆212组成。螺纹杆211穿过机架11左竖板上的圆形阶梯通孔与螺母12螺纹连接，通过旋转加载杠杆212来实现横向加载和卸载，如图3(a)所示。加载锤22包括锤头和传力杆，二者通过焊接固定，并在锤头和传力杆的连接处焊接肋板。加载锤22的传力杆下部开有固定试样的槽孔，如图3(b)所示。
传力组件4包括左传力垫板41、右传力垫板42和导轨垫板43。左传力垫板41两侧分别设有接触凹槽和连接螺孔，分别与螺纹杆211和力传感器3连接，将螺纹导杆21施加的载荷传递给力传感器3。右传力垫板42两侧设有对应的凹槽和限位槽，分别与力传感器3和导轨垫板43连接，将力传感器3受到的横向荷载传递给导轨垫板43，再由沿导轨垫板43上的滑槽做竖向运动的加载锤22传递给被测试样5。通过螺纹导杆21的旋转加载，将横向载荷通过传力组件4施加到被测试样(5)，使试样(5)与检测钢板(6)发生作用。
力传感器3在测试过程中可以通过连接显示仪器确定加载的载荷大小，并记录加载载荷的变化过程，并且可以根据实验的载荷范围选择适当量程和精度的力传感器。
采用上述装置对嵌入式压块进行拉剪组合加载的实验时，包括以下步骤：
步骤A：将所述实验装置的各部分组件按顺序组装在一起：先将螺纹杆211从机架11左竖板的圆形阶梯通孔中插入到螺母12中，旋转加载杠杆212使螺纹杆211沿轴向运动一定距离，将力传感器3和左传力垫板41通过螺栓连接，再将力传感器3、右传力垫板42和导轨垫板43按各自之间的凹槽或固定槽连接在一起，为防止力传感器3和传力组件4的各部分松开，用绑定工具如细绳，暂时将其绑定在一起；
步骤B：将加载锤22通过机架11顶板上的加载窗口插入导轨垫板43的滑槽中，将试样5按要求放置在加载锤22传力杆的槽孔中进行固定，调节各部分的位置保证加载中心和试样所在位置重合。旋转加载杠杆212使试样5另一侧和检测钢板6初步接触挤紧，并使检测钢板6另一侧和机架11右竖板的内侧面挤紧；
步骤C：最后调整各组件的相对位置，保证加载中心和试样所在位置重合，解开细绳。将装置平整地放在拉伸实验机下，将加载锤22的锤头和拉伸实验机的加载锤对准、力传感器3和对应的显示设备连接，旋转加载杠杆212直到显示设备显示的载荷值达到设定的载荷值，记录加载的载荷数据；
步骤D：启动拉伸试验机，按所设定的载荷加载并记录载荷数据和变化曲线；
步骤E：关闭拉伸试验机实现竖向卸载，将实验装置搬移到到他处后，反向旋转加载杠杆212进行横向卸载，将试样5取下。通过分析试样5的变形和检测钢板6上的凹痕以及加载过程中的载荷变化曲线，可以完成对嵌入式压块结构的力学性能分析。

Claims (3)

1.一种对嵌入式压块进行拉剪组合加载的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括夹持固定座(1)、加载组件(2)、力传感器(3)和传力组件(4)；
所述夹持固定座(1)包括机架(11)和螺母(12)；其中，机架(11)由底板、顶板通过两侧竖板焊接形成，肋板焊接在两竖板外侧；左竖板的几何中心位置处开有圆形阶梯通孔，在圆形阶梯通孔的内侧孔处焊接螺母(12)；所述底板和顶板上开有导轨槽，传力组件(4)在导轨槽中沿直线运动；
所述加载组件(2)包括螺纹导杆(21)和加载锤(22)；其中，螺纹导杆(21)包括螺纹杆(211)和加载杠杆(212)，螺纹杆(211)穿左竖板上的圆形阶梯通孔与螺母(12)螺纹连接，通过旋转加载杠杆(212)实现横向加载和卸载；所述加载锤(22)包括锤头和传力杆，二者通过焊接固定，并在锤头和传力杆的连接处焊接肋板；传力杆下部开有固定试样(5)的槽孔；
所述传力组件(4)包括左传力垫板(41)、右传力垫板(42)和导轨垫板(43)；左传力垫板(41)两侧分别与螺纹杆(211)和力传感器(3)连接；右传力垫板(42)两侧分别与力传感器(3)和导轨垫板(43)连接；加载锤(22)通过顶板上的加载窗口插入导轨垫板(43)一侧的滑槽中，实现竖向加载。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，传力杆下部槽孔的深度小于试样(5)的厚度。
3.一种如权利要求1或2所述的实验装置的使用方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤A：将各部分组件按顺序组装：先将螺纹杆(211)通过机架(11)左竖板的圆形阶梯通孔插入螺母(12)中，旋转加载杠杆(212)使螺纹杆(211)沿轴向运动；将左传力垫板(41)、力传感器(3)、右传力垫板(42)和导轨垫板(43)依次连接，并用绑定工具将其绑定在一起；
步骤B：将加载锤(22)通过机架(11)顶板上的加载窗口插入导轨垫板(43)的滑槽中，将试样(5)放置在加载锤(22)传力杆上的槽孔中进行固定，调节各部分组件的位置保证加载中心和试样(5)所在位置重合；旋转加载杠杆(212)使试样(5)另一侧和检测钢板(6)一侧初步接触挤紧，并使检测钢板(6)另一侧和机架(11)右竖板的内侧面挤紧；
步骤C：调整各部分组件的相对位置，保证加载中心和试样所在位置重合，解开绑定工具；将实验装置平整地放在拉伸实验机下，将加载锤(22)的锤头和拉伸实验机的加载锤对准、力传感器(3)和对应的显示设备连接，旋转加载杠杆(212)直到显示设备显示的载荷值达到设定的载荷值，记录加载的载荷数据；
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