CN111735687A - 一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，包括球铰支座、侧向支承架、分配梁、液压千斤顶和竖向反力架。被测钢梁两端支承于球铰支座，球铰支座仅为被测钢梁提供竖向约束；侧向支承架设置于加载点处，约束被测钢梁和分配梁在加载点处的侧向变形；分配梁通过球铰支座、平面推力轴承、滚柱滚动块与被测钢梁连接，仅施加竖向荷载；竖向反力架为分配梁提供竖向荷载。本发明摒弃传统装置释放加载点约束的策略，采用加载点约束型，实现加载与侧向约束同点布置，精确表征钢梁的侧向无支承长度。其构造简单、受力明确，解决了传统钢梁整体稳定试验装置无法避免的加载点多于约束等难题，对研究钢梁整体稳定的性能具有重要价值。

Description

一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置
技术领域
本发明属于钢结构试验技术领域，具体涉及一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置。
背景技术
钢梁的整体稳定性能是钢结构研究和设计中最重要的性能指标之一。该性能一般可采用试验的方式获得关键参数。传统的钢梁整体稳定试验装置（三点受弯或者四点受弯简支梁），通常将“夹支”约束设置于支座处，在加载点通过千斤顶施加竖向荷载，并将被测钢梁支座间的距离作为被测钢梁的侧向无支承长度。由于加载点的位置和力的作用方向不能随着被测钢梁的侧向弯扭变形而发生变化，因此加载点处对被测钢梁其实存在额外的约束，钢梁的侧向无支承长度与理论不符。现有试验装置着眼于释放加载点多于约束的角度，在加载点处设置刀铰、球铰支座等方式，但都无法完美实现竖向加载的同时，被测钢梁平面外转动和平动自由发展的目标。此外，钢梁支座普遍采用辊轴或者钢棒等形式也将限制被测钢梁端部平面外的转动和截面翘曲。钢梁的整体稳定性能对平面外转动和翘曲约束等多于约束极为敏感，试验装置引入的多于约束往往造成试验结果失真。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，约束加载点处的平面外变形，使之接近于理想的“夹支”支座，同时释放支座处的约束，形成一种稳定的试验装置，其构造简单、约束清晰、受力明确、整体稳定。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，包括球铰支座、侧向支承架、分配梁和竖向反力架。
进一步的，所述球铰支座是指在被测钢梁的支承点处下翼缘焊接钢质半球，并将其支承于支承墩上，支承墩和半球表面均涂抹润滑油。
进一步的，在混凝土地坪上摆放支承墩、侧向支承架和竖向反力架，所述侧向支承架位于被测钢梁纵向的4分点处，竖向反力架位于被测钢梁跨度的中点，将侧向支承架的抗剪键伸入混凝土地坪的槽道内，将侧向支承架和竖向反力架通过锚杆锚固于混凝土地坪。
进一步的，所述钢质半球，其受压承载力不应小于四点弯曲钢梁的承载力且直径不宜超过被测钢梁下翼缘宽度的0.2倍。所述支承墩其尺寸应满足稳定性要求，同时在被测钢梁端部横向扭转10度时，被测钢梁下翼缘不应与支承墩之间发生碰撞。
进一步的，所述分配梁为H形截面钢梁，且承载力和刚度均不应小于被测钢梁的2倍，分配梁的下翼缘焊接钢质半球，其几何尺寸与支座处钢球尺寸相同。在分配梁底钢质半球与被测钢梁的上翼缘之间应设置平面推力轴承和滚柱滚动块，平面推力轴承和滚柱滚动块的承载力均不小于钢梁的竖向承载力。分配梁的顶端与竖向反力架之间安装液压千斤顶。
进一步的，所述侧向支承架为门架式结构，门架宽度和高度应与被测钢梁及分配梁相协调，构件截面采用H形截面；侧向支承架上，在被测钢梁上、下翼缘，分配梁上翼缘高度处，均设置可调节顶推装置。
进一步的，所述可调节顶推装置由四根高强度螺栓杆、顶推端板和钢棒焊接组成，螺栓杆的直径不小于16 mm且配置双螺母，顶推端板的厚度不小于为20 mm，钢棒的直径不小于20 mm，长度不小于50 mm。可调节顶推装置采用螺栓与侧向约束框架相连，通过对双螺母进行施拧调节装置位置。
进一步的，所述侧向约束架，当被测钢梁平面外转动10度时，被测钢梁的上下翼缘不应与侧向支承架碰撞。
进一步的，所述侧向支承架通过锚杆锚固于实验室槽道或孔道，其底面焊接方管抗剪键，尺寸与实验室地面槽道或孔洞的尺寸相近，约束侧向支承架在垂直于被测钢梁纵向轴线平面内的移动。
进一步的，所述侧向支承架布置于被测钢梁的两个加载点，侧向支承架可沿着槽道或者孔洞在被测钢梁纵轴线方向移动，进而适用于不同跨度的被测钢梁。
进一步的，所述侧向支承架的水平向的承载力和刚度均不应小于被测钢梁的承载力和刚度的2倍。
进一步的，所述竖向反力架为门架式结构，为加载点提供反力，竖向反力架通过锚杆与地面（槽道或孔洞）相连，综合考虑竖向反力架的各组成部分后，竖向反力架的竖向承载力和刚度均不应小于被测钢梁承载力和刚度的2倍。
本发明所述的四点受弯装置，四点指代的是钢梁存在4个竖向平面内受力点：具体是两端的支座和两个加载点，可以近似认为是钢质半球6所在处。两个加载点之间的被测钢梁处于两端“夹支”的纯弯曲状态。 与理论计算模型最为接近。 侧向支承架上的可调节顶推装置（图6的四个）的作用是夹持被测钢梁，约束其平面外的平动，形成纯弯曲段两端的“夹支”。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，加载点处约束清晰，提供竖向力加载和侧向平动约束；支座处构造简单，半球支座仅提供竖向平动约束；加载点处侧向支承架通过抗剪键与地面连接，为被测钢梁试件提供足够的侧向支承，同时也充分保证试验人员安全；最终加载点之间的被测钢梁处于理想“夹支”约束条件下的纯弯曲状态；此外，该装置整体简单易操作，无需使用大型及伺服控制加载设备。该发明对准确研究钢梁整体稳定的性能及相应设计方法的提出和改进具有重要价值。
附图说明
图1为试验装置立面图。
图2为试验装置支承墩（A-A剖面图）。
图3为试验装置的侧向支承架（B-B剖面图）。
图4为试验装置的竖向反力架（C-C剖面图）。
图5为试验装置的分配梁。
图6为试验装置中被测钢梁可能的破坏模式俯视图。
图7为试验装置中被测钢梁端部可能的变形模式。
附图标记列表：
支承墩1；被测钢梁2；分配梁3；侧向支承架4；竖向反力架5；钢质半球6；平面推力轴承7；滚柱滚动块8；可调节顶推装置9；抗剪键10；锚杆11；混凝土地坪12；液压千斤顶13；竖向反力架立柱14；可调节顶推装置钢棒15；可调节顶推装置顶板16；可调节顶推装置的双螺母高强度螺栓17；变形后的被测钢梁18。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
1、根据被测钢梁2的几何尺寸和预估抗弯承载力，确定支承墩1、分配梁3、侧向支承架4、竖向反力架5的几何尺寸，上述部件的承载力和刚度均不低于被测钢梁2的两倍。
2、根据被测钢梁2的几何尺寸，确定支承墩1和侧向支承架4的宽度，上述部件要求在被测钢梁2发生10度扭转时，被测钢梁2的翼缘与支承墩1顶面和侧向支承架4不发生碰撞。
3、根据被测钢梁2的几何尺寸，确定钢质半球6、平面推力轴承7、滚柱滚动块8的型号，上述部件的承载力不低于被测钢梁2承载力的2倍，且钢质半球的直径不大于被测钢梁下翼缘宽度的0.2倍。
3、在被测钢梁2支承点下翼缘中点焊接钢质半球6（图2），在分配梁3支承点下翼缘中点焊接钢质半球6（图3）。
4、根据被测钢梁2的跨度，在混凝土地坪12上摆放支承墩1、侧向支承架4和竖向反力架5，侧向支承架位于被测钢梁2纵向的4分点处，竖向反力架5位于被测钢梁2跨度的中点，将侧向支承架的抗剪键伸入混凝土地坪12的槽道内，将侧向支承架4和竖向反力架5通过锚杆11锚固于混凝土地坪12。
5、根据被测钢梁2和分配梁3的高度，在侧向支承架4上安装可调节顶推装置9。
6、将被测钢梁放入试验装置，通过可调节顶推装置的双螺母高强度螺栓17使得可调节顶推装置钢棒15与被测钢梁上、下翼缘刚好接触。在钢质半球6、支承墩1、可调节顶推装置钢棒15、被测钢梁2的上、下翼缘与可调节顶推钢棒15的接触点涂抹黄油。
7、在被测钢梁2加载点处上翼缘顶面中点依次放置滚柱滚动块8和平面推力轴承7。
8、在被测钢梁2的顶面安装分配梁3，通过可调节顶推装置的双螺母高强度螺栓17使得可调节顶推装置钢棒15与分配梁上翼缘刚好接触，并在接触点涂抹黄油。
9、在分配梁3跨中上翼缘的顶面与竖向反力架5之间安装液压千斤顶13。
10、千斤顶13施加压力，被测钢梁2开始变形（水平往外或往内），变形后的被测钢梁18（压弯后的形状）呈现侧向弯扭失稳模式。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (10)

1.一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：包括球铰支座、侧向支承架、分配梁、液压千斤顶和竖向反力架。
2.根据权利要求1所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：所述球铰支座是指在被测钢梁的支承点处下翼缘焊接钢质半球，并将其支承于支承墩上，支承墩和半球表面均涂抹润滑油。
3.根据权利要求2所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：在混凝土地坪上摆放支承墩、侧向支承架和竖向反力架，所述侧向支承架位于被测钢梁纵向的4分点处，竖向反力架位于被测钢梁跨度的中点，将侧向支承架的抗剪键伸入混凝土地坪的槽道内，将侧向支承架和竖向反力架通过锚杆锚固于混凝土地坪。
4.根据权利要求2所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：所述钢质半球，其受压承载力不小于四点弯曲钢梁的承载力且直径不超过被测钢梁下翼缘宽度的0.2倍。
5.根据权利要求1所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：所述分配梁为H形截面钢梁，且承载力和刚度均不小于被测钢梁的2倍，分配梁的下翼缘焊接钢质半球，其几何尺寸与球铰支座处钢球尺寸相同；在分配梁底钢质半球与被测钢梁的上翼缘之间设置平面推力轴承和滚柱滚动块，平面推力轴承和滚柱滚动块的承载力均不小于钢梁的竖向承载力，所述液压千斤顶安装在分配梁的顶端与竖向反力架之间。
6.根据权利要求1所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：所述侧向支承架为门架式结构，门架宽度和高度应与被测钢梁及分配梁相协调，构件截面采用H形截面；侧向支承架上，在被测钢梁上、下翼缘，分配梁上翼缘高度处，均设置可调节顶推装置。
7.根据权利要求6所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：所述可调节顶推装置由四根高强度螺栓杆、顶推端板和钢棒焊接组成，螺栓杆的直径不小于16 mm且配置双螺母，顶推端板的厚度不小于为20 mm，钢棒的直径不小于20 mm，长度不小于50 mm；可调节顶推装置采用螺栓与侧向约束框架相连，通过对双螺母进行施拧调节装置位置。
8.根据权利要求2所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：当被测钢梁端部扭转10度时，被测钢梁下翼缘不与支承墩之间发生碰撞；当被测钢梁平面外转动10度时，被测钢梁的上下翼缘不与侧向支承架碰撞。
9.根据权利要求2所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：所述侧向支承架通过锚杆锚固于实验室槽道或孔道，其底面焊接方管抗剪键，尺寸与实验室地面槽道或孔洞的尺寸相同，约束侧向支承架在垂直于被测钢梁纵向轴线平面内的移动。
10.根据权利要求1所述的一种加载点约束型钢梁整体稳定试验的四点受弯装置，其特征在于：所述的侧向支承架、分配梁和竖向反力架，其特征在于承载力和刚度均不小于被测钢梁的2倍。
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