CN112098220A - 一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置 - Google Patents

Abstract

一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置，属建筑结构工程领域。为研究钢管砼的徐变力学性能，需要对钢管砼构件进行长期恒定荷载试验，本发明是一种操作简单，方便易行的自平衡恒定加载装置，无需长期占用试验室的大型反力架，其工作原理是：由千斤顶与承压板、锚固螺栓构成自平衡加载系统施加试验荷载，螺栓的锚固螺母紧固锁定试验荷载值，千斤顶补充因砼收缩徐变产生的荷载松弛，由补载螺母紧固锁定补充的荷载值，由此达到模拟建筑结构真实的长期恒定荷载之目的。本发明装置同时配置其他测量工具等，可进行钢管砼的徐变力学行为分析研究。

Description

一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置

技术领域

本发明涉及建筑结构工程领域,具体来说,就是一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置。

背景技术

钢管砼构件由钢管内浇筑砼而成，是一种钢与砼组合构件，荷载作用由钢管和砼材料二者共同承担，因钢管对砼的约束，砼抗压强度有很大提高，因砼对钢管的约束，钢管的局部屈曲强度有很大提高，因此这种组合构件有极好的力学性能，被广泛应用于建筑结构中。但在长期压力荷载作用下，钢管中的砼会有收缩徐变效应，使得钢管砼构件的力学性能发生显著变化，故需要研究钢管砼构件在长期荷载作用下的徐变性能，以解决建筑结构设计的准确计算问题。

以往钢管砼构件在长期荷载作用下的测试装置采用一组螺栓紧固预拉力与试件自平衡方法加载，此加载方法存在二大问题：其一，只适用于较小荷载的操作，当施加较大荷载时(10吨以上)，人工拧紧螺栓非常困难，而一般钢管砼试件试验施加的极限荷载需要达到120吨以上，必须借助千斤顶和大型反力架或压力试验机加载；其二，对单个螺栓施拧时会影响其他螺栓的受力状况，由于多个螺栓之间的受力相互影响，通过人工控制所有螺栓预紧力均匀一致，操作起来很困难，此外，当对螺母紧固时，必须施加扭矩，意味钢管砼试件承受了附加的扭矩作用而产生附加的剪应力，此与工程实际情况不符。

在长期荷载作用下，钢管中核心砼收缩徐变效应会引起钢管砼构件刚度不断退化，使得螺栓锁紧的预拉力不断松弛，意味试验荷载强度在不断衰减，若要保证试验荷载强度长期恒定不变，则需进行持续不断的补载，依靠大型反力架或压力试验机补载将长期占用该试验设备，其成本非常高，实验室难以承受，本项目即是要解决此问题，研发一种能够进行灵活补载的自平衡长期恒定加载装置。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一套千斤顶加载装置与钢管砼试件荷载锁定装置并联起来，由千斤顶代替压力试验机作用进行轴心加载，需要设计刚度足够大的二块钢制承压板通过螺栓串联构成加载系统以支承千斤顶的加载作用，附加设置压力传感器以获取荷载值。

为使千斤顶和钢管砼试件安装方便，分别设置安装螺母以定位各个承压板的相对位置，待千斤顶和试件安装到位后，松开安装螺母使之处于自由状态，不影响施加荷载。

在加载系统中，由上下锚固螺母紧固可锁定荷载值，在荷载补偿系统中，设计一个与钢管砼试件受力并联的补载螺母紧固锁定补偿荷载，即：当千斤顶已完成补偿因砼收缩徐变引起的荷载损失之后，由并联的补偿螺母紧固到位锁定荷载，此时千斤顶可搬移至其他试件上使用。

在适当部位对称地布置测量压力、位移、应变的仪器，可得到试件的压力值和应力值，绘制徐变量-时间曲线、荷载-压缩量曲线和荷载-(钢管)应力/(砼)应力曲线。

本项目的实施具有非常显著的优势，操作简单方便，可在一个标准试验期内完成多组系列试件的徐变性能试验研究，能节省大量的人力、物力、财力、时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显然，对于本领域普通技术人员而言，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置的立面图。

图2为本发明实施例提供的研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置的剖面图。

图中：千斤顶1、压力传感器2、承压板3、中心垫块4、螺栓杆5、上锚固螺母6、下锚固螺母7、补载螺母8、螺栓孔9、钢管砼试件10、加劲肋11、千分表12、应变片13、定位螺母14

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明,以便充分理解本发明技术，本发明显然可以用多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际情况做类似推广、演绎，因此，不应以此描述的具体内容限制本发明的保护范围。

本发明的图示为示意性的，图示主要为说明技术含义，均没有按制图比例绘制，此处进行具体实施描述给出了各种具体组成部件的规格尺寸，但完全可以用其他类似规格与尺寸替换，不应以此作为对本发明的保护范围构成限制。

本发明是针对圆管砼构件的应用，但也可用于其他形状构件的应用，不应以此作为对本发明的保护范围构成限制。

实施例：为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、技术特征、构造方式能具体明确，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。

请参考附图1和附图2，显示了本发明的研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置构造，实施例选用的主要材料设计如下：钢管砼试件10规格为

高度为342mm，材料Q345，C30砼，估算构件极限承载力不超过120t；采用QL200千斤顶1，额定荷载200t，千斤顶1最小高度为472mm，顶升高度为200mm；压力传感器2额定荷载为200t，高度为140mm；根据200t荷载，承压板3高度为200mm，平面尺寸为360mm×360mm；配8根M42的螺栓杆5，螺栓杆长度为1740mm。

承压板3为H200×360×20×30构件，二块翼缘板取-30×360×360，腹板取-20×140，采用坡口双面角焊缝焊接，在上下翼缘板边缘55mm处对称布置8个孔径为46mm的螺栓孔，孔矩为110mm，承压板3共加工3个。

螺栓杆5直径为42mm，长度为17400mm，全长攻标准M42丝扣，配置8个上锚固螺母6(含垫圈，以下同)、8个下锚固螺母7、8个补载螺母8、16个定位螺母14。

试验加载装置安装顺序如下：将8根螺栓杆5一端穿进第一块承压板3的上翼缘螺栓孔9→在承压板3的上翼缘的下表面安装8个下锚固螺母7(含垫圈，以下同)→在承压板3上翼缘的上表面安装8个定位螺母14施加一定扭矩压紧以固定螺栓杆5→在对称的二端螺栓杆5处穿进4个定位螺母14，其位置与前面已安装好的第一块承压板3相距530mm→穿进第二块承压板3的螺栓孔9，由4个定位螺母14支撑→穿进8个补载螺母8，暂时定位在第二块承压板3和第三块承压板3之间→在对称的二端螺栓杆5处穿进4个定位螺母14，其位置与前面已安装好的第二块承压板3相距约510mm→穿进第三块承压板3的螺栓孔9，由4个定位螺母14支撑→穿进上锚固螺母6，至此，试验支架安装完毕。

安装钢管砼试件10在第一块承压板3的中心位置处上→安装中心垫块4在钢管砼试件10的中心位置上→安装压力传感器2在中心垫块4的上面，在安装试件过程中微调第二块承压板3下的4个定位螺母14使第二块承压板3平贴轻微压住压力传感器2，至此，试件安装到位。

安装千斤顶1在第二块承压板3的中心位置上，微调第三块承压板3下面的定位螺母14，使第三块承压板3平贴轻微压住千斤顶1，至此完成试验设备和试件的全部安装。

在钢管砼试件10的对称四个面上各粘贴一对正交的应变片13，在8根螺栓杆5的对称二个面上各粘贴一片应变片13，将应变片的电测线接上多功能静态应变箱(仪)。

在第一块承压板3的上表面和第二块承压板3的下表面对称地安装4个测量位移的千分表12，可测量出钢管砼试件10的压缩量。

正式试验加载前的调试工作：安装好8个上锚固螺母6，放松所有的16个定位螺栓14，使之在整个试验过程中不得对螺栓杆5产生任何约束作用，由千斤顶1初始少量加载，调节8个上锚固螺母6，根据应变片的读数微调上锚固螺母6，使得8根锚栓杆5均匀受力。

正式加载试验：由千斤顶1进行缓慢加载到设计值，稳定10分钟之后，按加载设计值的一半对称轮番地紧固上锚固螺母6，停留二小时后，按加载设计值对称轮番地紧固上锚固螺母6，由8个螺栓杆5均匀承担试验荷载，千斤顶1荷载得以释放，可卸下千斤顶1搬往其他试验件工作。

荷载补偿：由于砼收缩徐变，上锚固螺母6的紧固拉力荷载将会减小，可每天一次监控压力传感器2的荷载值，当荷载值的减小接近2％时，采用千斤顶1补充荷载，补载后拧紧补载螺母8锁定荷载，可将千斤顶1搬往其他试验件工作，照此方法操作，一直维持到试验时间结束。

最后的极限荷载试验：将16个定位螺母14置于各承压板3之间的中位处，继续用千斤顶1施加荷载，按10KN一步分级逐步加载，每级荷载停留2分钟，直到试件最后破坏为止。

整理数据用于分析钢管砼试件10的徐变力学性能。

本发明装置方便适用，可在一个标准试验期内完成多组系列试件的徐变性能试验研究，能节省大量的人力、物力、财力、时间，具有极好的社会效益及经济效益。

Claims (5)

1.一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置，主要包括有加载系统、荷载补偿系统及测量系统，其特征在于：加载系统由千斤顶(1)、压力传感器(2)、承压板(3)、中心垫块(4)、螺栓杆(5)、上锚固螺母(6)、下锚固螺母(7)串联组成，荷载补偿系统由所述承压板(3)、所述螺栓杆(5)、所述下锚固螺母(7)、补载螺母(8)串联组成，测量系统由所述压力传感器(2)、千分表(12)、应变片(13)分别附着在所述承压板(3)、所述螺栓杆(5)、钢管砼试件(10)上。

2.根据权利要求1所述的一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置，其特征在于：三个所述承压板(3)为H形焊接钢构件，在其上下翼缘上各开有八个螺栓孔(9)以安装所述螺栓杆(5)，在腹板中心处应对称布置二片加劲肋(11)构成具有双向抗弯刚度且可防止所述承压板(3)的翼缘在所述螺栓杆(5)的拉力作用下发生屈曲。

3.根据权利要求1所述的一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置，其特征在于：所述千斤顶(1)依靠所述承压板(3)、所述螺栓杆(5)、所述上锚固螺母(6)、所述下锚固螺母(7)的支承可施加试验荷载，并通过所述压力传感器(2)读取试验荷载值。

4.根据权利要求1所述的一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置，其特征在于：在其所述螺栓杆(5)中部布置有所述补载螺母(8)，在初始加载时，所述补载螺母(8)处于自由状态，当所述千斤顶(1)针对因砼徐变荷载衰减进行补载之后，所述补载螺母(8)紧固锁定荷载，此时可将所述千斤顶(1)移往其他试件使用，实现同期完成多组试验的目标。

5.根据权利要求1所述的一种研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置，其特征在于：在二块所述的承载板(3)上布置千分表(12)，可计算出所述钢管砼试件(9)的压缩量，在所述钢管砼试件(9)的对称四个面上各粘贴一对正交的所述应变片(13)，在八根所述螺栓杆(5)的对称二个面上各粘贴一片所述应变片(13)，通过用电测线连接的多功能静态应变箱(仪)可得到所述应变片(13)处的应变值，由此可计算出相应的应力值。

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