CN112525666A - 一种压杆试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压杆试验装置，涉及结构工程技术领域，包括自平衡反力框架、千斤顶、荷载传感器、限位梁、组装式支座和试件，限位梁安装在自平衡反力框架的中部，千斤顶安装在自平衡反力框架上，荷载传感器安装在限位梁的一侧面，荷载传感器与千斤顶相对设置且设置有空隙，试件水平设置，试件的一端通过一组装式支座与限位梁的另一侧面连接，试件的另一端通过一组装式支座与自平衡反力框架连接。本发明使用时，千斤顶将荷载通过荷载传感器、限位梁、组装式支座作用在试件上，自平衡反力框架可实现自平衡，无需设置侧向支撑，限位梁起到限位作用，本发明的试件安装与试验操作方便，无需搭设脚手架或使用升降车，制造成本低。

Description

一种压杆试验装置

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，特别是涉及一种压杆试验装置。

背景技术

在结构工程领域中，压杆试验通常以大型的长柱式压力机或立式反力架作为试验装置。

长柱式压力机是成套的定型设备，功能较完善，但基于大型压力机的试验装置存在以下局限性：一、大型压力机费用高昂；二、压力机的尺寸常会成为试验的限制条件；三、对于较长的压杆试件，安装和试验过程中的操作很不方便，通常需要搭设脚手架或配备升降车。

立式反力架由立柱、横梁、地锚组成，通常，在立式反力架中再安装千斤顶、压力传感器、支座和试件就可以组成压杆试验装置。但基于立式反力架的试验装置则存在以下局限性：一、立式反力架往往缺少限位装置，如公开号为CN106644534A的中国专利公开的压弯钢构件的实验装置；二、对于较长的压杆试件，安装和试验过程中的操作很不方便，通常需要搭设脚手架或配备升降车。

发明内容

本发明的目的是提供一种压杆试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，试件安装与试验操作方便，无需搭设脚手架或使用升降车，并且制造成本低。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种压杆试验装置，包括自平衡反力框架、千斤顶、荷载传感器、限位梁、组装式支座和试件，所述限位梁安装在所述自平衡反力框架的中部，所述千斤顶安装在所述自平衡反力框架上，所述荷载传感器安装在所述限位梁的一侧面，所述荷载传感器与所述千斤顶相对设置且设置有空隙，所述试件水平设置，所述试件的一端通过一所述组装式支座与所述限位梁的另一侧面连接，所述试件的另一端通过一所述组装式支座与所述自平衡反力框架连接。

优选的，所述自平衡反力框架包括两个相对设置的端横梁和两个相对设置的纵杆，两个所述端横梁和两个所述纵杆形成矩形框架，所述端横梁和所述纵杆可拆卸连接。

优选的，所述端横梁包括两个相对设置的翼板，两个所述翼板之间设置有端腹板，两个所述翼板和所述端腹板形成工字型结构，所述端腹板的两侧均设置有若干横加劲肋，各所述横加劲肋与所述端腹板、两所述翼板均固定连接，所述端腹板的两端设置有螺栓孔；

所述纵杆包括若干柱杆，各所述柱杆包括工字杆体，所述工字杆体的两端均设置有连接端板，所述连接端板与所述工字杆体之间设置有若干纵加劲肋。

优选的，所述限位梁包括前翼板、后翼板和腹板，所述前翼板和所述后翼板相对设置，所述前翼板与所述荷载传感器可拆卸连接，所述后翼板与所述组装式支座可拆卸连接，所述前翼板、所述后翼板和所述腹板形成工字型结构，所述腹板的两侧均设置有若干限位加劲板，位于两端的所述限位加劲板均设置有吊装孔；所述腹板的两端分别设置一端板，各所述端板上开设有若干长条孔，限位螺栓穿过所述长条孔将所述限位梁与所述自平衡反力框架可拆卸连接，各所述端板的下端设置有一底板，各所述端板的外侧、各所述底板的下端均设置有两个圆钢棒，所述端板外侧的所述圆钢棒与所述自平衡反力框架接触，各所述圆钢棒均沿与所述试件的轴线平行的方向滚动。

优选的，所述底板的底面设置有与所述圆钢棒匹配的弧形凹槽，一侧的所述端板上的所述圆钢棒通过A型齿块限位，另一侧的所述端板上的所述圆钢棒通过B型齿块和C型齿块限位。

优选的，所述A型齿块是带有中间凹槽的双边限位块，所述B型齿块和所述C型齿块均为楔形块；一侧的所述端板上的各所述圆钢棒均通过两个所述A型齿块进行限位，另一侧的所述端板上的各所述圆钢棒均通过两组包括两个所述B型齿块和所述C型齿块的限位结构进行限位，各组的两个所述B型齿块和所述C型齿块呈三角形布设。

优选的，所述组装式支座包括约束模块和两个接头模块，两个所述接头模块上设置有若干安装孔，所述约束模块位于两个所述接头模块之间且与两个所述接头模块可拆卸连接，所述约束模块包括球铰凸块和球铰凹块，所述球铰凸块和所述球铰凹块相互匹配，所述球铰凸块和所述球铰凹块用于实现约束条件，通过所述约束模块与两个所述接头模块安装位置的不同实现荷载条件。

优选的，所述球铰凸块的一侧设置有球形凸起，所述球铰凹块的一侧设置有与所述球形凸起匹配的球形凹槽，所述球铰凸块和所述球铰凹块上均设置有若干用于与所述接头模块连接的螺栓孔；

所述约束模块的两侧均设置有一连接轴块，所述球铰凸块和所述球铰凹块的两端面均开设有固定孔，所述连接轴块通过转轴螺栓安装在所述固定孔处；所述连接轴块上开设有通孔，所述通孔的尺寸大于所述转轴螺栓的尺寸；

所述球铰凸块和所述球铰凹块的上端和下端均设置有耳板。

优选的，所述接头模块包括顶板、传力板和底板，所述传力板位于所述顶板和所述底板之间，若干所述安装孔位于所述顶板和所述底板上；所述传力板包括上传力板、下传力板、竖板和两个中传力板，所述上传力板和所述下传力板位于所述竖板的两端且形成工字型结构，两个所述中传力板位于所述竖板的两侧，所述上传力板、所述下传力板、所述竖板和两个所述中传力板形成王字型结构。

优选的，所述自平衡反力框架的两端的下方和所述限位梁的下方均设置有垫块；所述自平衡反力框架通过地锚螺栓与试验场地锚固。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明使用时，千斤顶将荷载通过荷载传感器、限位梁、组装式支座作用在试件上，自平衡反力框架可实现自平衡，无需设置侧向支撑，限位梁起到限位作用，本发明的试件安装与试验操作方便，试件水平设置，无需搭设脚手架或使用升降车，制造成本低。

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为本发明的压杆试验装置示意图；

图2为本发明的压杆试验装置拆解示意图；

图3为图1的俯视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为本发明中的限位梁拆解示意图；

图6为本发明中的限位梁安装步骤一示意图；

图7为图6的B-B剖视图；

图8为本发明中的限位梁安装步骤二示意图；

图9为图8的C-C剖视图；

图10为本发明中的限位梁安装步骤三示意图；

图11为图10的D-D剖视图；

图12为本发明中的限位梁安装步骤四示意图；

图13为图12的E-E剖视图；

图14为本发明的可用于多种工况的组装式支座示意图；

图15为本发明的可用于多种工况的组装式支座拆解示意图；

图16为本发明的约束模块的万向铰接状态俯视图；

图17为本发明的约束模块的万向铰接状态侧视图；

图18为本发明的约束模块的单向铰接状态俯视图；

图19为本发明的约束模块的单向铰接状态侧视图；

图20为本发明的接头模块示意图；

图21为本发明的约束模块与接头模块轴心重合示意图；

图22为本发明的约束模块与接头模块单向偏心示意图；

图23为本发明的约束模块与接头模块双向偏心示意图；

其中：1-接头模块，2-安装孔，3-球铰凸块，4-球铰凹块，5-连接轴块，6-固定孔，7-转轴螺栓，8-耳板，9-顶板，10-底板，11-上传力板，12-下传力板，13-竖板，14-中传力板，15-约束模块，16-千斤顶，17-荷载传感器，18-限位梁，19-试件，20-端横梁，21-纵杆，22-前翼板，23-后翼板，24-腹板，25-吊装孔，26-限位加劲板，27-端板，28-限位螺栓，29-圆钢棒，30-底板，31-A型齿块，32-B型齿块，33-C型齿块，34-垫块，35-地锚螺栓，36-组装式支座。

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付出创造性劳动的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。

本发明的目的是提供一种压杆试验装置，以解决上述现有技术存在的问题，试件安装与试验操作方便，无需搭设脚手架或使用升降车，并且制造成本低。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图23所示：本实施例提供了一种压杆试验装置，包括自平衡反力框架、千斤顶16、荷载传感器17、限位梁18、组装式支座36和试件19，限位梁18安装在自平衡反力框架的中部，千斤顶16设置在自平衡反力框架上，荷载传感器17安装在限位梁18的一侧面，荷载传感器17与千斤顶16相对设置且设置有空隙，荷载传感器17采用大吨位柱式压力传感器，荷载传感器17用螺栓固定在限位梁18上,千斤顶16和荷载传感器17之间的空隙控制在千斤顶16的行程范围内。试件19水平设置，试件19的一端通过一组装式支座36与限位梁18的另一侧面连接，试件19的另一端通过一组装式支座36与自平衡反力框架连接。本实施例使用时，千斤顶16将荷载通过荷载传感器17、限位梁18作用在试件19上，自平衡反力框架可实现自平衡，无需设置侧向支撑，限位梁18起到限位作用，本实施例的试件19安装与试验操作方便，无需搭设脚手架或使用升降车，制造成本低。

本实施例中，自平衡反力框架包括两个相对设置的端横梁20和两个相对设置的纵杆21，两个端横梁20和两个纵杆21形成矩形框架，端横梁20和纵杆21可拆卸连接。

具体地，端横梁20包括两个相对设置的翼板，两个翼板之间设置有端腹板，两个翼板和端腹板形成工字型结构，端腹板的两侧均设置有若干横加劲肋，各横加劲肋与端腹板、两翼板均采用焊接固定连接，端腹板的两端设置有螺栓孔；纵杆21包括若干柱杆，相邻的柱杆均通过螺栓连接，本实施例为两个柱杆，根据试件19的长度，当试件19较短时，设置两个短柱杆，当试件19较长时，设置两个长柱杆，各柱杆包括工字杆体，工字杆体的两端均设置有连接端板，连接端板与工字杆体之间设置有若干纵加劲肋，工字杆体、连接端板和纵加劲肋采用焊接进行连接。

本实施例中，限位梁18包括前翼板22、后翼板23和腹板24，前翼板22和后翼板23相对设置，前翼板22与荷载传感器17可拆卸连接，后翼板23与组装式支座36可拆卸连接，前翼板22、后翼板23和腹板24形成工字型结构，腹板24的两侧均设置有若干限位加劲板26，位于两端的限位加劲板26均设置有吊装孔25；腹板24的两端分别设置一端板27，各端板27上开设有若干长条孔，限位螺栓28穿过长条孔将限位梁18与自平衡反力框架可拆卸连接，各端板27的下端设置有一底板30，各端板27的外侧、各底板30的下端均设置有两个圆钢棒29，端板27外侧的圆钢棒29与自平衡反力框架接触，各圆钢棒29均沿与试件19的轴线平行的方向滚动。

具体地，底板30的底面设置有与圆钢棒29匹配的弧形凹槽，一侧的端板27上的圆钢棒29通过A型齿块31限位，另一侧的端板27上的圆钢棒29通过B型齿块32和C型齿块33限位。

A型齿块31是带有中间凹槽的双边限位块，B型齿块32和C型齿块33均为楔形块；一侧的端板27上的各圆钢棒29均通过两个A型齿块31进行限位，另一侧的端板27上的各圆钢棒29均通过两组包括两个B型齿块32和C型齿块33的限位结构进行限位，各组的两个所述B型齿块32和所述C型齿块33呈三角形布设。

本实施例中，自平衡反力框架的两端的下方和限位梁18的下方均设置有垫块34，具体地，两个端横梁20的下方和限位梁18的下方均设置有垫块34。限位梁18下的垫块34使限位梁18中心点与千斤顶16的中心点对齐；地锚螺栓35穿过端腹板两端的螺栓孔，使自平衡反力框架与试验场地锚固，可以保证试验安全。

本实施例中，限位梁18的安装过程如下：

(1)A型齿块31焊接在一端的端板27上，B型齿块32焊接在另一端的端板27上；

(2)将限位梁18放入自平衡反力框架中，在限位梁18的底板30下放置底面圆钢棒29，在A型齿块31和B型齿块32位置处放置侧面圆钢棒29；

(3)将C型齿块33塞入，使限位梁18完全被自平衡反力框架夹紧，然后将C型齿块33焊接固定在端板27上，可以避免因加工误差而导致的限位梁18无法安装进自平衡反力框架中的情况，也可以避免安装后限位梁18与自平衡反力框架间仍有较大间隙的情况；

(4)安装限位螺栓28，使限位螺栓28与自平衡反力框架的纵杆21贴合接触，然后将限位螺栓28拧紧固定；限位螺栓28保证了限位梁18在竖向不发生位移，限位梁18安装完成后，其侧向位移均被限制而只能在加载方向移动，同时由于放置了侧面圆钢棒29和底面圆钢棒29，限位梁18在移动时的阻力很小。

本实施例还包括两个组装式支座36，试件19的一端通过一组装式支座36与限位梁18的另一侧连接，试件19的另一端通过一组装式支座36与自平衡反力框架连接；本实施例的组装式支座36包括约束模块15和两个接头模块1，两个接头模块1上设置有若干安装孔2，约束模块15位于两个接头模块1之间且与两个接头模块1可拆卸连接，约束模块15包括球铰凸块和球铰凹块4，球铰凸块和球铰凹块4相互匹配，球铰凸块和球铰凹块4用于实现约束条件，通过约束模块15与两个接头模块1安装位置的不同实现荷载条件。本实施例通过球铰凸块和球铰凹块4用于实现约束条件，通过约束模块15与两个接头模块1安装位置的不同实现荷载条件。当约束模块15与两个接头模块1的轴心重合时，实现轴心受压的荷载条件；当约束模块15与一个接头模块1轴心重合且与另一个接头模块1偏心连接时，即可实现单向偏心受压的荷载条件；当约束模块15与两个接头模块1在两个方向均偏心连接时，即可实现双向偏心受压的荷载条件。本实施例通过约束模块15和两个接头模块1实现多种工况的边界条件。

本实施例中，球铰凸块的一侧设置有球形凸起，球铰凹块4的一侧设置有与球形凸起匹配的球形凹槽，球铰凸块和球铰凹块4上均设置有若干用于与接头模块1连接的螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将球铰凸块或球铰凹块4与接头模块1连接，螺栓为内六角沉头螺栓，螺栓孔的孔口处有倒角，螺栓可以完全嵌入螺栓孔中，避免约束模块15在转动时受到螺栓的影响，螺栓孔位于球铰凸块和球铰凹块4的四角处。球铰凸块与球铰凹块4配合，实现万向铰接形态。

本实施例中，约束模块15的两侧均设置有一连接轴块5，球铰凸块和球铰凹块4的两端面均开设有固定孔6，固定孔6为螺纹孔，具体固定孔6开设在球铰凸块和球铰凹块4的两端面的中心处，连接轴块5通过转轴螺栓7安装在固定孔6处，本实施例中，连接轴块5上开设有通孔，通孔的尺寸大于转轴螺栓7的尺寸，转轴螺栓7依次穿过通孔和固定孔6，将连接轴块5安装在约束模块15上。通过在约束模块15上设置连接轴块5，可以实现单向铰接形态。

本实施例中，球铰凸块和球铰凹块4的上端和下端均设置有耳板8，耳板8与球铰凸块和球铰凹块4通过焊接进行连接，耳板8具有两个作用：在拆卸和组装时，耳板8作为吊点可方便吊装；在试验加载过程中，在耳板8间穿一条铁链或U形扣作为保护设施，铁链或U形扣与耳板8的孔洞间有较大间隙，不会影响约束模块15的转动。

本实施例中，接头模块1包括顶板9、传力板和底板10，顶板9用于约束模块15与接头模块1的连接，底板10用于接头模块1与试件或反力架的连接，传力板位于顶板9和底板10之间，若干安装孔2位于顶板9和底板10上，传力板包括上传力板11、下传力板12、竖板13和两个中传力板14，上传力板11和下传力板12位于竖板13的两端且形成工字型结构，两个中传力板14位于竖板13的两侧，上传力板11、下传力板12、竖板13和两个中传力板14形成王字型结构。传力板与顶板9和底板10均通过焊接进行连接。

当约束模块15与两个接头模块1的轴心重合时，实现轴心受压的荷载条件；当约束模块15与一个接头模块1轴心重合且与另一个接头模块1偏心连接(指约束模块15的轴心与另一个接头模块1的轴心位于同一水平线或竖直线上)时，即可实现单向偏心受压的荷载条件；当约束模块15与两个接头模块1在两个方向均偏心连接(指约束模块15的轴心与两个接头模块1的轴心既不位于同一水平线上，也不位于同一竖直线上)时，即可实现双向偏心受压的荷载条件。

因此，约束模块15可以实现单向铰接形态和万向铰接形态的约束条件；通过改变约束模块15与两个接头模块1的位置关系，可以实现轴心受压的荷载条件、单向偏心受压的荷载条件和双向偏心受压的荷载条件，通过约束模块15与接头模块1的组合搭配，将约束条件与约束条件交叉设置，即可实现六种不同的工况，即轴心受压万向铰接边界条件、单向偏心受压万向铰接边界条件、双向偏心受压万向铰接边界条件、轴心受压单向铰接边界条件、单向偏心受压单向铰接边界条件、双向偏心受压单向铰接边界条件。并且，各部分间均采用螺栓连接，拆卸和组装十分方便，本实施例的组装式支座还具有构造简单、承载力高、转动时摩擦力小的优点。

相比于长柱式压力机，本实施例的压杆试验装置的制造成本低；本实施例的压杆试验装置极大地方便了试件安装与试验操作，免去了搭设脚手架或使用升降车的麻烦；本实施例的压杆试验装置可以适应多种试件尺寸；本实施例的压杆试验装置可以实现多种试验所需的边界条件。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种压杆试验装置，其特征在于：包括自平衡反力框架、千斤顶、荷载传感器、限位梁、组装式支座和试件，所述限位梁安装在所述自平衡反力框架的中部，所述千斤顶安装在所述自平衡反力框架上，所述荷载传感器安装在所述限位梁的一侧面，所述荷载传感器与所述千斤顶相对设置且设置有空隙，所述试件水平设置，所述试件的一端通过一所述组装式支座与所述限位梁的另一侧面连接，所述试件的另一端通过一所述组装式支座与所述自平衡反力框架连接。

2.根据权利要求1所述的压杆试验装置，其特征在于：所述自平衡反力框架包括两个相对设置的端横梁和两个相对设置的纵杆，两个所述端横梁和两个所述纵杆形成矩形框架，所述端横梁和所述纵杆可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的压杆试验装置，其特征在于：所述端横梁包括两个相对设置的翼板，两个所述翼板之间设置有端腹板，两个所述翼板和所述端腹板形成工字型结构，所述端腹板的两侧均设置有若干横加劲肋，各所述横加劲肋与所述端腹板、两所述翼板均固定连接，所述端腹板的两端设置有螺栓孔；

所述纵杆包括若干柱杆，各所述柱杆包括工字杆体，所述工字杆体的两端均设置有连接端板，所述连接端板与所述工字杆体之间设置有若干纵加劲肋。

4.根据权利要求1所述的压杆试验装置，其特征在于：所述限位梁包括前翼板、后翼板和腹板，所述前翼板和所述后翼板相对设置，所述前翼板与所述荷载传感器可拆卸连接，所述后翼板与所述组装式支座可拆卸连接，所述前翼板、所述后翼板和所述腹板形成工字型结构，所述腹板的两侧均设置有若干限位加劲板，位于两端的所述限位加劲板均设置有吊装孔；所述腹板的两端分别设置一端板，各所述端板上开设有若干长条孔，限位螺栓穿过所述长条孔将所述限位梁与所述自平衡反力框架可拆卸连接，各所述端板的下端设置有一底板，各所述端板的外侧、各所述底板的下端均设置有两个圆钢棒，所述端板外侧的所述圆钢棒与所述自平衡反力框架接触，各所述圆钢棒均沿与所述试件的轴线平行的方向滚动。

5.根据权利要求4所述的压杆试验装置，其特征在于：所述底板的底面设置有与所述圆钢棒匹配的弧形凹槽，一侧的所述端板上的所述圆钢棒通过A型齿块限位，另一侧的所述端板上的所述圆钢棒通过B型齿块和C型齿块限位。

6.根据权利要求5所述的压杆试验装置，其特征在于：所述A型齿块是带有中间凹槽的双边限位块，所述B型齿块和所述C型齿块均为楔形块；一侧的所述端板上的各所述圆钢棒均通过两个所述A型齿块进行限位，另一侧的所述端板上的各所述圆钢棒均通过两组包括两个所述B型齿块和所述C型齿块的限位结构进行限位，各组的两个所述B型齿块和所述C型齿块呈三角形布设。

7.根据权利要求1所述的压杆试验装置，其特征在于：所述组装式支座包括约束模块和两个接头模块，两个所述接头模块上设置有若干安装孔，所述约束模块位于两个所述接头模块之间且与两个所述接头模块可拆卸连接，所述约束模块包括球铰凸块和球铰凹块，所述球铰凸块和所述球铰凹块相互匹配，所述球铰凸块和所述球铰凹块用于实现约束条件，通过所述约束模块与两个所述接头模块安装位置的不同实现荷载条件。

8.根据权利要求7所述的压杆试验装置，其特征在于：所述球铰凸块的一侧设置有球形凸起，所述球铰凹块的一侧设置有与所述球形凸起匹配的球形凹槽，所述球铰凸块和所述球铰凹块上均设置有若干用于与所述接头模块连接的螺栓孔；

所述约束模块的两侧均设置有一连接轴块，所述球铰凸块和所述球铰凹块的两端面均开设有固定孔，所述连接轴块通过转轴螺栓安装在所述固定孔处；所述连接轴块上开设有通孔，所述通孔的尺寸大于所述转轴螺栓的尺寸；

所述球铰凸块和所述球铰凹块的上端和下端均设置有耳板。

9.根据权利要求7所述的压杆试验装置，其特征在于：所述接头模块包括顶板、传力板和底板，所述传力板位于所述顶板和所述底板之间，若干所述安装孔位于所述顶板和所述底板上；所述传力板包括上传力板、下传力板、竖板和两个中传力板，所述上传力板和所述下传力板位于所述竖板的两端且形成工字型结构，两个所述中传力板位于所述竖板的两侧，所述上传力板、所述下传力板、所述竖板和两个所述中传力板形成王字型结构。

10.根据权利要求1所述的压杆试验装置，其特征在于：所述自平衡反力框架的两端的下方和所述限位梁的下方均设置有垫块；所述自平衡反力框架通过地锚螺栓与试验场地锚固。

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