CN113848119A - 一种对矩形钢管混凝土结构中pbl连接件测试的方法及装置 - Google Patents

一种对矩形钢管混凝土结构中pbl连接件测试的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法及装置，属于PBL连接件测试技术领域，包括以下步骤：制备带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构，将其固定后在矩形钢管的外壁上呈网格状设置多个采集点，对带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构顶部的PBL连接件施加轴向载荷，获得矩形钢管位于每个采集点的应变量εhi,j、位移量Δi,k并导入被动约束力模型中，获得PBL连接件位于采集点的n×l个Fri值；发明通过受剪实验能够得到的试件破坏形态及各受力阶段钢管的应变和侧向变形，揭示混凝土榫在剪力作用下导致混凝土包裹侧向膨胀并引起钢管被动约束作用的原理，给出了矩形钢管被动约束力的测试流程和方法；本发明的测试和计算方法测试准确，实用性强，值得推广。

Description

一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法及装置
技术领域
本发明属于矩形钢管混凝土结构技术领域，具体涉及一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法及装置。
背景技术
矩形钢管混凝土结构具有力学性能优越、施工性能好、经济性好等多方面优点，在高层建筑、大跨空间结构、大跨公路桥梁以及城市桥梁中得到大量应用。矩形钢管混凝土结构的节点、结合部位受力较为复杂，在静力、往复震动和疲劳荷载作用下，其节点、结合部位容易发生应力集中，从而引发矩形钢管混凝结构脆性破坏或过早疲劳开裂。为了提高矩形钢管混凝结构的性能，目前在其内部增加PBL连接件，能够改善钢管、混凝土连接面的传力性能、提高节点、结合部位的受力性能。但是增加PBL连接件的矩形钢管混凝土结构中往往不设置贯穿钢筋，PBL连接件受力过程中受到钢管的被动约束；现有测算PBL连接件受力的方法中，并没有考虑被动约束力作用在PBL连接件上，即无法对矩形钢管混凝土结构中的PBL连接件进行受剪承载力准确测算，在实际工程中无法根据建筑整体要求设计PBL连接件；为了确保建筑的安全性，大多对矩形钢管混凝土结构中的PBL连接件进行过度富裕设计；不仅导致资源的浪费，而且增大施工难度。因此，现急需一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法及装置。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法及装置，以便解决现有技术中的不足。
本发明的技术方案是：
一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法，包括以下步骤：
S1、制备带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构；
S2、将带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构固定，在矩形钢管的外壁上呈网格状设置多个采集点；
S3、对带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构顶部的PBL连接件施加轴向载荷，获得矩形钢管位于每个采集点的应变量εhi,j、位移量Δi,k；
S4、将采集的应变量εhi,j以及位移量Δi,k导入式(1)的被动约束力模型中，
Figure BDA0003282905550000021
其中，
εhi,j′为矩形钢管在Fri作用下产生的应变量；
εhi,j,k″为矩形钢管在Δi,k作用下产生的应变量；
Figure BDA0003282905550000022
为矩形钢管在Fri＝100kN作用下产生的应变量；
Figure BDA0003282905550000023
为矩形钢管在Δi,k＝0.1mm作用下产生的应变量；
i为采集点所在的行数；
j为采集点所在的列数；
k为PBL连接件的列数；
Fri为PBL连接件的被动约束力值；
m为PBL连接件总数；
S5、获得n×l个关于εhi,j实测值与计算值相等的方程，获得PBL连接件位于采集点的n×l个Fri值；
其中，
n为采集点的总行数；
l为采集点的总列数。
优选的，所述制备带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构的方法包括以下步骤：
D1、将多个PBL连接件对称设置在矩形钢管相对的两个内壁上且分别与其垂直固定连接，PBL连接件一端伸出矩形钢管的上端面且与其距离为h1，另一端与矩形钢管下端面平齐，矩形钢管内部的PBL连接件上均匀开设有多个通孔，获得带PBL连接件的矩形钢管；
D2、向带PBL连接件的矩形钢管内部浇筑混凝土，混凝土的两端位于矩形钢管的内部且分别与其构成两个安装槽，获得带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构。
优选的，所述h1为50-200mm。
一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的装置，包括：压力试验机；检测组件，用于采集矩形钢管位于每个采集点的应变量和位移量；固定组件，设置在压力试验机的正下方，用于实现固定带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构；
所述检测组件包括：多个第一应变片，矩形钢管靠近PBL连接件两侧的第一应变片分别位于通孔的两端且与其轴线在同一水平面上，相邻的第一应变片之间纵向设置有第二应变片，左右两端的第一应变片外侧还对称设有两个第一应变片，第一应变片的正下方设有第二应变片且与其构成应变检测单元，每层通孔上的第一应变片、第二应变片组合为第一检测带，PBL连接件上下两端的通孔与混凝土的端面之间还分别设有两个第一检测带，矩形钢管靠近PBL连接件的两侧还设有位移检测机构。
优选的，所述检测组件还包括均匀设置在矩形钢管远离PBL连接件两侧的多个第二感应带，第二感应带包括多个应变检测单元，应变检测单元均匀固定矩形钢管上，上下两端的第二感应带与另外两侧上下两端的第一检测带高度相同。
优选的，所述位移检测机构包括两个支架，支架上固设有多个位移计，位移计位于通孔的外侧，位移计的采集端与矩形钢管的外壁垂直且分别指向通孔的中心。
优选的，所述固定组件包括刚性底座，刚性底座上对称设有两个刚垫块，刚垫块一端与刚性底座连接，另一端分别嵌入带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构底部的安装槽中，刚性底座位于刚垫块的两端分别对称设有两个螺杆，螺杆一端与刚性底座垂直固定连接，刚垫块的上方分别设有横梁，螺杆的另一端穿过横梁且通过紧定件与其固定连接。
优选的，所述横梁的底部设有凸块，凸块一端与横梁固定连接，另一端嵌入带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构顶部的安装槽中。
优选的，所述刚垫块的顶部还铺设有一层细沙。
与现有技术相比，本发明提供的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法及装置，通过实验能够得到的试件破坏形态及各受力阶段钢管的侧向变形，揭示混凝土榫在剪力作用下导致混凝土包裹侧向膨胀并引起钢管被动约束作用的原理；通过应变片以及位移计能够全面的获取矩形钢管混凝土结构的应变和变形数据，与被动约束模型配合使用，能够准确的获得PBL连接件被动约束力，从而求得矩形钢管混凝土中PBL连接件的受剪承载力，提高工程建设中的资源利用率，降低生产成本；本发明的检测方法以及被动约束模型测试准确，实用性强，值得推广。
附图说明
图1是本发明的测试装置结构图；
图2是本发明的A-A剖视图；
图3是矩形钢管混凝土结构的剖视图；
图4是矩形钢管混凝土结构的俯视图；
图5是矩形钢管混凝土结构的侧视图；
图6是矩形钢管混凝土结构的正视图；
图7是矩形钢管混凝土结构的B-B剖视图；
图8是本发明的被动约束模型。
具体实施方式
本发明提供了一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法及装置，下面结合图1到图8的结构示意图，对本发明进行说明。
实施例1
如图1-2所示，一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法，包括以下步骤：
如图4-7所示，S1、制备带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构；
S2、将带PBL连接件1的矩形钢管2混凝土结构固定，在矩形钢管2的外壁上呈网格状设置多个采集点；
S3、对带PBL连接件1的矩形钢管2混凝土结构顶部的PBL连接件1施加轴向载荷，获得矩形钢管2位于每个采集点的应变量εhi,j、位移量Δi,k；
S4、将采集的应变量εhi,j以及位移量Δi,k导入式(1)的被动约束力模型中,
Figure BDA0003282905550000051
其中，
εhi,j′为矩形钢管2在Fri作用下产生的应变量；
εhi,j,k″为矩形钢管2在Δi,k作用下产生的应变量；
Figure BDA0003282905550000052
为矩形钢管2在Fri＝100kN作用下产生的应变量；
Figure BDA0003282905550000053
为矩形钢管2在Δi,k＝0.1mm作用下产生的应变量；
i为采集点所在的行数；
j为采集点所在的列数；
k为PBL连接件1的列数；
Fri为PBL连接件1的被动约束力值；
m为PBL连接件1总数；
S5、获得n×l个关于εhi,j实测值与计算值相等的方程，获得PBL连接件1位于采集点的n×l个Fri值；
其中，
n为采集点的总行数；
l为采集点的总列数。
如图8所示，通过实验能够得到的试件破坏形态及各受力阶段钢管的侧向变形，揭示混凝土榫在剪力作用下导致混凝土包裹侧向膨胀并引起钢管被动约束作用的原理。
优选的，所述制备带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构的方法包括以下步骤：
D1、将多个PBL连接件1对称设置在矩形钢管2相对的两个内壁上且分别与其垂直固定连接，PBL连接件1一端伸出矩形钢管2的上端面且与其距离为h1，另一端与矩形钢管2下端面平齐，矩形钢管2内部的PBL连接件1上均匀开设有多个通孔3，获得带PBL连接件1的矩形钢管2；
D2、向带PBL连接件1的矩形钢管2内部浇筑混凝土4，混凝土4的两端位于矩形钢管2的内部且分别与其构成两个安装槽5，获得带PBL连接件1的矩形钢管2混凝土结构。
优选的，所述h1为50-200mm。
实施例2
为了进一步提高检测的准确性，通过第一应变片采集矩形钢管混凝土结构的应变数据；并且通过第二应变片采集纵向应变绝对值，当纵向应变绝对值小于100个单位的微应变或小于10％孔对应位置的纵向应变，则说明试件设计合理，测得位移数据和应变数据可用于求解钢管被动约束力。
如图3所示，一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的装置，包括：压力试验机；检测组件，用于采集矩形钢管2位于每个采集点的应变量和位移量；固定组件，设置在压力试验机的正下方，用于实现固定带PBL连接件1的矩形钢管2混凝土结构；
所述检测组件包括：多个第一应变片6，矩形钢管2靠近PBL连接件1两侧的第一应变片6分别位于通孔3的两端且与其轴线在同一水平面上，相邻的第一应变片6之间纵向设置有第二应变片21，左右两端的第一应变片6外侧还对称设有两个第一应变片6，第一应变片6的正下方设有第二应变片21且与其构成应变检测单元，在测试时可以将第一应变片6、第二应变片21提前连接成T型，再固定在矩形钢管2的外壁上；每层通孔3上的第一应变片6、第二应变片21组合为第一检测带，PBL连接件1上下两端的通孔3与混凝土4的端面之间还分别设有两个第一检测带，矩形钢管2靠近PBL连接件1的两侧还设有位移检测机构；通过应变片以及位移计能够全面的获取矩形钢管混凝土结构的应变和变形数据，与被动约束模型配合使用，能够准确的获得PBL连接件被动约束力，从而求得矩形钢管混凝土中PBL连接件的受剪承载力，提高工程建设中的资源利用率。
优选的，所述检测组件还包括均匀设置在矩形钢管2远离PBL连接件1两侧的多个第二感应带，第二感应带包括多个应变检测单元，应变检测单元均匀固定矩形钢管2上，上下两端的第二感应带与另外两侧上下两端的第一检测带高度相同。
优选的，所述位移检测机构包括两个支架41，支架41上固设有多个位移计7，位移计7位于通孔3的外侧，位移计7的采集端与矩形钢管2的外壁垂直且分别指向通孔3的中心。
实施例3
为了提高测试的方便性，通过设置的固定组件对带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构进行固定，保证实验的安全以及稳定性；
优选的，所述固定组件包括刚性底座51，刚性底座51上对称设有两个刚垫块52，刚垫块52一端与刚性底座51连接，另一端分别嵌入带PBL连接件1的矩形钢管2混凝土结构底部的安装槽5中，刚性底座51位于刚垫块52的两端分别对称设有两个螺杆53，螺杆53一端与刚性底座51垂直固定连接，刚垫块52的上方分别设有横梁54，螺杆53的另一端穿过横梁54且通过紧定件与其固定连接。
优选的，所述横梁54的底部设有凸块61，凸块61一端与横梁54固定连接，另一端嵌入带PBL连接件1的矩形钢管2混凝土结构顶部的安装槽5中。
优选的，所述刚垫块52的顶部还铺设有一层细沙。
使用本测试装置时，将待测试的带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构准备好后，将刚垫块分别嵌入PBL连接件底部两侧的安装槽中，并与混凝土紧贴；将第一感应片、第二感应片分别贴在矩形钢管外壁上的检测点上，再将支架对称固定在带PBL连接件的矩形钢管混凝土结构的两侧，调整位移计位置；启动压力试验机对PBL连接件的顶部施加轴向载荷，将第一感应片、第二感应片、位移计采集的数据汇总导出。
本发明提供的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法及装置，通过实验能够得到的试件破坏形态及各受力阶段钢管的侧向变形，揭示混凝土榫在剪力作用下导致混凝土包裹侧向膨胀并引起钢管被动约束作用的原理；通过应变片以及位移计能够全面的获取矩形钢管混凝土结构的应变和变形数据，与被动约束模型配合使用，能够准确的获得PBL连接件被动约束力，从而求得矩形钢管混凝土中PBL连接件的受剪承载力，提高工程建设中的资源利用率，降低生产成本；本发明的检测方法以及被动约束模型测试准确，实用性强，值得推广。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构；
S2、将带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构固定，在矩形钢管(2)的外壁上呈网格状设置多个采集点；
S3、对带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构顶部的PBL连接件(1)施加轴向载荷，获得矩形钢管(2)位于每个采集点的应变量εhi,j位、移量Δi,k；
S4、将采集的应变量εhi,j以及位移量Δi,k导入式(1)的被动约束力模型中，
Figure FDA0003282905540000011
其中，
εhi,j′为矩形钢管(2)在Fri作用下产生的应变量；
εhi,j,k″为矩形钢管(2)在Δi,k作用下产生的应变量；
Figure FDA0003282905540000012
为矩形钢管(2)在Fri＝100kN作用下产生的应变量；
Figure FDA0003282905540000013
为矩形钢管(2)在Δi,k＝0.1mm作用下产生的应变量；
i为采集点所在的行数；
j为采集点所在的列数；
k为PBL连接件(1)的列数；
Fri值为PBL连接件(1)的被动约束力；
m为PBL连接件(1)总数；
S5、获得n×个关于εhi,j实测值与计算值相等的方程，获得PBL连接件(1)位于采集点的n×I个Fri值，
其中，
n为采集点的总行数；
l为采集点的总列数。
2.根据权利要求1所述的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法，其特征在于，所述制备带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构的方法包括以下步骤：
D1、将多个PBL连接件(1)对称设置在矩形钢管(2)相对的两个内壁上且分别与其垂直固定连接，PBL连接件(1)一端伸出矩形钢管(2)的上端面且与其距离为h1，另一端与矩形钢管(2)下端面平齐，矩形钢管(2)内部的PBL连接件(1)上均匀开设有多个通孔(3)，获得带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)；
D2、向带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)内部浇筑混凝土(4)，混凝土(4)的两端位于矩形钢管(2)的内部且分别与其构成两个安装槽(5)，获得带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构。
3.根据权利要求2所述的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的方法，其特征在于，所述h1为50-200mm。
4.一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的装置，其特征在于，
包括：压力试验机；检测组件，用于采集矩形钢管(2)位于每个采集点的应变量和位移量；固定组件，设置在压力试验机的正下方，用于实现固定带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构；
所述检测组件包括：多个第一应变片(6)，矩形钢管(2)靠近PBL连接件(1)两侧的第一应变片(6)分别位于通孔(3)的两端且与其轴线在同一水平面上，相邻的第一应变片(6)之间纵向设置有第二应变片(21)，左右两端的第一应变片(6)外侧还对称设有两个第一应变片(6)，第一应变片(6)的正下方设有第二应变片(21)且与其构成应变检测单元，每层通孔(3)上的第一应变片(6)、第二应变片(21)组合为第一检测带，PBL连接件(1)上下两端的通孔(3)与混凝土(4)的端面之间还分别设有两个第一检测带，矩形钢管(2)靠近PBL连接件(1)的两侧还设有位移检测机构。
5.根据权利要求4所述的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的装置，其特征在于，所述检测组件还包括均匀设置在矩形钢管(2)远离PBL连接件(1)两侧的多个第二感应带，第二感应带包括多个应变检测单元，应变检测单元均匀固定矩形钢管(2)上，上下两端的第二感应带与另外两侧上下两端的第一检测带高度相同。
6.根据权利要求4所述的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的装置，其特征在于，所述位移检测机构包括两个支架(41)，支架(41)上固设有多个位移计(7)，位移计(7)位于通孔(3)的外侧，位移计(7)的采集端与矩形钢管(2)的外壁垂直且分别指向通孔(3)的中心。
7.根据权利要求4所述的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的装置，其特征在于，所述固定组件包括刚性底座(51)，刚性底座(51)上对称设有两个刚垫块(52)，刚垫块(52)一端与刚性底座(51)连接，另一端分别嵌入带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构底部的安装槽(5)中，刚性底座(51)位于刚垫块(52)的两端分别对称设有两个螺杆(53)，螺杆(53)一端与刚性底座(51)垂直固定连接，刚垫块(52)的上方分别设有横梁(54)，螺杆(53)的另一端穿过横梁(54)且通过紧定件与其固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的装置，其特征在于，所述横梁(54)的底部设有凸块(61)，凸块(61)一端与横梁(54)固定连接，另一端嵌入带PBL连接件(1)的矩形钢管(2)混凝土结构顶部的安装槽(5)中。
9.根据权利要求7所述的一种对矩形钢管混凝土结构中PBL连接件测试的装置，其特征在于，所述刚垫块(52)的顶部还铺设有一层细沙。
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