CN114527015B - 适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置及其试验方法，通过高度可调的固定端夹梁和加载端夹梁作为支座可夹紧固定试件；通过设计弧形滑动支座的圆心与试件截面扭转中心的重合以确保试件处于纯扭状态；通过若干钢垫板调整弧形滑动支座高度来改变其圆心位置以适用于不同尺寸、形状的钢‑混凝土组合构件截面；通过在加载端夹梁悬臂端上放置带滑动支座的加载持荷装置以实现加载点与扭转中心距离的控制；该试验装置各部分采用分离式设计，整个试验装置主要由钢梁、螺杆、螺母、弹簧、钢棒等钢材组成，可按照设计尺寸首先在工厂预制，之后在实验室安装即可，主要采用螺栓等机械连接方式，以便于安装、维修和调试。
Description
技术领域
本发明属于钢-混凝土组合结构技术领域，特别是涉及一种适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置及其试验方法。
背景技术
随着结构体系的复杂化和钢-混凝土组合结构的发展，出现了各式各样的钢-混凝土组合构件，如曲线形钢-混凝土组合箱梁、波形钢腹板预应力组合箱梁等，这些新兴的组合构件抗扭性能亟需进一步试验和理论研究；另一方面对于长期受扭的构件，徐变之下的抗扭能力将如何发展也是一个关键的基础性研究。
进行上述研究的试验装置需要解决三个问题：一是使钢-混凝土组合构件处于纯扭状态，必须避免弯矩、轴力、剪力等其他非扭矩荷载的引入；二是扭转中心可调节，以适用于不同参数的钢-混凝土组合构件截面；三是扭矩可保持，包括荷载大小和力臂长度的持续稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置及其试验方法，以解决上述背景技术所提到的问题。此装置可进行不同参数钢-混凝土组合构件的纯扭徐变试验，从而为组合结构纯扭徐变理论提供试验数据支持和参考。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：
(1)制作和组装：按照力学计算设计固定端夹梁、加载端夹梁、弧形滑动支座、滑动支座、加载持荷装置和反力架各个组成部分的尺寸，并在工厂完成制作，运输至试验试后完后组装和调试；
(2)加工钢垫板：按照组合构件试件截面特性计算扭转中心，并制作对应尺寸的若干钢垫板调节弧形滑动支座高度，使弧形滑动支座的圆弧的圆心与组合构件试件的扭转中心重合；
(3)安装试件和施加荷载：将组合构件试件吊装至适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置上，调整至正确位置后将固定端夹梁和加载端夹梁拧紧固定，加载持荷装置按照设计扭矩施加荷载，并将加载螺母拧紧，完成荷载保持；
(4)持续补载：每隔一天查看加载持荷装置的力传感器数值，若出现荷载下降，及时补加荷载后将加载螺母拧紧，使荷载持续保持至试验结束。
一种适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置，包括固定端夹梁、加载端夹梁、弧形滑动支座、滑动支座、加载持荷装置和反力架，
组合构件试件两端分别被固定端夹梁和加载端夹梁夹紧固定，加载端夹梁下部置于弧形滑动支座上，加载端夹梁一侧悬臂伸出，其上依次设置滑动支座和加载持荷装置，所述滑动支座能够转动和滑动，加载持荷装置上侧为反力架的横梁。
更进一步的，所述组合构件试件为工字钢-混凝土组合梁、箱形钢-混凝土组合梁、U形钢-混凝土组合梁或波形钢腹板组合梁。
更进一步的，所述固定端夹梁和加载端夹梁均包括两个箱形钢梁、若干夹梁螺杆和若干夹梁螺母，每个夹梁螺杆穿过上下两个箱形钢梁，若干夹梁螺母分别于箱形钢梁上下侧拧紧固定。
更进一步的，所述箱形钢梁内部宽度大于夹梁螺杆的直径。
更进一步的，所述弧形滑动支座包括若干钢垫板、弧形滑动支座上部、若干弧形滑动支座光滑钢棒和弧形滑动支座下部，所述弧形滑动支座下部的顶部形状为圆弧，圆弧的圆心位于组合构件试件的截面扭转中心，所述弧形滑动支座下部放置有若干弧形滑动支座光滑钢棒，所述弧形滑动支座上部放置在若干弧形滑动支座光滑钢棒上，所述弧形滑动支座上部上安装有若干钢垫板。
更进一步的，所述弧形滑动支座通过若干钢垫板调节弧形滑动支座高度，所述钢垫板通过夹梁螺杆和夹梁螺母与加载端夹梁固定。
更进一步的，所述滑动支座包括滑动支座转轴上部、滑动支座转轴、滑动支座转轴下部、若干滑动支座光滑钢棒、两个滑动支座方钢条和滑动支座底板，所述滑动支座底板放置在加载端夹梁的上方，所述滑动支座底板上放置有若干滑动支座光滑钢棒，并固定有两个滑动支座方钢条，两个滑动支座方钢条位于若干滑动支座光滑钢棒的两侧，若干滑动支座光滑钢棒上方为滑动支座转轴下部，所述滑动支座转轴下部通过滑动支座转轴与滑动支座转轴上部连接，所述滑动支座转轴上部安装有力传感器。
更进一步的，所述固定端夹梁、弧形滑动支座和反力架的底部均通过地锚螺栓与地面固定。
更进一步的，所述加载端夹梁一侧悬臂伸出，延伸长度不少于1米。
更进一步的，所述加载持荷装置包括若干加载螺母、若干加载螺杆、千斤顶、上钢板、若干弹簧、下钢板和力传感器，用于实现加载和持荷功能，所述若干加载螺杆通过若干加载螺母固定在反力架横梁上，从上至下依次穿过上钢板和下钢板，并外套若干弹簧，所述若干弹簧的上方连接上钢板，下方连接下钢板，所述上钢板板上侧和下钢板下侧布置有若干加载螺母用以固定加载螺杆，所述上钢板上方设置千斤顶，所述下钢板下方安装力传感器，所述力传感器的下方与滑动支座顶部连接。
与现有技术相比，本发明通过设计弧形滑动支座的圆心与试件截面扭转中心的重合以确保试件处于纯扭状态，通过钢垫块调整弧形滑动支座高度来改变其圆心位置以适用于不同参数的钢-混凝土组合构件截面，通过在加载端夹梁悬臂端上放置带滑动支座的加载持荷装置以实现加载点与扭转中心距离的控制，既可实现荷载的施加和保持，也可使扭转过程中扭转力臂长度保持不变。综合来看，该纯扭徐变试验装置具有以下优势：
(1)确保组合构件试件处于纯扭状态。加载端夹梁下部设置弧形滑动支座，整个扭转过程围绕弧形滑动支座圆心进行，又使弧形滑动支座圆心与试件截面扭转中心重合，从而确保组合构件试件处于纯扭状态，且避免了弯矩、轴力、剪力等其他非扭矩荷载的引入。
(2)适用于不同参数的钢-混凝土组合构件。钢-混凝土组合构件截面的大小、形状各异，其扭转中心的位置也不尽相同，通过固定端夹梁和加载端夹梁可夹紧固定任意试件，可将扭转中心的位置调整至弧形滑动支座的中垂线上，再通过钢垫块调整弧形滑动支座高度来改变其圆心位置使之与试件截面扭转中心的重合，由此可用于不同参数的组合构件。
(3)试验过程中的扭矩可控制。传统的徐变试验装置仅能实现轴压方向加载而难以实现弯矩加载，通过在加载持荷装置下设置滑动支座，在扭转过程中加载梁发生旋转时，受力点始终在加载持荷装置正下方，即扭转过程中荷载到扭转中心的长度恒定，而加载持荷装置通过千斤顶、柔性弹簧与压力传感器联合控制可实现荷载的施加和保持。
(4)构造简单，便于施工。整个试验装置主要由钢梁、螺杆、螺母、弹簧、钢棒等钢材组成，可按照设计尺寸首先在工厂预制，之后在实验室安装即可，主要采用螺栓等机械连接方式，以便于安装、维修和调试。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的立体结构示意图；
图2为所述的弧形滑动支座的的立体结构示意图；
图3为所述的加载持荷装置的立体结构示意图；
图4为所述滑动支座的立体结构示意图；
附图代号说明：1-组合构件试件；2-固定端夹梁；3-加载端夹梁；4-弧形滑动支座；5-滑动支座；6-加载持荷装置；7-反力架；8-箱形钢梁；9-夹梁螺杆；10-夹梁螺母；11-加载螺母；12-加载螺杆；13-千斤顶；14-上钢板；15-弹簧；16-下钢板；17-力传感器；18-钢垫板；19-弧形滑动支座上部；20-弧形滑动支座光滑钢棒；21-弧形滑动支座下部；22-滑动支座转轴上部；23-滑动支座转轴；24-滑动支座转轴下部；25-滑动支座光滑钢棒；26-滑动支座方钢条；27-滑动支座底板。
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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。
一、具体实施方式一，参见图1-4说明本实施方式，一种适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置，包括固定端夹梁2、加载端夹梁3、弧形滑动支座4、滑动支座5、加载持荷装置6和反力架7，组合构件试件1两端分别被固定端夹梁2和加载端夹梁3夹紧固定，加载端夹梁3下部置于弧形滑动支座4上，加载端夹梁3一侧悬臂伸出，其上依次设置滑动支座5和加载持荷装置6，所述滑动支座5能够转动和滑动，加载持荷装置6上侧为反力架7的横梁。
所述组合构件试件1可为工字钢-混凝土组合梁、箱形钢-混凝土组合梁、U形钢-混凝土组合梁、波形钢腹板组合梁或其它形式组合构件。
所述固定端夹梁2和加载端夹梁3均包括两个箱形钢梁8、若干夹梁螺杆9和若干夹梁螺母10，每个夹梁螺杆9穿过上下两个箱形钢梁8，若干夹梁螺母10分别于箱形钢梁8上下侧拧紧固定，所述箱形钢梁8内部宽度大于夹梁螺杆9的直径。
所述弧形滑动支座4包括若干钢垫板18、弧形滑动支座上部19、若干弧形滑动支座光滑钢棒20和弧形滑动支座下部21，所述弧形滑动支座下部21的顶部形状为圆弧，圆弧的圆心位于组合构件试件1的截面扭转中心，所述弧形滑动支座下部21放置有若干弧形滑动支座光滑钢棒20，所述弧形滑动支座上部19放置在若干弧形滑动支座光滑钢棒20上，所述弧形滑动支座上部19上安装有若干钢垫板18。若干钢垫板18通过焊接与弧形滑动支座上部19固定。
所述弧形滑动支座4通过若干钢垫板18调节弧形滑动支座4高度，所述钢垫板18通过夹梁螺杆9和夹梁螺母10与加载端夹梁3固定。
所述固定端夹梁2、弧形滑动支座4和反力架7的底部均通过地锚螺栓与地面固定。
所述加载端夹梁3一侧悬臂伸出，延伸长度不少于1米。
所述加载持荷装置6包括若干加载螺母11、若干加载螺杆12、千斤顶13、上钢板14、若干弹簧15、下钢板16和力传感器17，用于实现加载和持荷功能，所述若干加载螺杆12通过若干加载螺母11固定在反力架7横梁上，从上至下依次穿过上钢板14和下钢板16，并外套若干弹簧15，所述若干弹簧15的上方连接上钢板14，下方连接下钢板16，所述上钢板板14上侧和下钢板16下侧布置有若干加载螺母11用以固定加载螺杆12，所述上钢板14上方设置千斤顶13，所述下钢板16下方安装力传感器17，所述力传感器17的下方与滑动支座5顶部连接。
所述滑动支座5包括滑动支座转轴上部22、滑动支座转轴23、滑动支座转轴下部24、若干滑动支座光滑钢棒25、两个滑动支座方钢条26和滑动支座底板27，所述滑动支座底板27放置在加载端夹梁3的上方，所述滑动支座底板27上放置有若干滑动支座光滑钢棒25，并固定有两个滑动支座方钢条26，两个滑动支座方钢条26位于若干滑动支座光滑钢棒25的两侧，若干滑动支座光滑钢棒25上方为滑动支座转轴下部24，所述滑动支座转轴下部24通过滑动支座转轴23与滑动支座转轴上部22连接，所述滑动支座转轴上部22安装有力传感器17。所述滑动支座5能够通过上述结构实现转动和滑动，
本发明通过固定端夹梁2和加载端夹梁3将组合构件试件两端夹紧固定，加载端夹梁3置于弧形滑动支座4上，弧形滑动支座4的圆心与组合构件试件1截面扭转中心的重合以使试件处于纯扭状态，通过钢垫板18调整弧形滑动支座4高度来改变其圆心以适用于具有不同扭转中心的钢-混凝土组合构件截面。加载端夹梁3一侧悬臂伸出，其上放置带滑动支座5的加载持荷装置6以实现加载点与扭转中心距离的控制，其中加载持荷装置6可实现荷载的施加和保持，滑动支座5可使扭转过程中力臂长度恒定。加载持荷装置6上侧为反力架7的横梁，反力架7、固定端夹梁2、弧形滑动支座4均通过地锚螺栓可靠固定。
本发明通过设计弧形滑动支座4的圆心与试件截面扭转中心的重合以确保试件处于纯扭状态，通过若干钢垫板18调整弧形滑动支座4高度来改变其圆心位置以适用于不同参数的钢-混凝土组合构件截面，通过在加载端夹梁3悬臂端上放置带滑动支座5的加载持荷装置6以实现加载点与扭转中心距离的控制，既可实现荷载的施加和保持，也可使扭转过程中扭转力臂长度保持不变。
所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法如下：
(1)制作和组装：按照力学计算设计固定端夹梁2、加载端夹梁3、弧形滑动支座4、滑动支座5、加载持荷装置6和反力架7各个组成部分的尺寸，并在工厂完成制作，运输至试验试后完后组装和调试；
(2)加工钢垫板：按照组合构件试件1截面特性计算扭转中心，并制作对应尺寸的若干钢垫板18调节弧形滑动支座4高度，使圆弧的圆心与组合构件试件1的扭转中心重合；
(3)安装试件和施加荷载：将组合构件试件1吊装至试验装置上，调整至正确位置后将固定端夹梁2和加载端夹梁3拧紧固定，加载持荷装置6按照设计扭矩施加荷载，并将加载螺母11拧紧，完成荷载保持；
(4)持续补载：每隔一天查看加载持荷装置6的力传感器17数值，若出现荷载下降，及时补加荷载后将加载螺母11拧紧，使荷载持续保持至试验结束。
本发明通过高度可调的固定端夹梁2和加载端夹梁3作为支座可夹紧固定试件；通过设计弧形滑动支座4的圆心与试件截面扭转中心的重合以确保试件处于纯扭状态，可避免弯矩、轴力、剪力等其他非扭矩荷载的引入；通过若干钢垫板18调整弧形滑动支座4高度来改变其圆心位置以适用于不同尺寸、形状的钢-混凝土组合构件截面；通过在加载端夹梁3悬臂端上放置带滑动支座5的加载持荷装置6以实现加载点与扭转中心距离的控制，既可实现荷载的施加和保持，也可使扭转过程中扭转力臂长度保持不变；该试验装置各部分采用分离式设计，整个试验装置主要由钢梁、螺杆、螺母、弹簧、钢棒等钢材组成，可按照设计尺寸首先在工厂预制，之后在实验室安装即可，主要采用螺栓等机械连接方式，以便于安装、维修和调试。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
Claims (8)
1.一种适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)制作和组装：按照力学计算设计固定端夹梁(2)、加载端夹梁(3)、弧形滑动支座(4)、滑动支座(5)、加载持荷装置(6)和反力架(7)各个组成部分的尺寸，并在工厂完成制作，运输至试验试后完后组装和调试；
(2)加工钢垫板：按照组合构件试件(1)截面特性计算扭转中心，并制作对应尺寸的若干钢垫板(18)调节弧形滑动支座(4)高度，使弧形滑动支座(4)的圆弧的圆心与组合构件试件(1)的扭转中心重合；
(3)安装试件和施加荷载：将组合构件试件(1)吊装至适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置上，调整至正确位置后将固定端夹梁(2)和加载端夹梁(3)拧紧固定，加载持荷装置(6)按照设计扭矩施加荷载，并将加载螺母(11)拧紧，完成荷载保持；
(4)持续补载：每隔一天查看加载持荷装置(6)的力传感器(17)数值，若出现荷载下降，及时补加荷载后将加载螺母(11)拧紧，使荷载持续保持至试验结束；
其中适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置，包括固定端夹梁(2)、加载端夹梁(3)、弧形滑动支座(4)、滑动支座(5)、加载持荷装置(6)和反力架(7)，
组合构件试件(1)两端分别被固定端夹梁(2)和加载端夹梁(3)夹紧固定，加载端夹梁(3)下部置于弧形滑动支座(4)上，加载端夹梁(3)一侧悬臂伸出，其上依次设置滑动支座(5)和加载持荷装置(6)，所述滑动支座(5)能够转动和滑动，加载持荷装置(6)上侧为反力架(7)的横梁；
所述弧形滑动支座(4)包括若干钢垫板(18)、弧形滑动支座上部(19)、若干弧形滑动支座光滑钢棒(20)和弧形滑动支座下部(21)，所述弧形滑动支座下部(21)的顶部形状为圆弧，圆弧的圆心位于组合构件试件(1)的截面扭转中心，所述弧形滑动支座下部(21)放置有若干弧形滑动支座光滑钢棒(20)，所述弧形滑动支座上部(19)放置在若干弧形滑动支座光滑钢棒(20)上，所述弧形滑动支座上部(19)上安装有若干钢垫板(18)。
2.根据权利要求1所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述组合构件试件(1)为工字钢-混凝土组合梁、箱形钢-混凝土组合梁、U形钢-混凝土组合梁或波形钢腹板组合梁。
3.根据权利要求1所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述固定端夹梁(2)和加载端夹梁(3)均包括两个箱形钢梁(8)、若干夹梁螺杆(9)和若干夹梁螺母(10)，每个夹梁螺杆(9)穿过上下两个箱形钢梁(8)，若干夹梁螺母(10)分别于箱形钢梁(8)上下侧拧紧固定，所述箱形钢梁(8)内部宽度大于夹梁螺杆(9)的直径。
4.根据权利要求1所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述弧形滑动支座(4)通过若干钢垫板(18)调节弧形滑动支座(4)高度，所述钢垫板(18)通过夹梁螺杆(9)和夹梁螺母(10)与加载端夹梁(3)固定。
5.根据权利要求1所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述滑动支座(5)包括滑动支座转轴上部(22)、滑动支座转轴(23)、滑动支座转轴下部(24)、若干滑动支座光滑钢棒(25)、两个滑动支座方钢条(26)和滑动支座底板(27)，所述滑动支座底板(27)放置在加载端夹梁(3)的上方，所述滑动支座底板(27)上放置有若干滑动支座光滑钢棒(25)，并固定有两个滑动支座方钢条(26)，两个滑动支座方钢条(26)位于若干滑动支座光滑钢棒(25)的两侧，若干滑动支座光滑钢棒(25)上方为滑动支座转轴下部(24)，所述滑动支座转轴下部(24)通过滑动支座转轴(23)与滑动支座转轴上部(22)连接，所述滑动支座转轴上部(22)安装有力传感器(17)。
6.根据权利要求1所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述固定端夹梁(2)、弧形滑动支座(4)和反力架(7)的底部均通过地锚螺栓与地面固定。
7.根据权利要求1所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述加载端夹梁(3)一侧悬臂伸出，延伸长度不少于1米。
8.根据权利要求1所述的适用于多种尺寸组合构件的纯扭徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述加载持荷装置(6)包括若干加载螺母(11)、若干加载螺杆(12)、千斤顶(13)、上钢板(14)、若干弹簧(15)、下钢板(16)和力传感器(17)，用于实现加载和持荷功能，所述若干加载螺杆(12)通过若干加载螺母(11)固定在反力架(7)横梁上，从上至下依次穿过上钢板(14)和下钢板(16)，并外套若干弹簧(15)，所述若干弹簧(15)的上方连接上钢板(14)，下方连接下钢板(16)，所述上钢板(14)上侧和下钢板(16)下侧布置有若干加载螺母(11)用以固定加载螺杆(12)，所述上钢板(14)上方设置千斤顶(13)，所述下钢板(16)下方安装力传感器(17)，所述力传感器(17)的下方与滑动支座(5)顶部连接。
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