CN115307897A

CN115307897A - 一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置及测试方法

Info

Publication number: CN115307897A
Application number: CN202211231909.9A
Authority: CN
Inventors: 王明花; 李运军; 谢坚; 朱玉林; 万凌昕; 王东征; 冯欢
Original assignee: Anhui Zhongya Steel Structure Engineering Co ltd
Current assignee: Anhui Zhongya Steel Structure Engineering Co ltd
Priority date: 2022-10-10
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2022-11-08

Abstract

本发明涉及钢结构工程技术领域，具体涉及一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置及测试方法，试验装置包括网架模型、支座、反力架系统、荷载加载系统、以及应变和变形测定系统，测试方法是通过荷载传感器和位移传感器改变液压伺服作动器的内部压力，将网架模型上的应变片与位移计连接到静态数字应变仪上，当液压伺服作动器开始加载时，应变片测得应变和位移计测得位移都会由数字采集系统自动采集；本发明能实现竖直方向和水平方向加载，可调灵活整加载装置位置，还可以用于静力加载和动力加载试验，简单方便，能够对改良的新型水泥熟料库库顶房网架结构进行高精度测量。

Description

一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及钢结构工程技术领域，具体涉及一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置及测试方法。

背景技术

传统熟料库库顶房平台不仅传力路径复杂，结构形式老旧，还增加了结构的自重，新型水泥熟料库库顶房网架结构将库顶房平台的网架杆件由圆钢管改良为H型钢梁，将杆件连接节点由螺栓球节点改良为高强螺栓连接节点，简化了库顶房平台构造，优化了荷载传递路径。

现有技术缺少对于改进后网架结构的试验研究，改进后网架结构或模型的加载试验装置往往采用试验机，该类试验装置功能较为单一，形式较为固定，通常只适用于一种加载模式，或是只能对构件进行单一方向的加载，且加载装置不能根据加载需要进行调整位置，对于需要进行多种方向、多种模式加载的试验，无法满足条件。

基于此，本发明提出一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置及测试方法，能够完成改良后的网架结构的力学特性实验。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置及测试方法，能实现竖直方向和水平方向加载，可调灵活整加载装置位置，还可以用于静力加载和动力加载试验，简单方便，能够对改良的新型水泥熟料库库顶房网架结构进行高精度测量。

一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置，包括网架模型、支座、反力架系统、荷载加载系统、以及应变和变形测定系统；所述网架模型包括H型钢梁、斜腹杆、下弦杆、螺栓球、焊接球、节点板和端板；所述支座包括十字肋板、肋板支座、连接件、滚轮、滑槽、预埋件和混凝土柱；所述反力架系统包括两根上横梁、两根中横梁、两根下横梁和四根立柱；所述荷载加载系统包括液压伺服作动器、荷载传感器和位移传感器；所述应变和变形测定系统包括应变片、应变花、位移计和静态数字应变仪。

进一步的，所述H型钢梁有三根，中间H型钢梁两端腹板处与节点板通过一号螺栓连接，所述节点板另一端与螺栓球焊接固定；两端H型钢梁外端通过端板与中横梁用一号螺栓固定，内端通过节点板与螺栓球连接；所述螺栓球有四个，上弦两个，下弦两个，上弦螺栓球下侧与四根腹杆连接，腹杆底端与下弦螺栓球和焊接球连接；腹杆组成两个四角锥型，下弦螺栓球和焊接球连接下弦杆；下弦杆水平方向组成两个矩形，焊接球有四个，与支座固定连接。

进一步的，所述焊接球与十字肋板焊接，十字肋板与肋板支座焊接，肋板支座与连接件焊接，所述连接件通过滚轮与滑槽连接，所述滑槽与预埋件焊接，所述预埋件预埋于混凝土柱中，所述混凝土柱与地面固定连接。

进一步的，所述立柱有四个，一侧两个，对称设置于网架模型两侧，立柱下端通过柱底钢板和膨胀螺栓与地面固定；上横梁翼缘中间部位固定连接反力梁，所述中横梁中间部位固定连接H型钢梁，下横梁翼缘处可与横向液压伺服作动器固定连接，上横梁、中横梁、下横梁两端均与立柱通过三号螺栓固定连接；立柱翼缘处沿竖直方向布设多个所述螺栓孔，所述上横梁、中横梁、下横梁可沿立柱上下调整高度。

进一步的，所述上横梁翼缘处沿水平方向布设多个螺栓孔，反力梁可沿上横梁长度方向调整位置，反力梁可通过二号螺栓和钢板固定放置竖向液压伺服作动器并可沿反力梁长度方向任意改变位置，实现竖向加载；所述下横梁在左右翼缘处沿长度方向布置多个螺栓孔，通过二号螺栓固定放置横向液压伺服作动器并可沿下横梁长度方向调整位置，实现水平加载。

进一步的，所述竖向液压伺服作动器上端基座通过二号螺栓和钢板与反力梁下翼缘中间位置固定连接，下端铰支接头与中间H型钢梁上翼缘中间位置连接，液压伺服作动器安装有荷载传感器和位移传感器，通过液压控制系统控制油压，实时改变液压伺服作动器的内部压力。

进一步的，所述反力梁上设置两个吊耳，吊耳通过吊钩分别与两个手拉葫芦连接，横向液压伺服作动器上设置两个吊耳，吊耳与钢链通过吊钩连接，钢链可由手拉葫芦控制长度，可拉结横向液压伺服作动器。

进一步的，在所述H型钢梁跨中和两端的同一截面上沿腹板不同高度及上下翼缘处布置应变片，在靠近螺栓球的节点板处布置应变花，在靠近节点板的H型钢梁处布置应变花，在螺栓球上靠近节点板处布置应变花，在H型钢梁每跨跨中底部及螺栓球底部布置位移计。

上述试验装置的测试方法包括以下步骤：

通过在中间H型钢梁顶部采用作动器施加荷载，模拟结构H型钢梁节间荷载；采用荷载加载和位移加载、预加载和正式加载相结合的加载制度；试验之前进行预加载，待作动器、应变片、位移计读数稳定后再进行正式加载；通过荷载传感器和位移传感器改变液压伺服作动器的内部压力，将网架模型上的应变片与位移计连接到静态数字应变仪上，当液压伺服作动器开始加载时，应变片测得应变和位移计测得位移都会由数字采集系统自动采集。

由于采用上述技术方案，与现有技术相比本发明的有益效果包括：

1）本发明反力架系统用于支撑加载装置和固定网架模型，荷载加载系统可对网架模型施加荷载，并在网架模型相应位置处设置应变测定系统和变形测定系统，测量结构的受力和变形，从而获得准确、可靠的高精度测量实验数据。

2）本发明能够实现竖直方向和水平方向加载，可调灵活整加载装置的位置，还可以用于静力加载和动力加载试验，对于需要进行多方向、多模式加载的结构或模型的试验，能够满足需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为H型钢梁和螺栓球的结构示意图；

图4为螺栓球节点的结构示意图；

图5为支座的结构示意图（图1中E的放大结构示意图）；

图6为反力架系统的结构示意图；

图7为横梁和立柱的连接示意图（图1中A的放大结构示意图）；

图8为H型钢梁和中横梁的连接示意图（图1中B的放大结构示意图）；

图9为图1中C的放大结构示意图；

图10为图1中D的放大结构示意图；

图11为横向液压伺服作动器拉结装置的示意图；

图12为网架模型上位移计、应变片和应变花的布置示意图；

图13为H型钢梁布置应变片的俯视图；

附图标记，1-H型钢梁，2-节点板，3-螺栓球，4-一号螺栓，5-端板，6-腹杆，7-下弦杆，8-焊接球，9-十字肋板，10-混凝土柱，11-反力梁，12-立柱，13-上横梁，14-中横梁，15-下横梁，16-螺栓孔，17-膨胀螺栓，18-柱底钢板，19-竖向液压伺服作动器，20-基座，21-钢板，22-二号螺栓，23-位移传感器，24-荷载传感器，25-铰支接头，26-横向液压伺服作动器，27-三号螺栓，28-肋板支座，29-连接件，30-滚轮，31-滑槽，32-预埋件，33-应变片，34-应变花，35-位移计，36-手拉葫芦，37-钢链，38-吊耳，39-吊钩。

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、完整的描述，显然，所描述的实施例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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下说获得的其他实施方式或等同替换，都在本发明的保护范围内。

一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置，包括网架模型、反力架系统、荷载加载系统、应变和变形测定系统；网架模型包括H型钢梁1、节点板2、螺栓球3、一号螺栓4、端板5、腹杆6、下弦杆7和焊接球8；支座包括十字肋板9、肋板支座28、连接件29、滚轮30、滑槽31、预埋件32、混凝土柱10；反力架系统包括上横梁13、中横梁14、下横梁15、反力梁11；立柱12；荷载加载系统包括液压伺服作动器（即竖向液压伺服作动器19和横向液压伺服作动器26）、位移传感器23、荷载传感器24；应变和变形测定系统包括应变片33、应变花34、位移计35和静态数字应变仪。

参照图1、图3和图8，H型钢梁1有三根，中间H型钢梁1两端腹板处与节点板2通过一号螺栓4连接，节点板2另一端与螺栓球3焊接固定，两端H型钢梁1外端通过端板5与中横梁14用一号螺栓4固定，内端通过节点板2与螺栓球3连接。

参照图1和图4，螺栓球有四个，上弦两个，下弦两个，上弦螺栓球下侧与四根腹杆连接，腹杆底端与下弦螺栓球和焊接球连接。

参照图1和图2，腹杆组成两个四角锥型，下弦螺栓球和焊接球连接下弦杆，下弦杆水平方向组成两个矩形，焊接球有四个，与支座固定连接。

参照图1和图5，焊接球8与十字肋板9焊接，十字肋板9与肋板支座28焊接，肋板支座28与连接件29焊接，连接件29通过滚轮30与滑槽31连接，滑槽31与预埋件32焊接，预埋件32预埋于混凝土柱10中，混凝土柱10与地面固定连接。

参照图1、图6和图7，立柱12有四个，对称设置于网架模型两侧，一侧两个，立柱12下端通过柱底钢板18和膨胀螺栓17与地面固定，上横梁13翼缘中间部位固定连接反力梁11，中横梁14中间固定连接H型钢梁1，下横梁15翼缘处可与横向液压伺服作动器26固定连接，上横梁13、中横梁14、下横梁15两端均与立柱12通过三号螺栓27固定连接。

参照图6和图9-10，立柱12翼缘处沿竖直方向布设多个螺栓孔16，上横梁13、中横梁14、下横梁15可沿立柱12上下调整高度，上横梁13翼缘处沿水平方向布设多个螺栓孔16，反力梁11可沿上横梁13长度方向调整位置，反力梁11可通过二号螺栓22和钢板21固定放置竖向液压伺服作动器19并可沿反力梁11长度方向任意改变位置，实现竖向加载，下横梁15在左右翼缘处沿长度方向布置多个螺栓孔16，通过二号螺栓22固定放置横向液压伺服作动器26并可沿下横梁15长度方向调整位置，实现水平加载。

参照图9-10，竖向液压伺服作动器19上端基座20通过二号螺栓22和钢板21与反力梁11下翼缘中间位置固定连接，下端铰支接头25与中间H型钢梁1上翼缘中间位置连接，对网架模型施加竖向荷载，液压伺服作动器安装有荷载传感器24和位移传感器23，通过液压控制系统控制油压，实时改变液压伺服作动器的内部压力，液压伺服作动器可实现静力加载和动力加载。

参照图11，反力梁11上设置两个吊耳38，吊耳38通过吊钩39分别与两个手拉葫芦36连接，横向液压伺服作动器26上设置两个吊耳38，吊耳38与钢链37通过吊钩39连接，钢链37可由手拉葫芦36控制长度，可拉结横向液压伺服作动器26。

参照图12-13，在H型钢梁1跨中和两端的同一截面上沿腹板不同高度及上下翼缘处布置应变片33，在靠近螺栓球的节点板2处布置应变花，在靠近节点板2的H型钢梁1上布置应变花34，在螺栓球3上靠近节点板2处布置应变花34，在H型钢1梁每跨跨中底部及螺栓球3底部布置位移计35。

本发明的加载方法：通过在中间H型钢梁顶部采用作动器施加荷载，模拟结构H型钢梁节间荷载。采用荷载加载和位移加载、预加载和正式加载相结合的加载制度。试验之前进行预加载，待作动器、应变片、位移计读数稳定后再进行正式加载。正式加载在弹性阶段采用荷载加载方法，每级荷载为结构弹性承载力的5%，当应变计度数达到钢材屈服应变后，结构进入塑性阶段，改用位移加载制度进行加载，每级加载位移为5mm，当结构荷载位移曲线开始下降10%后停止加载。

本发明的采集装置：通过荷载传感器和位移传感器改变液压伺服作动器的内部压力，将网架模型上的应变片与位移计连接到静态数字应变仪上，当液压伺服作动器开始加载时，应变片测得应变和位移计测得位移都会由数字采集系统自动采集。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，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。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置，其特征在于：包括支座、反力架系统、荷载加载系统以及应变和变形测定系统，所述荷载加载系统包括竖向液压伺服作动器（19）、横向液压伺服作动器（26）、位移传感器（23）和荷载传感器（24），所述应变和变形测定系统包括应变片（33）、应变花（34）、位移计（35）和静态数字应变仪；

所述反力架系统包括上横梁（13）、中横梁（14）、下横梁（15）、反力梁（11）和立柱（12），反力梁（11）左右两端与上横梁（13）翼缘连接，所述下横梁（15）翼缘处与横向液压伺服作动器（26）连接；

所述反力梁（11）下翼缘连接有竖向液压伺服作动器（19），所述竖向液压伺服作动器（19）沿反力梁（11）长度方向改变位置，实现竖向加载，横向液压伺服作动器（26）沿下横梁（15）长度方向调整位置，实现水平加载，所述竖向液压伺服作动器（19）和横向液压伺服作动器（26）用于实现静力加载和动力加载。

2.如权利要求1所述的一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置，其特征在于，所述支座用于支撑网架模型，所述网架模型包括H型钢梁（1）、节点板（2）、螺栓球（3）、一号螺栓（4）、端板（5）、腹杆（6）、下弦杆（7）和焊接球（8），中横梁（14）中间与H型钢梁（1）固定连接，中间H型钢梁（1）两端腹板处通过所述一号螺栓（4）与节点板（2）连接，节点板（2）另一端与螺栓球（3）焊接连接，两端的H型钢梁（1）外端与中横梁（14）连接，两端的H型钢梁（1）内端通过节点板（2）与螺栓球（3）连接，所述螺栓球（3）有2个上弦螺栓球和2个下弦螺栓球，上弦螺栓球下侧与腹杆（6）连接，腹杆（6）底端与下弦螺栓球、焊接球连接，腹杆（6）呈两个四角锥型，下弦螺栓球、焊接球（8）连接有下弦杆（7），下弦杆（7）水平方向呈两个矩形，焊接球（8）与支座固定连接。

3.如权利要求2所述的一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置，其特征在于，所述支座包括十字肋板（9）、肋板支座（28）、连接件（29）、滚轮（30）、滑槽（31）和混凝土柱（10）；焊接球（8）与十字肋板（9）焊接，十字肋板（9）与肋板支座（28）焊接，肋板支座（28）与连接件（29）焊接，连接件（29）通过滚轮（30）与滑槽（31）连接，滑槽（31）与混凝土柱（10）中的预埋件（32）焊接。

4.如权利要求1所述的一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置，其特征在于，所述反力梁（11）和横向液压伺服作动器（26）均设置有吊耳（38），同侧的2个吊耳（38）之间连接有钢链（37），钢链（37）由手拉葫芦（36）控制长度，拉结横向液压伺服作动器（26）。

5.如权利要求2所述的一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置，其特征在于，所述H型钢梁（1）上下翼缘的跨中和两端均布置有应变片（33），两端的H型钢梁（1）腹板的跨中和外端、中间H型钢梁（1）腹板的跨中均布置有应变片（33），在靠近螺栓球（3）的节点板（2）处、靠近节点板（2）的螺栓球（3）处、靠近节点板（2）的H型钢梁（1）处布置有应变花（34），在H型钢梁（1）每跨跨中底部及螺栓球（3）底部布置有位移计（35）。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：通过在中间H型钢梁（1）顶部采用作动器施加荷载，模拟结构H型钢梁（1）节间荷载；采用荷载加载和位移加载、预加载和正式加载相结合的加载制度；试验之前进行预加载，待作动器、应变片（33）、位移计（35）读数稳定后再进行正式加载；通过荷载传感器（24）和位移传感器（23）改变液压伺服作动器的内部压力，将网架模型上的应变片（33）与位移计（35）连接到静态数字应变仪上，当液压伺服作动器开始加载时，应变片（33）测得应变和位移计（35）测得位移都会由数字采集系统自动采集。

7.如权利要求6所述的一种熟料库库顶房网架结构力学特性试验装置的测试方法，其特征在于，正式加载在弹性阶段采用荷载加载方法，每级荷载为结构弹性承载力的5%，当应变计度数达到钢材屈服应变后，结构进入塑性阶段，改用位移加载制度进行加载，每级加载位移为5mm，当结构荷载位移曲线开始下降10%后停止加载。