CN201909739U - 一种拱结构试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拱结构试验装置，属于土木工程专业的教学和科研试验装置领域，该装置包括拱结构模型、加载装置和测试装置三个部分。装置中的反力架横梁和竖直螺杆共同作用形成反力，反力直接作用在拱结构上形成竖向压力，该压力大小通过压力传感器准确测试出来。该装置使得拱结构试验更加方便、灵活、准确和实用，并为大范围开展一般性拱结构试验教学创造了条件，同时也可以充分让学生在这个试验装置上自由创造，为开展设计和研究性的试验奠定基础，特别适合于单拱和连拱的教学试验和科学研究。

Description

一种拱结构试验装置

技术领域

本实用新型涉及土木工程专业的教学和科研试验装置，具体为一种拱结构试验装置，该试验装置特别适合于单拱和连拱的教学试验和科学研究。

背景技术

随着我国国民经济水平的发展，结构美观、受力合理的拱结构建筑物不断涌现，因此，在土木工程专业教学中的拱结构受力特性就显得尤为重要。然而《结构力学》中拱结构方面理论教学相对较难，学生理解上存在一定难度。在日益重视实践教育的背景下，拱结构的模型试验就成为结构试验教学的重要内容之一。

拱结构有优美的弧线，但也就是因此，在拱结构试验设计过程遇到了较多的难题，如何加载、如何测试、如何满足教学多次试验需要、如何将试验与理论教学内容结合是该装置主要解决的问题。

发明内容

为了克服现有拱结构试验装置难以满足如何加载、如何测试、如何满足教学多次试验需要、如何将试验与理论教学内容结合的缺陷, 本实用新型旨在提供一种拱结构试验装置，该装置结构简单，使用方便、安全可靠，能满足日常教学需求的单（连）拱试验模型、加载、测试综合试验教学的试验装置。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术手段是：一种拱结构试验装置，其特点是，包括多个钢拱座，相邻两个钢拱座之间装有一个拱；所述拱的上方设有反力架横梁，该反力架横梁下端通过固接有多个竖直螺杆，每个竖直螺杆下端与一个压力传感器相连，各压力传感器底端的压力测试点与所述拱的上端保持接触；所述钢拱座的外侧对应设有可检测拱受力时钢拱座的水平位移偏移量的位移测试仪，所述每个拱的拱顶下端设有可检测拱受力时拱竖向位移偏移量的位移测试仪。

本实用新型可分为拱结构模型、加载装置和测试装置三部分，其中：

拱结构模型：由于模型装置平台的拱座是可以调整的，所以拱的跨径可以调整，同时试验装置的反力架横梁和下横梁可以调整（螺栓连接），拱结构的矢高也是可以调整的。所以该装置可以在一定程度上满足不同形式拱的模型试验和研究需要。

加载装置：现有的该类型拱结构加载主要有两种方式，杠杆加载和砝码加载。本发明采用非常方便实用的反力加载方式，通过自身的反力架横梁形成反力，只需要通过扳手转动加载竖直螺杆伸长或缩短来给结构加载或卸载。加载力的大小通过加载装置上压力传感器由测试仪器直接显示。整个加载过程简单、加载量准确、易于控制。该加载装置为拱结构试验提供了核心保障。

测试装置：测试装置主要测试三个方面内容。第一，加载力。采用压力传感器进行测试；第二，应变。通过电阻式应变测试，可以得到拱结构在荷载作用下的关心位置受力状态；第三，位移。采用位移测试仪不仅能测试出竖向位移，还可将拱结构所特有的水平位移测试出来，试验精度可达到1％mm。其中加载力和应变两个测试功能综合到一个测试仪器之中。

所述反力架横梁为加载提供条件，加载量的大小决定反力架横梁的刚度，可根据实际情况选用不同截面的反力架横梁。

加载用的所述竖直螺杆，可通过垂直纸面槽道设计，达到横向移动目的，同时该移动装置还可沿反力架横梁移动，达到移动加载的效果，并可以通过调整竖直螺杆横向位置，满足拱结构横向不同位置加载需求，以考虑试验偏载的效应。通过扳手拧紧压力传感器上下两个螺母来控制加载力的大小，力的大小通过压力传感器传递信号至仪器中，直接显示出来。所述的压力传感器的应力测试点可以根据需要粘贴电阻式应变片，采用应变测试仪器测试该点的应变增量。

所述位移测试仪和位移测试仪一般采用百分表或千分表，通过专门设计托架，提高了试验精度，减少了试验误差。所述钢拱座可以在下横梁上移动，本实用新型不仅满足单拱模型需求，还可以通过调整钢拱座满足不同跨径和矢高的模型试验；还可以满足多跨连拱受力试验。

本实用新型通过反力架横梁和竖直螺杆共同作用，产生压力在拱结构上，该压力大小通过压力传感器准确测试出来。

进一步地，所述的拱结构试验装置可以为单拱结构试验装置，所述拱的数量优选为一个，此时，所述反力架横梁下设有三个竖直螺杆。

进一步地，所述的拱结构试验装置可以为连拱结构试验装置，所述拱的数量优选为三个，此时，所述反力架横梁下设有九个竖直螺杆。

本实用新型的工作过程为：

1、首先根据需要，进行拱模型制作，宜采用钢结构模型；

2、根据试验要求，在需要测试应变的地方粘贴应变片，并进行干燥保护处理；

3、根据拱模型的几何尺寸，调节钢拱座的位置和反力架横梁的高度，将模型能够的安装（螺栓连接）在加载台座上；

4、根据加载点至反力架横梁的高度选择加载竖杆，根据设计加载力的大小选择加载竖杆中间的压力传感器；

5、根据试验需求，安装水平和竖向位移测试装置；

6、将加载的压力传感器引线和应变传感器按照编号依次连接至专用的应变和压力测试仪器之中。

7、试验前，所以要进行全面细致的检查，特别是压力传感和应变测试的参数的输入的检查；

8、 试验前通过加载杆对拱结构进行预压，预压过程观察压力测试数值的变化；

9、通过预压后，然后按照下面的试验顺序进行正式试验，

a） 根据试验需要，选择一点或多点加载；选择横向中心位置加载或偏载加载；

b）然后将加载竖杆作用在拱圈上（有一定接触），然后将应变测试仪器和压力传感器初值置零，记录位移测试装置的初始读数。

c）安装试验要求，宜采用等荷载的分级加载，使用扳手拧加载杆，通过压力实时大小控制扳手拧动的速度，达到稳步达到设置荷载；

d）达到要求荷载后，大约2分钟结构稳定后，读取应变和位移结果。

e）  重复上面操作，直到完成所有的试验内容。

10、完成试验后，按照顺序卸掉各组件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型加载方式灵活，可以在拱圈的任何位置进行加载，可以根据需要在使用范围内任意加载；加载方式简单，充分满足试验教学和科研的需求；本实用新型加载测试仪、应变测试设备通过与仪器厂商的联合研制，已开发出配套的测试设备，可以实现一台设备满足多点应变测试和多点压力测试的需求；本实用新型可以对不同跨净、不同矢高的拱结构进行试验，实用性好。本实用新型的试验过程容易控制，整个试验外界干扰小，适合大规模普通试验教学需要，也适合学生在该装置下进行设计、研究。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型所述单拱试验装置结构原理图；

图2为本实用新型所述三连拱试验装置结构原理图。

在图中

1-反力架横梁；    2-压力传感器；       3，5-位移测试仪；

4- 竖直螺杆；      6-应变测试点；       7-钢拱座；

8-拱；            9-下横梁。

具体实施方式

实施例1

一种拱结构试验装置，如图1所示，包括两个钢拱座7，两个钢拱座之间装有一个拱8，即拱8的两端装在两个钢拱座7上；所述拱8的上方设有反力架横梁1，该反力架横梁1下端通过固接有三个竖直螺杆4，每个竖直螺杆4下端与一个压力传感器2相连，三个压力传感器2底端的压力测试点与所述拱8的上端保持接触；所述两个钢拱座7的外侧对应设有可检测拱8受力时钢拱座7的水平位移偏移量的位移测试仪3，所述拱8的拱顶下端设有可检测拱8受力时拱8竖向位移偏移量的位移测试仪5。

实施例2

一种三跨连拱结构试验装置，如图2所示，包括四个钢拱座7，相邻两个钢拱座之间装有一个拱8；所述拱8的上方设有反力架横梁1，该反力架横梁1下端通过固接有九个竖直螺杆4，每个竖直螺杆4下端与一个压力传感器2相连，各压力传感器2底端的压力测试点与所述拱8的上端保持接触；所述钢拱座7的外侧对应设有可检测拱8受力时钢拱座7的水平位移偏移量的位移测试仪3，所述每个拱8的拱顶下端设有可检测拱8受力时拱8竖向位移偏移量的位移测试仪5。

Claims (3)

1.一种拱结构试验装置，其特征是，包括多个钢拱座（7），相邻两个钢拱座之间装有一个拱（8）；所述拱（8）的上方设有反力架横梁（1），该反力架横梁（1）下端通过固接有多个竖直螺杆（4），每个竖直螺杆（4）下端与一个压力传感器（2）相连，各压力传感器（2）底端的压力测试点与所述拱（8）的上端保持接触；所述钢拱座（7）的外侧对应设有可检测拱（8）受力时钢拱座（7）的水平位移偏移量的位移测试仪（3），所述每个拱（8）的拱顶下端设有可检测拱（8）受力时拱（8）竖向位移偏移量的位移测试仪（5）。

2.根据权利要求1所述的拱结构试验装置，其特征是，所述拱（8）的数量为一个，所述反力架横梁（1）下设有三个竖直螺杆（4）。

3.根据权利要求1所述的拱结构试验装置，其特征是，所述拱（8）的数量为三个，所述反力架横梁（1）下设有九个竖直螺杆（4）。

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