CN206920100U - 一种矩形‑圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种矩形‑圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，包括外部框架固定装置、试件固定装置、试件加载装置及数据采集系统；外部框架固定装置包括支撑钢框架、第一工字型钢、第二工字型钢、反力大梁、侧向型钢及滚轴装置；试件固定装置包括底座基础、压梁及第一地脚螺栓；试件加载装置包括水平作动器、加载头和竖向千斤顶，竖向千斤顶通过放大器提供竖向力；数据采集系统包括通过第一油管、第一油源、以及第二油管和第二油源，各油源连接控制器、电脑和多通道应变采集仪。本实用新型在竖向千斤顶端部安装旋转接头，克服了逆向不利弯矩的出现，并解决了水平加载过程中面外失稳的难题，具有较强的现实意义。
Description
【技术领域】
本实用新型属于钢结构体系领域，涉及一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置。
【背景技术】
中国古建筑凝聚了我国古代科技的精华，体现了我们悠久的历史文化。然而由于建成时间久远，且历经各种天灾和战乱，能完整保存于世的相对较少。为了继承并发扬我国古建筑文化，集现代科技和古代艺术于一身的传统风格建筑应运而生。
传统风格建筑一般均采用强度高、可塑性好的钢结构材料建造，为了使其外形形似古建筑，构造相对复杂。柱构件采用变截面形式，下部采用抗弯性能较好的圆形钢管，上部采用截面面积相对较小的矩形空心钢管。静力和滞回性能的好坏对整个传统风格空间建筑的抗震性能起到了决定性作用。准确测量传统风格建筑矩形-圆形钢管转换柱结构的静力和滞回性能对评价该类连接形式的延性、承载力、耗能性能及刚度退化特性具有重要意义。
由于传统风格建筑矩形-圆形钢管转换柱连接结构的长细比通常较大，在水平加载过程中很容易产生面外失稳的不利情况，且竖向荷载与试件顶部硬接触会产生逆向弯矩的情形。
【发明内容】
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，该装置能够有效的克服在水平加载过程中产生面外失稳和竖向荷载与试件顶部硬接触会产生逆向弯矩的情形，使传统风格建筑钢连接结构的受力更接近实际工程。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，包括试件固定装置、试件加载装置及数据采集系统，试件固定装置固定设置，并与矩形-圆形钢管转换柱试件的底部固定连接，试件加载装置包括水平作动器和竖向千斤顶，水平作动器的一端与反力墙铰接，另一端铰接有加载头，加载头与矩形-圆形钢管转换柱试件的顶端连接，水平作动器内设有位移传感器，竖向千斤顶的活塞头与矩形-圆形钢管转换柱试件的顶端通过微滚轴和旋转接头连接，竖向千斤顶的缸体顶部连接有能够水平移动的滑动机构，滑动机构的顶部设有用于支撑滑动机构的支撑体，竖向千斤顶上设置有竖向荷载传感器，水平作动器、位移传感器、竖向千斤顶和竖向荷载传感器均与数据采集系统连接。
所述水平作动器与反力墙之间通过大球铰支座连接，水平作动器与加载头之间通过小球铰支座连接，加载头与矩形-圆形钢管转换柱试件的顶端之间通过加载板固定连接。
所述试件固定装置包括底座基础，底座基础通过压梁和第一地脚螺栓固定于地面上，底座基础通过水平底板与矩形-圆形钢管转换柱试件的底端固定连接。
所述底座基础表面设有用于测量底座基础位移的百分表，百分表与数据采集系统连接。
所述数据采集系统包括控制器，控制器上连接有第一油源、第二油源和电脑，电脑上连接有多通道应变采集仪，百分表、位移传感器和竖向荷载传感器均与多通道应变采集仪连接，第一油源与水平作动器连接，第二油源与竖向千斤顶连接。
所述竖向千斤顶的缸体顶部通过滑动机构与放大器连接，放大器包括固定设置的支撑立柱，支撑立柱的顶端铰接有作为支撑滑动机构的支撑体的杠杆，杠杆的自由端连接有质量块吊篮，支撑滑动机构设置在支撑立柱与质量块吊篮之间，其顶部与杠杆的杆身连接。
还包括用于支撑并防止矩形-圆形钢管转换柱试件在水平加载过程中产生面外失稳的外部框架固定装置。
所述外部框架固定装置包括设置在矩形-圆形钢管转换柱试件两侧且水平的侧向型钢，水平的侧向型钢与水平作动器的施力方向平行，侧向型钢的两端固定设置，每个侧向型钢上设置有关于矩形-圆形钢管转换柱试件对称的滚轴装置，滚轴装置与矩形-圆形钢管转换柱试件的矩形钢管柱接触。
所述外部框架固定装置还包括支撑钢框架，支撑钢框架的底端与地面固定连接，支撑钢框架的顶端固定连接有第一工字型钢，第一工字型钢上固定连接有作为支撑滑动机构的支撑体的反力大架；滑动机构的顶部与反力大架的中部连接，支撑钢框架上还连接有第二工字型钢，侧向型钢的端部与第二工字型钢固定连接。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型测试装置水平荷载采用作动器进行加载，可灵活调节作动器的行程，在加载过程中通过数据采集系统实现高精度控制，同时在试件底部设置底座和压梁试件固定装置，可有效防止试验过程中试件底座基础发生大位移，竖向千斤顶底部设置一个旋转接头，保证竖向力方向的固定；本实用新型测试装置拆卸和组装方便、安全和可靠，克服了逆向不利弯矩的出现，并解决了水平加载过程中面外失稳的难题，具有较强的现实意义。
进一步的，本实用新型通过设置百分表，能够用来测量底座基础的微小位移，以期在试验结束后期阶段数据处理，测量精度较高。
进一步的，本实用新型在试件平面外设置外部框架固定装置，外部框架固定装置通过布置两个滚轴装置，克服试件结构加载过程中可能出现的面外失稳问题。
【附图说明】
图1是本实用新型的整体结构立体图；
图2是本实用新型的正面图；
图3是本实用新型的竖向千斤顶与试件以及反力大梁连接部的示意图；
图4是本实用新型的滚轴装置示意图；
图5是本实用新型的数据采集系统示意图；
图6是本实用新型放大器部分示意图。
其中，1为反力墙、2为水平作动器、3为压梁、4为底座基础、5为侧向型钢、6为滚轴装置、7为支撑钢框架、8为矩形-圆形钢管转换柱试件、9为竖向千斤顶、10为反力大梁、11为第一地脚螺栓、12为第一工字型钢、13为第二工字型钢、14为第一高强螺栓、15为水平底板、16为第二高强螺栓、17为加载头、18为小球铰支座、19为大球铰支座、20为旋转接头、21为竖向千斤顶、22为加载板、23为第五高强螺栓、24为微滚轴、25为滑动机构、26为第一油管、27为第一油源、28为导线、29为控制器、30为电脑、31为传感器导线、32为多通道应变采集仪、33为第三高强螺栓、34为第四高强螺栓、35为第二地脚螺栓、36为百分表、37为质量块吊篮、38为第二油源、39为第二油管、40为杠杆，41为支撑立柱，42为滚轴，43为固定螺栓。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参考图1至图6，本实用新型的传统风格建筑矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，包括外部框架固定装置、试件固定装置、试件加载装置及数据采集系统；外部框架固定装置包括支撑钢框架7、第一工字型钢12、第二工字型钢13、反力大梁10、侧向型钢5及滚轴装置6；试件固定装置包括底座基础4、压梁3及第一地脚螺栓11，压梁3将底座基础4固定，并通过第一地脚螺栓11固定在地面上；试件加载装置包括水平作动器2、加载头17和竖向千斤顶21，水平作动器2的一端连接大球铰支座19，另一端连接小球铰支座18，水平作动器2内设置有位移传感器，位移传感器连接多通道应变采集仪32，矩形-圆形钢管转换柱试件8顶端上部设置竖向千斤顶21，竖向千斤顶21通过滑动机构25固定在其上部的反力大梁10上，竖向千斤顶21提供竖向力，竖向千斤顶21上设置有竖向荷载传感器；数据采集系统包括通过第一油管26连接水平作动器2的第一油源27、以及通过第二油管39连接竖向千斤顶21的第二油源38，第一油源27和第二油源38通过导线28连接控制器29、控制器29的输出端通过导线28连接电脑30、电脑30通过导线28连接多通道应变采集仪32，多通道应变采集仪32通过传感器导线31连接水平作动器荷载传感器和竖向荷载传感器，导线均为四芯导线。
本实用新型的试件固定装置包括底座基础4，底座基础4通过压梁3和第一地脚螺栓11固定于地面上，底座基础4通过水平底板15与矩形-圆形钢管转换柱试件8的底端固定连接，底座基础4表面设有用于测量底座基础位移的百分表36，试件加载装置包括水平作动器2和竖向千斤顶21，水平作动器2的一端与反力墙1之间通过大球铰支座19铰接，水平作动器2另一端之间通过小球铰支座18与加载头17铰接，加载头17与矩形-圆形钢管转换柱试件8的顶端之间通过加载板22固定连接，水平作动器2内设有位移传感器，竖向千斤顶21的活塞头与矩形-圆形钢管转换柱试件8的顶端通过微滚轴24和旋转接头20连接，竖向千斤顶21的缸体顶部连接有能够水平移动的滑动机构25，滑动机构25的顶部设有用于支撑滑动机构25的支撑体，矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置还包括用于支撑并防止矩形-圆形钢管转换柱试件8在水平加载过程中产生面外失稳的外部框架固定装置，外部框架固定装置包括设置在矩形-圆形钢管转换柱试件8两侧且水平的侧向型钢5，水平的侧向型钢5与水平作动器2的施力方向平行，侧向型钢5的两端固定设置，每个侧向型钢5上设置有关于矩形-圆形钢管转换柱试件8对称的滚轴装置6，滚轴装置6固定在侧向型钢5的翼缘处并与矩形-圆形钢管转换柱试件8的矩形钢管柱接触，外部框架固定装置还包括支撑钢框架7，支撑钢框架7的底端与地面固定连接，支撑钢框架7的顶端固定连接有第一工字型钢12，第一工字型钢12上固定连接有作为支撑滑动机构25的支撑体的反力大架10；滑动机构25的顶部与反力大架10的中部连接，支撑钢框架7上在侧向型钢5的两端还固定连接有与侧向型钢5固定连接的第二工字型钢13，侧向型钢5的端部搭接在第二工字型钢13上，第一工字型钢12和第二工字型钢13均与支撑钢框架7的腹板固定连接；数据采集系统包括控制器29，控制器29上连接有第一油源27、第二油源38和电脑30，电脑30上连接有多通道应变采集仪32，百分表36、位移传感器和竖向荷载传感器均与多通道应变采集仪32连接，第一油源27与水平作动器2连接，第二油源38与竖向千斤顶21连接。
需要说明的是，支撑钢框架7通过第二地脚螺栓35固定于地面上；竖向千斤顶21上部的滑动支座25通过第二高强螺栓16与反力大梁10连接；传统风格建筑的矩形-圆形钢管转换柱连接试件8底部通过水平底板15和底座基础4上表面紧密接触，水平底板15通过第一高强螺栓14固定于底座基础4表面；大球铰支座19通过第三高强螺栓33固定在反力墙1上，小球铰支座18通过第四高强螺栓34固定在加载头17一端，加载头17另一端通过第五高强螺栓23连接加载板22，通过预加压力使加载头17与试件8紧密相连；微滚轴24设置在竖向千斤顶21和旋转接头20之间，保证加载力方向的固定。
如图6所示，本实用新型的竖向千斤顶21的缸体顶部通过滑动机构25与放大器连接，放大器包括固定设置的支撑立柱41，支撑立柱41的顶端铰接有作为支撑滑动机构25的支撑体的杠杆40，杠杆40的自由端连接有质量块吊篮37，支撑滑动机构25设置在支撑立柱41与质量块吊篮37之间，其顶部与杠杆40的杆身连接。
本实用新型装置的具体操作过程如下：
第一步：将反力墙1通过预埋地基与地面形成一个整体，再将支撑钢框架7通过第二地脚螺栓35固定在地面上；
第二步：将底座基础4通过压梁3和第一地脚螺栓11固定在地面上，并将矩形-圆形钢管转换柱试件8通过水平底板15和底座基础4上表面紧密接触，水平底板15通过第一高强螺栓14固定于底座基础4表面；
第三步：将竖向千斤顶21的顶端通过第二高强螺栓16连接滑动机构25及反力大梁10，安装竖向千斤顶21下端的旋转接头20，中间放置微滚轮24；
第四步：将水平作动器2的一端通过大球铰支座19和第三高强螺栓33与反力墙1连接，通过电脑30和控制器29调节水平作动器2的行程到合适的位置，然后将水平作动器2的另一端和小球铰支座18进行连接，小球铰支座18的另一端通过第四高强螺栓34与加载头17相连，加载头17另一端通过第五高强螺栓23和加载板22相连，连接后加载头17和试件8紧密接触；
第五步：将水平作动器2通过第一油管26与第一油源27连接，将第一油源27、控制器29、电脑30、多通道应变采集仪32通过导线28连接，再将水平作动器2中的水平荷载传感器和百分表36通过传感器导线25连接到多通道应变采集仪32上；
第六步：当测试时，通过电脑30和控制器29按照水平荷载加载制度控制水平作动器2施加水平力，直至试件破坏，并通过电脑30和多通道应变采集仪32采集试验过程中的水平力F、位移Δ及各位置处的应变ε，最终绘制出需要研究的特征曲线。
Claims (9)
1.一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，包括试件固定装置、试件加载装置及数据采集系统，试件固定装置固定设置，并与矩形-圆形钢管转换柱试件(8)的底部固定连接，试件加载装置包括水平作动器(2)和竖向千斤顶(21)，水平作动器(2)的一端与反力墙(1)铰接，另一端铰接有加载头(17)，加载头(17)与矩形-圆形钢管转换柱试件(8)的顶端连接，水平作动器(2)内设有位移传感器，竖向千斤顶(21)的活塞头与矩形-圆形钢管转换柱试件(8)的顶端通过微滚轴(24)和旋转接头(20)连接，竖向千斤顶(21)的缸体顶部连接有能够水平移动的滑动机构(25)，滑动机构(25)的顶部设有用于支撑滑动机构(25)的支撑体，竖向千斤顶(21)上设置有竖向荷载传感器，水平作动器(2)、位移传感器、竖向千斤顶(21)和竖向荷载传感器均与数据采集系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述水平作动器(2)与反力墙(1)之间通过大球铰支座(19)连接，水平作动器(2)与加载头(17)之间通过小球铰支座(18)连接，加载头(17)与矩形-圆形钢管转换柱试件(8)的顶端之间通过加载板(22)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述试件固定装置包括底座基础(4)，底座基础(4)通过压梁(3)和第一地脚螺栓(11)固定于地面上，底座基础(4)通过水平底板(15)与矩形-圆形钢管转换柱试件(8)的底端固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述底座基础(4)表面设有用于测量底座基础位移的百分表(36)，百分表(36)与数据采集系统连接。
5.根据权利要求4所述的一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述数据采集系统包括控制器(29)，控制器(29)上连接有第一油源(27)、第二油源(38)和电脑(30)，电脑(30)上连接有多通道应变采集仪(32)，百分表(36)、位移传感器和竖向荷载传感器均与多通道应变采集仪(32)连接，第一油源(27)与水平作动器(2)连接，第二油源(38)与竖向千斤顶(21)连接。
6.根据权利要求1所述的一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述竖向千斤顶(21)的缸体顶部通过滑动机构(25)与放大器连接，放大器包括固定设置的支撑立柱(41)，支撑立柱(41)的顶端铰接有作为支撑滑动机构(25)的支撑体的杠杆(40)，杠杆(40)的自由端连接有质量块吊篮(37)，支撑滑动机构(25)设置在支撑立柱(41)与质量块吊篮(37)之间，其顶部与杠杆(40)的杆身连接。
7.根据权利要求1所述的一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，还包括用于支撑并防止矩形-圆形钢管转换柱试件(8)在水平加载过程中产生面外失稳的外部框架固定装置。
8.根据权利要求7所述的一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述外部框架固定装置包括设置在矩形-圆形钢管转换柱试件(8)两侧且水平的侧向型钢(5)，水平的侧向型钢(5)与水平作动器(2)的施力方向平行，侧向型钢(5)的两端固定设置，每个侧向型钢(5)上设置有关于矩形-圆形钢管转换柱试件(8)对称的滚轴装置(6)，滚轴装置(6)与矩形-圆形钢管转换柱试件(8)的矩形钢管柱接触。
9.根据权利要求8所述的一种矩形-圆形钢管转换柱连接结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述外部框架固定装置还包括支撑钢框架(7)，支撑钢框架(7)的底端与地面固定连接，支撑钢框架(7)的顶端固定连接有第一工字型钢(12)，第一工字型钢(12)上固定连接有作为支撑滑动机构(25)的支撑体的反力大架(10)；滑动机构(25)的顶部与反力大架(10)的中部连接，支撑钢框架(7)上还连接有第二工字型钢(13)，侧向型钢(5)的端部与第二工字型钢(13)固定连接。
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Effective date of registration: 20190514 Address after: Room 117, Building Materials Building No. 13 Yanta Road, Beilin District, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee after: Xi'an Construction Technology University Engineering Co., Ltd. Address before: 710055 Yanta Road 13, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee before: Xi'an Architectural Sci & Tech. Univ. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180123 Termination date: 20200721 |
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