CN206930456U - 一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，包括钢门架、千斤顶、荷载分配梁体系、液压伺服作动器和檩条；钢门架包括四根呈矩形分布的钢柱，前后钢柱上部之间以及下部内侧之间设置横梁；上部横梁底面中部之间横向固定门架横梁，千斤顶安装于门架横梁底面，荷载分配梁体系设置于千斤顶底部；檩条设置前后两道，位于荷载分配梁体系下方，两端分别固定于下部横梁之间；液压伺服作动器端部固定于钢筋混凝土反力墙，液压伺服作动器的驱动杆与对应横梁腹板相连接。本实用新型可实现对待试验的桁架式檩条结构体系的边界条件的约束，施加轴向和竖向压力进行荷载模拟，为桁架式檩条结构体系的受力计算和构造设计提供可靠的试验数据。

Description

一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置

技术领域

本实用新型属于建筑模拟试验装置技术领域，具体涉及一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置。

背景技术

金属建筑系统中屋面檩条是重要的次结构构件，搁置在屋面主结构上，其上一般铺设金属屋面板。屋面檩条主要承受屋面竖向荷载，有时也兼作主结构的平面外约束系杆，保证结构的整体性。通常9m柱距左右的檩条，采用冷弯型钢C、Z型形式，经济性良好；当建筑柱距大于12m时，冷弯型钢C、Z型檩条无法通过计算，此时需要承载能力更高的檩条形式。传统上，焊接H型钢、高频焊H型钢或托梁、托架等由于其设计成熟和制作工艺简单是首选形式，但却显得笨重而不经济，施工不方便，特别是当柱距较大时（超过20m）。实腹式檩条已不能满足高速铁路旅客站台雨篷结构设计的需要。因此在大柱距空间下有必要采用经济而高效的新型桁架式檩条体系来替代目前常用的实腹式檩条，不仅具有重要的科学意义，更具有很好的工程实用价值。

然而国内目前对桁架式檩条结构体系的研究尚处于起步阶段，美建、欧本、巴特勒等公司正着力将此技术从国外引入，现主要应用于重型钢结构厂房，但在民用建筑中应用很少。究其原因，除了民用建筑中大跨度空间结构数量较少外，主要是由于目前国内尚无成熟而统一的关于桁架式檩条结构体系的设计方法和标准，严重制约其推广使用。

总体来说，桁架式檩条结构体系的设计主要存在以下几方面的问题：

1. 桁架式檩条所采用的冷弯型钢壁厚较薄，存在冷作硬化效应，尤其在型钢断面的拐角处更为明显，具体表现为钢材的强度、硬度和屈强比提高，而韧性下降、塑性储备减少。因此有必要对钢材的冷作硬化效应进行材料及焊接性能试验，确认其对结构质量及安全性的影响程度。

2. 桁架式檩条的主要受力构件（弦杆）采用的是M型冷弯薄壁型钢，该截面形式比较复杂，且板件宽厚比较大，在外荷载作用下，受压弦杆板件极易发生弹性局部屈曲。国内外设计此类截面目前有两种方法：有效宽度法和直接强度法。有效宽度法是最通用而有效的设计方法，但板件有效宽度计算时均按独立的单板考虑，没有考虑板组效应的影响，即不考虑板组相关屈曲问题，在理论上存在缺陷。而目前我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）在有效宽度法的基础上考虑了板组效应的影响，但主要是基于薄壁稳定理论计算结果并与箱形截面、卷边槽形截面、槽形截面构件试验结果拟合回归而得出的，对M型截面板件局部屈曲稳定系数计算是否适用尚存在疑问。直接强度法计算构件局部屈曲时能较好的考虑板组效应影响，但需借助数值方法（有限元、有限条），计算过于繁琐，不利于设计者操作。

3. 桁架式檩条弦杆与腹杆的连接节点刚度较弱，属于半刚性节点，按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取弦杆和腹杆计算长度是否合理尚有待进一步验证。同时，不同的屋面形式能否对檩条上弦平面外提供有效约束还应进行相关的试验研究工作。

4. 桁架式檩条通常跨度较大，整体运输不便，有必要降低超长构件的道路运输难度，因此需根据要求将桁架式檩条分段运输、现场拼装（采用高强度螺栓）。拼接点的选择和相关连接构造要求与桁架式檩条结构体系整体受力性能密切相关。

5. 桁架式檩条兼作主结构刚架刚性系杆时，檩条下弦承受压力，此时荷载效应应明确并进行相关校核，否则应采用适当构造方法来保证。

6. 桁架式檩条的支撑、隅撑、支座节点等设计除保证有足够的承载能力以外，还应方便工厂加工和现场安装，同时尽量避免节点处出现相互搭接及空间交汇点偏心的情况，改善节点性能。另外，风吸力效应对节点性能的影响也不应忽视。

7. 桁架式檩条结构体系除应能满足任意屋面坡度要求外，也应满足在结构上悬挂适当荷载的要求。为方便标准化生产以及个别需要，应有不同形式的构配件以供选择。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，为桁架式檩条结构体系的受力计算和构造设计提供试验数据。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

包括钢门架、千斤顶、荷载分配梁体系、液压伺服作动器和檩条；

所述钢门架包括四根呈矩形分布的钢柱，前后对应的钢柱上部之间分别设置第一横梁和第二横梁，前后对应的钢柱下部内侧之间设置第三横梁和第四横梁；

第一横梁和第二横梁底面中部之间横向固定一道门架横梁，千斤顶安装于门架横梁底面，荷载分配梁体系设置于千斤顶底部；

檩条设置前后两道，位于荷载分配梁体系下方，檩条两端分别固定于第三横梁和第四横梁之间；

液压伺服作动器端部固定于钢筋混凝土反力墙，液压伺服作动器的驱动杆与第三横梁相连接。

钢柱、门架横梁、第三横梁以及第四横梁均为工字钢；

第一横梁和第二横梁为槽钢。

每根钢柱下部内侧均设置有两个工字钢块，上下布置，第三横梁和第四横梁的端部对应固定于上下两个工字钢块之间。

荷载分配梁体系包括上下两层，上层为横向布置的一级荷载分配梁，下层为纵向布置的二级荷载分配梁，每道一级荷载分配梁下方设置两道二级荷载分配梁。

一级荷载分配梁和二级荷载分配梁均为工字钢。

檩条包括上弦杆、下弦杆、腹杆以及二者之间的交叉支撑；

檩条上弦杆两端通过焊接垫板与对应的横梁上翼缘螺栓连接，檩条下弦杆两端通过焊接角钢与对应横梁腹板螺栓连接。

一个千斤顶及其下方的一道一级荷载分配梁和两道二级荷载分配梁组成一组竖向荷载施加组件，前后两道檩条上方横向设置两组竖向荷载施加组件。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型所述的关于桁架式檩条结构体系受力性能试验装置中待试验的桁架式檩条结构体系包括两榀桁架式檩条：（1）第一榀檩条和第二榀檩条、以及若干数目的檩间交叉支撑，檩条两端分别与第三横梁、第四横梁相连接，其中檩条上弦杆通过焊接垫板与横梁上翼缘螺栓连接，檩条下弦杆端部通过焊接角钢与横梁腹板螺栓连接，实现对待试验的桁架式檩条结构体系的边界条件的约束；（2）在试验过程中，通过是否用液压伺服作动器对檩条下弦施加轴向压力，可模拟桁架式檩条作为刚性系杆的受力情况；（3）通过千斤顶对两榀檩条结构施加荷载，可模拟竖向荷载作用下桁架檩条结构体系的受力情况；（4）将桁架式檩条结构体系反向布置，可模拟风吸力作用下桁架式檩条结构体系的受力情况。

附图说明

图1为本实用新型的主视图。

图2为本实用新型的侧视图。

图3为檩条上弦杆与横梁上翼缘螺栓连接的示意图。

图4为檩条下弦杆与横梁腹板螺栓连接的示意图。

图中，1为钢筋混凝土反力墙、2为钢门架、3为门架横梁、4为第一千斤顶、5为第二千斤顶、6为荷载分配梁体系、7为液压伺服作动器、8为第一一级荷载分配梁、9为第二一级荷载分配梁、10为第一二级荷载分配梁、11为第二二级荷载分配梁、12为第三二级荷载分配梁、13为第四二级荷载分配梁、14为第一横梁、15为第二横梁、16为第三横梁、17为第四横梁、18为工字钢块，19为钢柱，20为第一檩条，21为第二檩条。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及的一种关于桁架式檩条结构体系受力性能试验装置，包括钢门架2、千斤顶、荷载分配梁体系6、液压伺服作动器7和檩条。

所述钢门架2包括四根呈矩形分布的钢柱19，前后对应的钢柱19上部之间分别设置第一横梁14和第二横梁15，前后对应的钢柱19下部内侧之间设置第三横梁16和第四横梁17。前后对应的钢柱19下部内侧设置有工字钢块18，上下两个工字钢块18分别连接于每根钢柱19，第三横梁16和第四横梁17的端部分别对应固定于上下两个工字钢块18之间。钢柱19、第三横梁16以及第四横梁17均为工字钢；而第一横梁14和第二横梁15为槽钢。

第一横梁14和第二横梁15底面中部之间横向固定一道门架横梁3，门架横梁3为工字钢。千斤顶安装于门架横梁3底面，荷载分配梁体系6设置于千斤顶底部。荷载分配梁体系6包括上下两层，上层为横向布置的一级荷载分配梁8和9，下层为纵向布置的二级荷载分配梁10~13，每道一级荷载分配梁下方分别设置两道二级荷载分配梁，所有的二级分配梁均放置在檩条的上弦处。一级荷载分配梁和二级荷载分配梁均为工字钢。

檩条设置前后两道，位于荷载分配梁体系6下方，檩条两端分别固定于第三横梁16和第四横梁17之间，间距为1500mm。檩条包括上弦杆、下弦杆、腹杆以及二者之间的交叉支撑，交叉支撑数目以试验需求而定。檩条上弦杆两端通过焊接垫板与对应横梁上翼缘螺栓连接，檩条下弦杆两端通过焊接角钢与对应横梁腹板螺栓连接。

一个千斤顶及其下方的一道一级荷载分配梁和两道二级荷载分配梁组成一组竖向荷载施加组件，前后两道檩条上方横向设置两组竖向荷载施加组件。

液压伺服作动器7端部固定于钢筋混凝土反力墙1，液压伺服作动器7的驱动杆与第三横梁腹板通过连接件16相连接。

本实用新型在试验时，通过千斤顶对待试验的檩条施加静力荷载，通过液压伺服作动器7对檩条施加轴向荷载，不需施加轴力时可不启动液压伺服作动器，实现桁架式檩条结构体系受力性能分析的静力试验，操作简单，实用性极强。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

包括钢门架（2）、千斤顶、荷载分配梁体系（6）、液压伺服作动器（7）和檩条；

所述钢门架（2）包括四根呈矩形分布的钢柱（19），前后对应的钢柱（19）上部之间分别设置第一横梁（14）和第二横梁（15），前后对应的钢柱（19）下部内侧之间设置第三横梁（16）和第四横梁（17）；

第一横梁（14）和第二横梁（15）底面中部之间横向固定一道门架横梁（3），千斤顶安装于门架横梁（3）底面，荷载分配梁体系（6）设置于千斤顶底部；

檩条设置前后两道，位于荷载分配梁体系（6）下方，檩条两端分别固定于第三横梁（16）和第四横梁（17）之间；

液压伺服作动器（7）端部固定于钢筋混凝土反力墙（1），液压伺服作动器（7）的驱动杆与第三横梁（16）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

钢柱（19）、门架横梁（3）、第三横梁（16）以及第四横梁（17）均为工字钢；

第一横梁（14）和第二横梁（15）为槽钢。

3.根据权利要求2所述的一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

每根钢柱（19）下部内侧均设置有两个工字钢块（18），上下布置，第三横梁（16）和第四横梁（17）的端部对应固定于上下两个工字钢块（18）之间。

4.根据权利要求3所述的一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

荷载分配梁体系（6）包括上下两层，上层为横向布置的一级荷载分配梁，下层为纵向布置的二级荷载分配梁，每道一级荷载分配梁下方设置两道二级荷载分配梁。

5.根据权利要求4所述的一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

一级荷载分配梁和二级荷载分配梁均为工字钢。

6.根据权利要求5所述的一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

檩条包括上弦杆、下弦杆、腹杆以及二者之间的交叉支撑；

檩条上弦杆两端通过焊接垫板与对应的横梁上翼缘螺栓连接，檩条下弦杆两端通过焊接角钢与对应横梁腹板螺栓连接。

7.根据权利要求6所述的一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

一个千斤顶及其下方的一道一级荷载分配梁和两道二级荷载分配梁组成一组竖向荷载施加组件，前后两道檩条上方横向设置两组竖向荷载施加组件。