CN216208250U - 一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，包括上钢箱梁、下钢箱梁、两根连接螺杆、上球铰凹面板和下球铰凹面板，上钢箱梁和下钢箱梁上下平行设置，上钢箱梁两端分别设有第一螺栓孔和第二螺栓孔，下钢箱梁两端分别设有第三螺栓孔和第四螺栓孔，其中一根连接螺杆两端分别穿过第一螺栓孔和第三螺栓孔，另一根连接螺杆两端分别穿过第二螺栓孔和第四螺栓孔，下球铰凹面板固定在下钢箱梁下表面，上球铰凹面板上表面设有定位孔，上球铰凹面板上设有定位销，上球铰凹面板通过定位销和定位孔活动安装在上球铰凹面板上。与现有技术相比，本实用新型适用于大角度扭转变形的极限扭转试验、纯扭试验和不同弯扭比的弯扭复合受力试验。

Description

一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置

技术领域

本实用新型涉及一种纯扭和弯扭复合试验加载装置，尤其是涉及一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置。

背景技术

结构模型试验是确定或探索结构受力性能的重要手段，极限破坏性静力模型试验是确定复杂结构破坏形态和失效机理的唯一实证方法。弯曲、剪切和扭转是构件的三种基本受力形式，对于构件或结构的受弯、受剪性能模型试验，一般可通过简单的竖向(向下)单点、多点加载方法即可实现，而对于构件的受扭性能模型试验，其加载装置一般较为复杂，属于常规结构实验室不具备的特殊装置、需要试验设计者专门加工、制造。

构件(结构)扭转性能试验可分为纯扭试验和弯扭复合受力试验。和受弯、受剪试验的加载装置相比，扭转试验加载装置的特殊要求和难点是：

1)纯扭试验的加载装置需要提供一上、一下两个等值、反向的外力，且上、下两个外力需要保证同步变化；

2)弯扭复合试验的加载装置需要可以调整施加外力的横向偏心距，从而得到特定的设计弯扭比；

3)扭转试验加载到极限阶段时，构件会发生较大的扭转变形，加载装置需要保证加载全过程中力的方向竖直，即不能出现横向力；(4)扭转破坏模式属于偏于脆性的破坏模式，扭转试验的破坏持续时间较短且结构极限扭转变形较大，因此，加载装置必须能保证加载全过程中千斤顶不出现脱空，进而保证加载全过程中的稳定性、安全性。

目前，已有的扭转性能试验中，对于纯扭试验，加载装置一般在试验模型特定截面两侧布置两个千斤顶，提供一上、一下两个竖向力，从而对该截面施加一个扭矩；并通过将两个千斤顶与同一油泵相连，以实现两个千斤顶输出力的等值性和同步性。对于弯扭复合试验，加载装置形式较多，典型的有：

(1)在试验模型的特定截面上直接施加一个横向偏心的竖向力，但横向偏心距限于截面宽度不能过大，因此只适用于弯扭比较大的情况；

(2)加工一个带延伸臂的加载架用于试验模型特定截面，在延伸臂上施加一个横向偏心的竖向力，由于延伸臂使竖向力的横向力臂增加，因而可用于弯扭比较小的情况；

(3)组装一个完整的加载框架用于试验模型特定截面，在加载框架两侧布置两个千斤顶，提供一上、一下两个竖向力，由于两竖向力的横向力臂可以相同或不同，因此可以同时用于纯扭或弯扭的情况。

综上，目前现有的扭转试验的加载装置普遍存在的不足和缺点是：

专门加工、制造的加载装置只适用于单一情况的扭转试验(纯扭或弯扭)；

只适用于特定的弯扭比的弯扭复合试验；

当试验临界极限破坏状态、模型发生大角度的扭转变形时，加载的稳定性和试验的安全性不足。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，适用于大角度扭转变形的极限扭转试验、纯扭试验和不同弯扭比的弯扭复合受力试验。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，包括上钢箱梁、下钢箱梁、两根连接螺杆、上球铰凹面板和下球铰凹面板，所述的上钢箱梁和下钢箱梁沿水平方向上下平行设置，所述的上钢箱梁两端分别设有第一螺栓孔和第二螺栓孔，所述的下钢箱梁两端分别设有与第一螺栓孔和第二螺栓孔对应的第三螺栓孔和第四螺栓孔，其中一根连接螺杆两端分别穿过第一螺栓孔和第三螺栓孔，并通过螺母固定，另一根连接螺杆两端分别穿过第二螺栓孔和第四螺栓孔，并通过螺母固定，所述的下球铰凹面板固定在下钢箱梁下表面，所述的上球铰凹面板上表面沿其长度方向间隔设有若干排定位孔，所述的上球铰凹面板上设有定位销，所述的上球铰凹面板通过定位销和定位孔活动安装在上球铰凹面板上。

进一步地，所述的第一螺栓孔的数量为多个。

进一步地，多个第一螺栓孔沿上钢箱梁长度方向间隔设置。

进一步地，所述的第二螺栓孔的数量为多个。

进一步地，多个第二螺栓孔沿上钢箱梁长度方向间隔设置。

进一步地，所述的定位孔为方形。

进一步地，所述的定位销为圆柱形。

进一步地，所述的定位销的截面直径与定位孔边长相同。

进一步地，所述的螺母和上钢箱梁之间，以及螺母和下钢箱梁之间均设有垫片。

进一步地，所述的垫片和螺母之间设有弹片。

与现有技术相比，本实用新型具有以如下有益效果：

(1)本实用新型试验加载装置，包括上钢箱梁、下钢箱梁、两根连接螺杆、上球铰凹面板和下球铰凹面板，上钢箱梁和下钢箱梁沿水平方向上下平行设置，上钢箱梁两端分别设有第一螺栓孔和第二螺栓孔，下钢箱梁两端分别设有与第一螺栓孔和第二螺栓孔对应的第三螺栓孔和第四螺栓孔，其中一根连接螺杆两端分别穿过第一螺栓孔和第三螺栓孔，并通过螺母固定，另一根连接螺杆两端分别穿过第二螺栓孔和第四螺栓孔，并通过螺母固定，下球铰凹面板固定在下钢箱梁下表面，上球铰凹面板上表面沿其长度方向间隔设有若干排定位孔，上球铰凹面板上设有定位销，上球铰凹面板通过定位销和定位孔活动安装在上球铰凹面板上，上钢箱梁、下钢箱梁以及两根连接螺杆构成了一个加载框架，进行加载试验时，加载框架夹紧试验模型，通过在加载框架的加载点设置上球铰凹面板和下球铰凹面板，配合带有球铰凸面的千斤顶，可以保证加载全过程中力的方向竖直，即不出现横向力，适用于大角度扭转变形的极限扭转试验，上球铰凹面板的水平位置可调，即上方的竖向力的横向力臂可根据试验设计而改变，因此试验加载装置可以同时适用于纯扭试验和不同弯扭比的弯扭复合受力试验；

(2)本实用新型上钢箱梁和下钢箱梁拓宽了上、下竖向力的作用范围，增加了上、下竖向力的最大横向力臂，因此试验加载装置可以适用于弯扭比很小的弯扭复合受力试验；

(3)本实用新型试验加载装置的上钢箱梁和下钢箱梁通过两根连接螺杆夹紧试验模型，下球铰凹面板和下钢箱梁焊接，上球铰凹面板通过四个定位销和上钢箱连接，使加载框架、上球铰凹面板、下球铰凹面板以及试验模型一体化，最大限度的保证试验达到极限状态时的安全性和稳定性；

(4)本实用新型试验加载装置的结构简单，造价较低，只需要配合常规实验室配备的推式千斤顶即可实现稳定、准确地扭转试验加载，而不需要价格昂贵的拉式千斤顶；

(5)本实用新型第一螺栓孔的数量为多个，多个第一螺栓孔沿上钢箱梁长度方向间隔设置，第二螺栓孔的数量为多个，多个第二螺栓孔沿上钢箱梁长度方向间隔设置，可调节加载框架的大小；

(6)本实用新型定位孔为方形，定位销为圆柱形，定位销的截面直径与定位孔边长相同，便于插拔，结构稳定；

(7)本实用新型螺母和上钢箱梁之间，以及螺母和下钢箱梁之间均设有垫片，垫片和螺母之间设有弹片，保证连接螺杆端部固定。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为上钢箱梁的俯视图；

图3为下钢箱梁的仰视图；

图4为上球铰凹面板的侧视图；

图5为上球铰凹面板的仰视图；

图中标号说明：

1.上钢箱梁，2.下钢箱梁，3.连接螺杆，4.螺母，5.上球铰凹面板，6.下球铰凹面板，7.试验模型，11.第一螺栓孔，12.第二螺栓孔，13.定位孔，21.第三螺栓孔，22.第四螺栓孔，51.定位销。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，如图1、图2、图3、图4和图5，包括上钢箱梁1、下钢箱梁2、两根连接螺杆3、上球铰凹面板5和下球铰凹面板6，上钢箱梁1和下钢箱梁2沿水平方向上下平行设置，上钢箱梁1两端分别设有第一螺栓孔11和第二螺栓孔12，下钢箱梁2两端分别设有与第一螺栓孔11和第二螺栓孔12对应的第三螺栓孔21和第四螺栓孔22，其中一根连接螺杆3两端分别穿过第一螺栓孔11和第三螺栓孔21，并通过螺母4固定，另一根连接螺杆3两端分别穿过第二螺栓孔12和第四螺栓孔22，并通过螺母4固定，下球铰凹面板6固定在下钢箱梁2下表面，上球铰凹面板5上表面沿其长度方向均匀间隔设有若干排定位孔13，上球铰凹面板5上对称设有4个定位销51，上球铰凹面板5通过定位销51和定位孔13活动安装在上球铰凹面板5上；

上钢箱梁1、下钢箱梁2以及两根连接螺杆3构成了一个加载框架，进行加载试验时，加载框架夹紧试验模型7。

通过在加载框架的加载点设置上球铰凹面板5和下球铰凹面板6，配合带有球铰凸面的千斤顶，可以保证加载全过程中力的方向竖直，即不出现横向力，适用于大角度扭转变形的极限扭转试验，最大扭转角度可以达到15度。

定位孔13采用模数化的布置，即相邻两列定位孔13的横向间距为定值，从而可以使相邻加载位置的上球铰凹面板5共用一列定位孔13，上球铰凹面板5的水平位置可调，即上方的竖向力的横向力臂可根据试验设计而改变，因此试验加载装置可以同时适用于纯扭试验(上、下加载点力臂相同)和不同弯扭比的弯扭复合受力试验(上、下加载点力臂不同)。

上钢箱梁1和下钢箱梁2拓宽了上、下竖向力的作用范围，增加了上、下竖向力的最大横向力臂，因此试验加载装置可以适用于弯扭比很小的弯扭复合受力试验。

试验加载装置的上钢箱梁1和下钢箱梁2通过两根连接螺杆3夹紧试验模型7，下球铰凹面板6和下钢箱梁2焊接，上球铰凹面板5通过四个定位销51和上钢箱连接，使加载框架、上球铰凹面板5、下球铰凹面板6以及试验模型7一体化，最大限度的保证试验达到极限状态时的安全性和稳定性。

试验加载装置的结构简单，造价较低，只需要配合常规实验室配备的推式千斤顶即可实现稳定、准确地扭转试验加载，而不需要价格昂贵的拉式千斤顶。

第一螺栓孔11的数量为两个，两个第一螺栓孔11沿上钢箱梁1长度方向间隔设置，第二螺栓孔12的数量为两个，两个第二螺栓孔12沿上钢箱梁1长度方向间隔设置，可调节加载框架的大小。

定位孔13为方形，定位销51为圆柱形，定位销51的截面直径与定位孔13边长相同，便于插拔，结构稳定。

螺母4和上钢箱梁1之间，以及螺母4和下钢箱梁2之间均设有垫片9，垫片9和螺母4之间设有弹片8，保证连接螺杆3端部固定。

试验加载装置的试验过程包括：

将上钢箱梁1和下钢箱梁2分别移动到试验模型7的上方和下方；

安装连接螺杆3，构成加载框架，根据试验设计的加载位置调节加载框架位置，并旋紧螺母4；

根据试验设计的加载点的横向偏心位置，将上球铰凹面板5的定位销51插入对应位置的定位孔13内；

将带有球铰凸面的千斤顶对准上球铰凹面板5和下球铰凹面板6上的球铰凹面；

校准千斤顶为铅垂放置，在球铰凹面内涂润滑油脂，开始进行扭转试验。

本实施例提出了一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，适用于大角度扭转变形的极限扭转试验、纯扭试验和不同弯扭比的弯扭复合受力试验。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，其特征在于，包括上钢箱梁(1)、下钢箱梁(2)、两根连接螺杆(3)、上球铰凹面板(5)和下球铰凹面板(6)，所述的上钢箱梁(1)和下钢箱梁(2)沿水平方向上下平行设置，所述的上钢箱梁(1)两端分别设有第一螺栓孔(11)和第二螺栓孔(12)，所述的下钢箱梁(2)两端分别设有与第一螺栓孔(11)和第二螺栓孔(12)对应的第三螺栓孔(21)和第四螺栓孔(22)，其中一根连接螺杆(3)两端分别穿过第一螺栓孔(11)和第三螺栓孔(21)，并通过螺母(4)固定，另一根连接螺杆(3)两端分别穿过第二螺栓孔(12)和第四螺栓孔(22)，并通过螺母(4)固定，所述的下球铰凹面板(6)固定在下钢箱梁(2)下表面，所述的上球铰凹面板(5)上表面沿其长度方向间隔设有若干排定位孔(13)，所述的上球铰凹面板(5)上设有定位销(51)，所述的上球铰凹面板(5)通过定位销(51)和定位孔(13)活动安装在上球铰凹面板(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，其特征在于，所述的第一螺栓孔(11)的数量为多个。

3.根据权利要求2所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，多个第一螺栓孔(11)沿上钢箱梁(1)长度方向间隔设置。

4.根据权利要求1所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，所述的第二螺栓孔(12)的数量为多个。

5.根据权利要求4所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，多个第二螺栓孔(12)沿上钢箱梁(1)长度方向间隔设置。

6.根据权利要求1所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，所述的定位孔(13)为方形。

7.根据权利要求6所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，所述的定位销(51)为圆柱形。

8.根据权利要求7所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，所述的定位销(51)的截面直径与定位孔(13)边长相同。

9.根据权利要求1所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，所述的螺母(4)和上钢箱梁(1)之间，以及螺母(4)和下钢箱梁(2)之间均设有垫片(9)。

10.根据权利要求9所述的一种适用于大扭转变形的纯扭和弯扭复合试验加载装置，所述的垫片(9)和螺母(4)之间设有弹片(8)。

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