CN219608377U - 直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置，包括拉力试验机，所述拉力试验机具有相对设置的固定夹臂和移动夹臂；还包括条形底座，在条形底座上沿其长度方向分布有三个固定支座，所述固定支座包括一竖板，竖板的上侧成型有锁止端；在条形底座上方设有牵拉支架，所述牵拉支架具有两拉杆，还包括拉力传感器和位移传感器，分别用于监测拉力试验机的拉力值和牵拉支架的位移值。本实用新型结构简单，便于操作，能够准确的获取实际情况下直立锁边金属围护结构的风荷载响应结果，能够很好的为后续数据对比研究提供数据支持。

Description

直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置

技术领域

本实用新型涉及直立锁边金属围护结构抗风性能研究技术领域，尤其涉及一种直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置。

背景技术

现有用于研究金属围护结构抗风揭性能的技术方法主要包括：节点拉拔试验、静或动态抗风揭试验、有限元数值模拟、风洞试验、现场实测等。

金属围护系统在风吸力作用下，金属屋面板会产生较大的变形，特别是通过咬合式连接的金属薄板，风荷载可使横截面跨中位移超过其腹板高度（≥65mm），远大于薄板厚度（≈1mm），属于典型的大挠度薄板问题，几何大变形使得面板不能忽略应变与位移关系中高阶导数项的影响，系统呈现出明显的几何非线性特征。此外，咬合式连接的金属围护结构（即直立锁边金属围护结构）通过面板间的接触传递荷载，该结构中，相邻两面板通过由面板弯折形成且相对分布的第一连接板和第二连接板相连，其中，所述第一连接板的上端沿弧形弯折并延伸形成下侧具有开口缝的弧形内套环，第二连接板的上端沿弧形弯折并延伸形成下侧具有开口缝的弧形外套环，所述内套环插入外套环实现咬合，从而形成直立锁边金属围护结构的连接节点。但其接触面积会随着面板的大变形发生不可逆的变化，连接状态的改变导致面板间的接触边界具有高度非线性特征。同时，常用的金属面板基材（如：铝镁锰合金、镀膜钢板等）往往具有明显的塑性性质，大应变时的应力-应变不再保持弹性阶段的线性关系，材料本构模型具有非线性特征。综上可知，金属围护系统综合了几何、边界条件及材料三类非线性特征，其复杂的结构受力特征使寻求系统的精确解变得极其困难。有限元分析方法作为一种近似求解的数值方法，可将非线性问题转化为一系列线性问题，在特定的收敛准则下，通过多次迭代计算来逼近求解精确解。尽管有限元分析方法具有求解非线性问题的优势，但是金属围护系统的接触边界条件高度非线性问题会导致精细化模型难以收敛，且需要极大时间成本和计算机资源。

对于此，发明人根据直立锁边金属围护结构连接节点的受力特点，将连接节点解耦为多种等效弹簧组合结构，其中包括水平弹簧、竖向弹簧、转动弹簧等，并建立了等效弹簧模型，以模拟实际连接的直立锁边金属围护结构连接节点的受力特点，但在建立等效弹簧模型后，还需要对其中涉及到的等效弹簧的弹簧属性进行标定，然后将标定结果（标定关系或曲线）输入到该等效弹簧模型中，才能够准确获取模拟结果；这样，才能够通过该模型对实际的金属围护结构连接节点进行受力分析。

对此，发明人通过标定装置获取了各等效弹簧的弹簧属性，并输入到模型中，得到了模拟结果，然而该模拟结果主要依赖有限元软件建立的等效弹簧模型，在输入等效弹簧参数并施加荷载后，其响应是否符合实际情况还需要验证，然而目前还没有针对该等效弹簧模型的有效性进行验证的装置，给后续的研究带来了诸多不便。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置，解决了现有技术缺乏针对直立锁边金属围护结构连接节点等效弹簧模型的有效性进行验证的装置的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置，包括拉力试验机，所述拉力试验机具有相对设置的固定夹臂和移动夹臂；包括条形底座，在条形底座上沿其长度方向分布有三个固定支座，所述固定支座包括一竖板，竖板的上侧成型有锁止端；所述条形底座下侧与拉力试验机的固定夹臂连接；

在条形底座上方设有牵拉支架，所述牵拉支架与拉力试验机的移动夹臂连接；所述牵拉支架具有两拉杆，所述拉杆的长度方向与条形底座的长度方向垂直，且两拉杆分别位于相邻两固定支座之间，并拉杆与相邻两固定支座之间的间距相等；

还包括拉力传感器和位移传感器，分别用于监测拉力试验机的拉力值和牵拉支架的位移值。

作为优化，所述牵拉支架包括矩形框架，所述拉杆位于矩形框架的下方，其两端通过连接臂与矩形框架相连。

作为优化，在条形底座下侧设有第一夹持臂，所述第一夹持臂与拉力试验机的固定夹臂连接。

作为优化，在所述牵拉支架上侧设有第二夹持臂，所述第二夹持臂与拉力试验机的移动夹臂连接。

本申请与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型通过在条形底座上安装两跨实际连接在一起的直立锁边金属围护结构，并通过牵拉支架对两跨直立锁边金属围护结构的跨中位置进行牵拉，以模拟风荷载作用下的跨中位移，并通过拉力传感器和位移传感器进行显示，以便于后续进行计算，从而获取实际情况下该直立锁边金属围护结构的风荷载响应结果，并为后续的有限元建立的等效弹簧模型在跨中施加荷载时的响应结构进行对比，以验证等效弹簧模型的模拟结果的有效性。本实用新型结构简单，便于操作，能够准确的获取实际情况下直立锁边金属围护结构的风荷载响应结果，能够很好的为后续数据对比研究提供数据支持。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型牵拉时的工作示意图；

图3为本实用新型中用于对比的等效弹簧模型示意图；

图中，1条形底座，2固定支座，3面板，4立板，5内套环，6外套环，7牵拉支架，8连接臂，9拉杆，10第二夹持臂。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

具体实施时：参见图1-3。

一种直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置，包括拉力试验机，所述拉力试验机具有相对设置的固定夹臂和移动夹臂；包括条形底座1，在条形底座1上沿其长度方向分布有三个固定支座2，所述固定支座2包括一竖板，竖板的上侧成型有锁止端；所述条形底座1下侧通过第一夹持臂与拉力试验机的固定夹臂连接。

在条形底座1上方设有牵拉支架7，所述牵拉支架7通过第二夹持臂10与拉力试验机的移动夹臂连接；所述牵拉支架7，具有两拉杆9，所述拉杆9的长度方向与条形底座1的长度方向垂直，且两拉杆9分别位于相邻两固定支座2之间，并拉杆9与相邻两固定支座2之间的间距相等，具体的，所述牵拉支架7包括矩形框架，所述拉杆9位于矩形框架的下方，其两端通过连接臂8与矩形框架相连。

还包括拉力传感器和位移传感器，分别用于监测拉力试验机的拉力值和牵拉支架7的位移值。其中，所述拉力传感器为拉力试验机自带的或S型拉力传感器，并固定在牵拉支架上。所述位移传感器可以为拉力试验机自带的或独立安装的，其中，若采用独立安装的位移传感器，则所述位移传感器安装在拉力试验机的移动夹臂的一侧机头上，并其检测端正对于牵拉支架7，以实时监测牵拉支架7的位移。

验证时，首先安装两跨直立锁边金属围护结构的面板3，其中，所述面板3的两侧向上弯折并延伸形成立板4，其中一侧的立板4端部沿弧形弯折并延伸形成下侧具有开口缝的内套环5，另一侧的立板4端部沿弧形弯折并延伸形成下侧具有开口缝的外套环6，所述内套环5能够卡入相邻直立锁边金属围护结构的外套环6内实现咬合，并所述固定支座2的锁止端插入内套环5内，并使所述牵拉支架7上的拉杆9与两跨面板3的跨中连接。

启动拉力试验机使牵拉支架7远离条形底座1，进而通过连接臂8带动拉杆9移动，拉杆9与金属面板3的中部下侧贴合，以带动金属面板3的跨中移动，从而实现金属面板3的变形，由于拉杆9与金属面板3的下侧为贴合的非刚接状态，因此其不会影响到金属面板3的跨中变形，试验结果更准确。然后通过拉力传感器实时监测拉力试验机的拉力值，并通过位移传感器监测牵拉支架7或面板3的跨中位移值。然后将该结果与通过有限元软件建立的等效弹簧模型在同样的受力条件下的模拟响应结果进行对比，以验证该等效弹簧模型的有效性。

其中，采用Abaqus等有限元分析软件建立两跨直立锁边金属围护结构的有限元模型，其中，在两跨直立锁边金属围护结构之间以及端部分别建立各等效弹簧的有限元模型，并输入各等效弹簧的弹簧属性。具体的，将内套环5与外套环6在风荷载作用下的水平靠近或分离响应等效为水平弹簧；将内套环5和外套环6在风荷载作用下的相对转动响应等效为转动弹簧；将内套环5与固定支座2在风荷载作用下的竖向拉压响应等效为竖向弹簧，并水平弹簧、竖向弹簧和转动弹簧的弹簧属性分别通过一水平刚度标定装置、竖向刚度标定装置、转动刚度标定装置进行标定，并输入该有限元模型中。在两跨直立锁边金属围护结构的跨中输入竖向位移，获取等效弹簧模型在风荷载作用下的模拟响应结果。

本实用新型通过在条形底座上安装两跨实际连接在一起的直立锁边金属围护结构，并通过牵拉支架对两跨直立锁边金属围护结构的跨中位置进行牵拉，以模拟风荷载作用下的跨中位移，并通过拉力传感器和位移传感器进行显示，以便于后续进行计算，从而获取实际情况下该直立锁边金属围护结构的风荷载响应结果，并为后续的有限元建立的等效弹簧模型在跨中施加荷载时的响应结构进行对比，以验证等效弹簧模型的模拟结果的有效性。本实用新型结构简单，便于操作，能够准确的获取实际情况下直立锁边金属围护结构的风荷载响应结果，能够很好的为后续数据对比研究提供数据支持。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以在不脱离本实用新型的原理和基础的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附加权利要求及其等同物限定，因此本实用新型的实施例只是针对本实用新型的说明示例，无论从哪一点来看本实用新型的实施例都不构成对本实用新型的限制。

Claims (4)

1.一种直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置，包括拉力试验机，所述拉力试验机具有相对设置的固定夹臂和移动夹臂；其特征在于，还包括条形底座，在条形底座上沿其长度方向分布有三个固定支座，所述固定支座包括一竖板，竖板的上侧成型有锁止端；所述条形底座下侧与拉力试验机的固定夹臂连接；

在条形底座上方设有牵拉支架，所述牵拉支架与拉力试验机的移动夹臂连接；所述牵拉支架具有两拉杆，所述拉杆的长度方向与条形底座的长度方向垂直，且两拉杆分别位于相邻两固定支座之间，并拉杆与相邻两固定支座之间的间距相等；

还包括拉力传感器和位移传感器，分别用于监测拉力试验机的拉力值和牵拉支架的位移值。

2.根据权利要求1所述的直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置，其特征在于，所述牵拉支架包括矩形框架，所述拉杆位于矩形框架的下方，其两端通过连接臂与矩形框架相连。

3.根据权利要求1所述的直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置，其特征在于，在条形底座下侧设有第一夹持臂，所述第一夹持臂与拉力试验机的固定夹臂连接。

4.根据权利要求1所述的直立锁边金属围护结构等效弹簧模型的验证试验装置，其特征在于，在所述牵拉支架上侧设有第二夹持臂，所述第二夹持臂与拉力试验机的移动夹臂连接。