一種梁構(gòu)件彎扭組合加載試驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種梁構(gòu)件彎扭組合加載試驗裝置及方法，包括簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座和組合加載部件，簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座安裝在梁構(gòu)件試樣的兩端，在試樣中部區(qū)域取一定長度作為測試段，在測試段上設(shè)置組合加載部件，具體為：測試段兩端分別安裝一個水平反向的加載臂，將兩個加載臂的自由端用分配梁固定連接。試驗時，在分配梁中部施加壓力，使試樣產(chǎn)生彎曲；分配梁將壓力平均分配并傳遞到兩個加載臂自由端，使試件測試段兩端相對反向扭轉(zhuǎn)。根據(jù)所測得的扭轉(zhuǎn)角度、彎曲撓度和壓力載荷，可得到梁構(gòu)件在彎扭組合加載下的彎矩-撓度和扭矩-轉(zhuǎn)角曲線。本發(fā)明僅施加一個壓力載荷，便可實現(xiàn)梁構(gòu)件的彎扭組合加載，邊界條件設(shè)置巧妙而合理，參數(shù)測量直觀方便，試驗數(shù)據(jù)準確。
【專利說明】一種梁構(gòu)件彎扭組合加載試驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種試驗加載裝置，尤其是一種梁構(gòu)件彎扭組合加載試驗裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工程中，橋梁、混凝土梁、鋼管、送電桿塔、風電葉片等都可簡化為梁構(gòu)件，在風載荷和地震等復雜受力作用下，不僅會受到軸向力和彎矩，還有扭矩的共同作用。因此，深入研究梁構(gòu)件的彎扭組合加載情況對分析結(jié)構(gòu)性能、破壞機理有重要作用。目前研究梁構(gòu)件彎扭組合加載的試驗較少，主要是因為加載裝置難以實現(xiàn)，例如彎矩邊界條件不是理想簡支，扭矩施加時梁構(gòu)件不是理想轉(zhuǎn)動，難以在同一載荷條件下同時獲得彎矩和扭矩等。而已有的加載裝置，有的局限于某種材料梁構(gòu)件，有的加載范圍有限，有的造價高昂，因此這些裝置都難以在試驗或?qū)嶋H工程中普遍推廣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置及方法，其彎矩邊界條件為理想簡支，扭矩施加時梁構(gòu)件為理想轉(zhuǎn)動，可在同一加載條件下同時獲得彎矩和扭矩載荷，且整體結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、試驗數(shù)據(jù)準確。
[0004]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置，包括簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座和組合加載部件，其特征在于，至少兩所述簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座固定設(shè)置在基礎(chǔ)或地面上，用于支撐被加載測試的梁構(gòu)件試樣和控制邊界條件，且所述簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座之間具有一定的間距，所述梁構(gòu)件試樣兩端分別設(shè)置至少一所述簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座；在所述梁構(gòu)件試樣的中部區(qū)域取一定長度作為彎扭測試段，在所述彎扭測試段上固設(shè)所述組合加載部件；其中，
[0006]一所述簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座包括從下到上依次安裝在一起的固定基座、輥筒、扭轉(zhuǎn)支座和簡支支座，所述固定基座和扭轉(zhuǎn)支座之間設(shè)置若干個所述棍筒，在所述扭轉(zhuǎn)支座上安裝電子扭角儀，所述扭轉(zhuǎn)支座的下表面為弧面，所述簡支支座上方設(shè)置所述梁構(gòu)件試樣的端部，且所述簡支支座和梁構(gòu)件試樣的端部之間設(shè)置厚度可調(diào)整的構(gòu)件墊板，所述扭轉(zhuǎn)支座的扭轉(zhuǎn)半徑通過所述梁構(gòu)件試樣的截面扭轉(zhuǎn)中心；
[0007]—組合加載部件包括加載臂、分配梁和加載截面增強體，所述組合加載部件用于施加彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，并測量載荷與撓度值:在所述彎扭測試段兩端加載表面分別套設(shè)加載截面增強體，并在所述彎扭測試段兩端分別安裝一設(shè)置在加載截面增強體上的水平反向的加載臂，所述水平反向的加載臂的自由端之間用分配梁固定連接，在所述分配梁上安裝有壓力傳感器，且所述分配梁的中部為壓力施加點，在所述彎扭測試段的中部安裝有位移傳感器。
[0008]優(yōu)選地，所述組合加載部件還包括加載連桿，所述加載連桿設(shè)置在所述加載截面增強體和加載臂之間，以利用加載連桿強化固定防止加載臂變形。
[0009]優(yōu)選地，在所述加載臂的自由端上安裝立柱，用分配梁固定連接所述立柱。
[0010]利用所述固定基座、輥筒和扭轉(zhuǎn)支座可確定所述梁構(gòu)件試件的扭轉(zhuǎn)邊界條件，并通過所述電子扭角儀測量所述梁構(gòu)件試樣的扭轉(zhuǎn)角度值。為實現(xiàn)準確的扭轉(zhuǎn)加載，通過扭轉(zhuǎn)支座弧度設(shè)計和試件墊板厚度調(diào)整，確保支座扭轉(zhuǎn)半徑通過試件的截面扭轉(zhuǎn)中心。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述固定基座是一個無蓋箱體，側(cè)壁上有凹槽，用于安裝輥筒。
[0012]優(yōu)選地，所述輥筒由軸芯和外筒裝配組合而成，軸芯的兩端球面部分削平，安置在所述固定基座的側(cè)壁凹槽內(nèi)，所述外筒可懸空自由轉(zhuǎn)動，所述外筒支撐扭轉(zhuǎn)支座，所述扭轉(zhuǎn)支座下表面呈弧面形狀，其曲率中心位于所述梁構(gòu)件試樣的扭轉(zhuǎn)中心，外部焊接成形，內(nèi)部空心有支撐梁。這樣的結(jié)構(gòu)既可減輕重量，又能確保外部形狀。進一步地，所述扭轉(zhuǎn)支座的上表面中部安裝簡支支座，用于確定試件的彎曲邊界條件。優(yōu)選地，所述簡支支座為細長圓柱體，在扭轉(zhuǎn)支座上表面焊接三角鐵，用于防止圓柱體滾動。
[0013]利用所述加載截面增強體對構(gòu)件加載截面(加載臂處)做適當增強保護，以避免梁構(gòu)件在加載截面產(chǎn)生破壞，確保試件的主要破壞產(chǎn)生在測試段。對于非矩形截面的梁構(gòu)件(如三角形、圓形)，在增強處理后也為矩形截面。并且，試樣可以為空心體，也可以為實心體。
[0014]本發(fā)明的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置，試驗時，在分配梁中部施加壓力，使試件產(chǎn)生彎曲；同時，分配梁將壓力平均分配并傳遞到兩個加載臂自由端，使試件測試段兩端相對反向扭轉(zhuǎn)。在測試段安裝位移傳感器儀，測量彎曲撓度值，并從壓力傳感器讀取壓力載荷值。這樣僅輸入一個壓力載荷，即可實現(xiàn)梁構(gòu)件的彎扭組合加載。通過扭轉(zhuǎn)角度、彎曲撓度、壓力載荷，可得到梁構(gòu)件在彎扭組合加載下的彎矩-撓度和扭矩-轉(zhuǎn)角曲線。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種利用本發(fā)明的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置進行梁構(gòu)件彎扭試驗的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟:
[0016]SS1.將梁構(gòu)件試樣兩端放置在扭轉(zhuǎn)-簡支組合支座上，在梁構(gòu)件試樣的中部區(qū)域取一定長度作為彎扭測試段，在該彎扭測試段上固設(shè)組合加載部件；
[0017]SS2.在分配梁中部施加壓力載荷，使梁構(gòu)件試樣產(chǎn)生彎曲，分配梁將壓力平均分配并傳遞到設(shè)置在彎扭測試段兩端部的加載臂的自由端，使彎扭測試段兩端相對反向扭轉(zhuǎn);
[0018]SS3.利用設(shè)置在分配梁上的壓力傳感器測試壓力載荷，結(jié)合梁構(gòu)件試樣的長度和加載臂長度，計算梁構(gòu)件試樣的彎矩和扭矩，利用設(shè)置在彎扭測試段中部的位移傳感器測量梁構(gòu)件試樣的彎曲撓度，扭轉(zhuǎn)角度通過設(shè)置在扭轉(zhuǎn)支座上的電子扭角儀測量固定基座和扭轉(zhuǎn)支座之間的相對扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角；
[0019]SS4.通過扭轉(zhuǎn)角度、彎曲撓度、壓力載荷得到梁構(gòu)件試樣在彎扭組合加載下的彎矩-撓度曲線和扭矩-轉(zhuǎn)角曲線。
[0020]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于，僅對梁構(gòu)件試樣施加一個壓力載荷，即可同時獲得彎矩和扭矩，邊界條件設(shè)置巧妙而合理，且試驗參數(shù)測量直觀方便，試驗數(shù)據(jù)準確。裝置對梁的材料、截面形式、加載范圍沒有特殊限制，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，適用范圍廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置整體圖；
[0022]圖2為簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座示意圖，其中，(A)為截面方向示意圖，⑶為側(cè)面方向示意圖；
[0023]圖3為測試段加載截面局部放大圖，其中，(A)為矩形截面梁構(gòu)件；(B)為三角形截面梁構(gòu)件；(C)為圓形截面梁構(gòu)件。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0025]如圖1?2所示，本發(fā)明的梁構(gòu)件彎扭組合加載試驗裝置，它包括簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座和組合加載部件兩部分。簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座包括固定基座1、輥筒2、扭轉(zhuǎn)支座3、簡支支座4、電子扭角儀5、墊板6。試樣兩端分別固定一個簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座，用于支撐試樣，控制邊界條件。具體為:固定基座I上放置若干輥筒2，輥筒2支撐扭轉(zhuǎn)支座3，并安裝電子扭角儀5，這部分結(jié)構(gòu)組合用于確定試件的扭轉(zhuǎn)邊界條件，并測量扭轉(zhuǎn)角度。扭轉(zhuǎn)支座3上面再安裝簡支支座4，用于確定試件的簡支彎曲邊界條件。為實現(xiàn)準確的扭轉(zhuǎn)加載，通過扭轉(zhuǎn)支座3弧度設(shè)計和試件墊板6厚度調(diào)整，確保支座扭轉(zhuǎn)半徑通過試件的截面扭轉(zhuǎn)中心。
[0026]組合加載部件包括加載連桿7、加載臂8、分配梁9、加載截面增強體10、壓力傳感器11、位移傳感器12。在試件中部區(qū)域取一定長度作為彎扭測試段，在測試段兩端分別安裝一個水平反向的加載臂8，將兩個加載臂8的自由端用分配梁9固定連接。試驗時，在分配梁9中部施加壓力，使試件產(chǎn)生彎曲；同時，分配梁將壓力平均分配并傳遞到兩個加載臂8自由端，使試件測試段兩端相對反向扭轉(zhuǎn)。在測試段安裝位移傳感器12，測量彎曲撓度值，并從壓力傳感器11讀取壓力載荷值，并可通過調(diào)整加載臂8長度，獲得需要施加的扭矩。這樣僅輸入一個壓力載荷，即可實現(xiàn)對梁構(gòu)件的彎扭組合加載。通過扭轉(zhuǎn)角度、彎曲撓度、壓力載荷，可得到梁構(gòu)件在彎扭組合下的彎矩-撓度和扭矩-轉(zhuǎn)角曲線。
[0027]如圖2所示，固定基座I是一個無蓋箱體，側(cè)壁上有凹槽，用于安裝輥筒2。輥筒2由軸芯和外筒裝配組合而成，軸芯的兩端部分削平，安置在壁面凹槽內(nèi)，使外筒可懸空自由轉(zhuǎn)動。外筒上支撐扭轉(zhuǎn)支座3，扭轉(zhuǎn)支座3下表面呈弧面形狀，其曲率中心位于試件的扭轉(zhuǎn)中心，外部焊接成形，內(nèi)部空心有支撐梁，既可減輕重量，又能確保外部形狀。
[0028]在使用本發(fā)明的梁構(gòu)件彎扭組合加載試驗裝置時，參照圖2，先按照梁構(gòu)件試樣長度，將兩個裝配有輥筒2的固定基座I固定在地面或試驗臺架上，再依次往上放置扭轉(zhuǎn)支座
3、簡支支座4和墊板6，然后將電子扭角儀5固定在扭轉(zhuǎn)支座3上。這部分部件可保證試樣的彎曲和扭轉(zhuǎn)邊界條件，并測量扭轉(zhuǎn)角度。
[0029]參照圖1和圖3，在試樣中部區(qū)域取一定長度作為測試段，測試段兩端加載截面外部分別套上增強體10。測試段兩端分別安裝一個水平反向的加載臂8，用加載連桿7強化固定防止加載臂8變形，加載臂8的自由端上安裝立柱，用分配梁9固定連接。分配梁9和試樣上分別安裝壓力傳感器11和位移傳感器12。這部分用于施加彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，并測量載荷與撓度值。
[0030]參照圖1，將試樣兩端放置在扭轉(zhuǎn)-簡支組合支座I上，對分配梁9中部施加壓力，使試件產(chǎn)生彎曲；同時，分配梁9將壓力平均分配并傳遞到兩個加載臂8自由端，使試件測試段兩端相對反向扭轉(zhuǎn)。試驗中所需的彎矩和扭矩由外力載荷P產(chǎn)生，P值由壓力傳感器11測量，并可通過試樣長度和加載臂長度，計算彎矩和扭矩，撓度由位移傳感器12測量，扭轉(zhuǎn)角度通過電子扭角儀5測量固定基座1和扭轉(zhuǎn)支座3之間的相對轉(zhuǎn)角實現(xiàn)。這樣僅輸入一個壓力載荷，即可實現(xiàn)梁構(gòu)件的彎扭組合加載，得到彎矩-撓度和扭矩-轉(zhuǎn)角曲線。
[0031]如圖3所示，在使用本發(fā)明的梁構(gòu)件彎扭組合加載試驗裝置時，梁構(gòu)件的截面形狀不受限制，可以為矩形、三角形或圓形。無論是哪種截面形狀，均采用增強體10在加載處將試樣包裹為矩形截面。并且，梁構(gòu)件可以為空心體，也可以為實心體。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置，包括簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座和組合加載部件，其特征在于，至少兩所述簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座固定設(shè)置在基礎(chǔ)或地面上，用于支撐被加載測試的梁構(gòu)件試樣和控制邊界條件，且所述簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座之間具有一定的間距，所述梁構(gòu)件試樣兩端分別設(shè)置至少一所述簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座；在所述梁構(gòu)件試樣的中部區(qū)域取一定長度作為彎扭測試段，在所述彎扭測試段上固設(shè)所述組合加載部件；其中， -所述簡支-扭轉(zhuǎn)組合支座包括從下到上依次安裝在一起的固定基座、輥筒、扭轉(zhuǎn)支座和簡支支座，所述固定基座和扭轉(zhuǎn)支座之間設(shè)置若干個所述輥筒，在所述扭轉(zhuǎn)支座上安裝電子扭角儀，所述扭轉(zhuǎn)支座的下表面為弧面，所述簡支支座上方設(shè)置所述梁構(gòu)件試樣的端部，且所述簡支支座和梁構(gòu)件試樣的端部之間設(shè)置厚度可調(diào)整的構(gòu)件墊板，所述扭轉(zhuǎn)支座的扭轉(zhuǎn)半徑通過所述梁構(gòu)件試樣的截面扭轉(zhuǎn)中心； --組合加載部件包括加載臂、分配梁和加載截面增強體，所述組合加載部件用于施加彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，并測量載荷與撓度值:在所述彎扭測試段兩端加載表面分別套設(shè)加載截面增強體，并在所述彎扭測試段兩端分別安裝一設(shè)置在加載截面增強體上的水平反向的加載臂，所述水平反向的加載臂的自由端之間用分配梁固定連接，在所述分配梁上安裝有壓力傳感器，且所述分配梁的中部為壓力施加點，在所述彎扭測試段的中部安裝有位移傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置，其特征在于，所述組合加載部件還包括加載連桿，所述加載連桿設(shè)置在所述加載截面增強體和加載臂之間，以利用加載連桿強化固定防止加載臂變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置，其特征在于，在所述加載臂的自由端上安裝立柱，用分配梁固定連接所述立柱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置，其特征在于，所述固定基座是一個無蓋箱體，側(cè)壁上有凹槽，用于安裝輥筒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置，其特征在于，所述輥筒由軸芯和外筒裝配組合而成，軸芯的兩端球面部分削平，安置在所述固定基座的側(cè)壁凹槽內(nèi)，所述外筒可懸空自由轉(zhuǎn)動，所述外筒支撐扭轉(zhuǎn)支座，所述扭轉(zhuǎn)支座下表面呈弧面形狀，其曲率中心位于所述梁構(gòu)件試樣的扭轉(zhuǎn)中心，外部焊接成形，內(nèi)部空心有支撐梁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置，其特征在于，所述簡支支座為細長圓柱體，在扭轉(zhuǎn)支座上表面焊接三角鐵，用于防止圓柱體滾動。
7.一種利用權(quán)利要求1至6所述的梁構(gòu)件彎扭試驗加載裝置進行梁構(gòu)件彎扭試驗的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: s51.將梁構(gòu)件試樣兩端放置在扭轉(zhuǎn)-簡支組合支座上，在梁構(gòu)件試樣的中部區(qū)域取一定長度作為彎扭測試段，在該彎扭測試段上固設(shè)組合加載部件； s52.在分配梁中部施加壓力載荷，使梁構(gòu)件試樣產(chǎn)生彎曲，分配梁將壓力平均分配并傳遞到設(shè)置在彎扭測試段兩端部的加載臂的自由端，使彎扭測試段兩端相對反向扭轉(zhuǎn)； s553.利用設(shè)置在分配梁上的壓力傳感器測試壓力載荷，結(jié)合梁構(gòu)件試樣的長度和加載臂長度，計算梁構(gòu)件試樣的彎矩和扭矩，利用設(shè)置在彎扭測試段中部的位移傳感器測量梁構(gòu)件試樣的彎曲撓度，扭轉(zhuǎn)角度通過設(shè)置在扭轉(zhuǎn)支座上的電子扭角儀測量固定基座和扭轉(zhuǎn)支座之間的相對扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角； SS4.通過扭轉(zhuǎn)角度、彎曲撓度、壓力載荷得到梁構(gòu)件試樣在彎扭組合加載下的彎矩-撓度曲線和扭矩-轉(zhuǎn)角曲線。
【文檔編號】G01N3/26GK104359754SQ201410532785
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】陳嘯, 唐荊, 楊科, 趙曉路, 徐建中 申請人:中國科學院工程熱物理研究所