CN106248484A - 一种组合荷载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合荷载试验装置，属于钢管试验技术领域，解决了弯矩和轴向载荷组合加载试验成本高和准确度低的问题，解决该问题的技术方案主要包括具有两个加载座的试验机，两个加载座之间设有放置试件的空间，还包括两个分别连接于试件两端且面对面设置的组合荷载发生装置，所述组合荷载发生装置设有承受加载座压力作用的第一圆柱和承受加载座拉力作用的第二圆柱，第一圆柱和第二圆柱都与组合荷载发生装置线接触。本发明提高了钢管试验的准确性和安全性。

Description

一种组合荷载试验装置

技术领域

本发明涉及一种组合荷载试验装置，用于实现弯矩和轴向载荷的组合加载。

背景技术

钢结构由于设计、制造和使用环境都会引起结构的破坏，需要对重要节点和钢管材料进行相应的试验研究和检测，而钢管结构在实际应用中会受到弯矩和轴向载荷的作用，因此，如何准确实现弯矩和轴向载荷的组合加载，是保证试验达到预期的重要保证。

科研和检测单位没有专门购置实现组合荷载的设备，主要利用现有的伺服式万能试验机，通过偏心试验方式实现弯矩和轴向载荷的组合加载，但是偏心距一旦过大就会引起试验件的局部损坏，影响试验准确性，同时，偏心试验一般采用的是面加载而不是线加载，由于钢管构件的截面尺寸较大，面加载会导致加载面上的力分布不均，致使不能准确实施所需的偏心载荷，偏心距的计算也不够准确。

模拟组合荷载还采用长力臂刚性横梁配合双作动器来实现，但多作动器以及制作长力臂的刚性横梁费用会大大增加试验装置的成本，控制多作动器的同步加载也十分困难，即试验的可操作性不强，同时，在试验过程中试验件的变形会引起作动器施加加载点位的偏离，即作动器的承压面会在刚性横梁上滑动，其试验的危险系数较高。

因此，需要发展一种既准确又经济的实施组合加载的试验装置，以便在实际工程或试验中推广应用。

发明内容

本发明要达到的目的就是提供一种组合荷载试验装置，所述组合荷载试验装置简单不仅提高了弯矩和轴向载荷组合加载模拟的准确性，而且试验成本较低。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种组合荷载试验装置，包括具有两个加载座的试验机，两个加载座之间设有放置试件的空间，还包括两个分别连接于试件两端且面对面设置的组合荷载发生装置，所述组合荷载发生装置设有承受加载座压力作用的第一圆柱和承受加载座拉力作用的第二圆柱，第一圆柱和第二圆柱都与组合荷载发生装置线接触。

进一步的，所述组合荷载发生装置包括安装部和固定部，固定部与试件连接，安装部包括面向加载座的第一作用面和背离加载座的第二作用面，第一圆柱的周侧面抵在第一作用面上，第二圆柱的周侧面抵在第二作用面上。

进一步的，所述加载座上设有线荷载转换装置，所述线荷载转换装置连接于第二圆柱。

进一步的，所述线荷载转换装置包括与加载座连接的底板，底板通过螺栓固定于加载座上，且底板上设有向安装部方向延伸的连接板，连接板伸出安装部的端部设有通孔，第二圆柱***通孔。

进一步的，所述安装部上设有限定第一圆柱与试件相对位置的第一线荷载限位装置，所述安装部上还设有限定第二圆柱与试件相对位置的第二线荷载限位装置，所述第一线荷载限位装置和第二线荷载限位装置都与安装部可拆卸连接。

进一步的，所述第一线荷载限位装置包括第一安装板，所述第一安装板通过螺栓固定于第一作用面上，所述第一安装板背离安装部的一侧设有两个相对设置的第一限位板，所述两个第一限位板夹紧第一圆柱，所述第二线荷载限位装置包括第二安装板，所述第二安装板通过螺栓固定于第二作用面上，所述第二安装板背离安装部的一侧设有两个相对设置的第二限位板，所述两个第二限位板夹紧第二圆柱。

进一步的，所述固定部包括短横梁，短横梁上设有与试件同轴设置的连接短管，试件的端部伸入连接短管中，连接短管外侧设有与短横梁连接的加强板。

进一步的，所述安装部包括平行于短横梁的长横梁，长横梁上设有与短横梁连接的传动梁，传动梁垂直于长横梁和短横梁。

进一步的，所述固定部上设有夹持试件的夹具，所述夹具包括连接座和弧形卡爪，连接座内设有小锥齿轮和大锥齿轮，小锥齿轮驱动大锥齿轮，大锥齿轮的背面设有与弧形卡爪连接的螺旋槽，连接座的周侧面上设有扳手调节孔，扳手***扳手调节孔与小锥齿轮的中心孔配合转动小锥齿轮。

进一步的，还包括套装于试件外侧的保护套，所述保护套为圆环，圆环两侧设有紧贴试件周侧面的弹性件。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、首先，加载座通过组合荷载发生装置对试件施加轴向荷载和弯矩的作用，其无需重新购置大型加载设备的条件下，可对现有的试验机进行改装，增加组合荷载发生装置、圆柱和固定装置便可满足组合荷载试验的要求，大大节省了试验成本；其次，在模拟的组合荷载偏心加载时，加载座和圆柱不直接与试件接触，避免试件端部因局部应力过大而破坏，利于模拟试验的准确进行；最后，在模拟的组合荷载偏心加载方法中，第一圆柱与组合荷载发生装置线接触实现压弯试验，第二圆柱与组合荷载发生装置线接触实现拉弯试验，组合荷载发生装置与圆柱的线接触使作用力集中在组合荷载发生装置的接触线上，其作用力分布更加均匀，利于偏心距的测量，提高了偏心载荷实施的准确性，同时，组合荷载发生装置方便圆柱的固定，圆柱作用于组合荷载发生装置时的稳定性和安全性更高。

2、第一圆柱与第一作用面接触，第二圆柱与第二作用面接触，加载座无论是拉弯试验还是压弯试验，圆柱都与安装部线接触，保证试验偏心加载测试的准确性。

3、加载座上设有线荷载转换装置，第二圆柱在试件受到加载座拉力作用时也能压制在第二作用面，实现将加载座的面接触转换为线接触。

4、第一线荷载限位装置和第二线荷载限位装置的设置不仅利于偏心距的测量，而且避免加载过程中圆柱的滑动，提高了圆柱在加载座的作用下的稳定性和安全性。

5、固定件上设置夹具，在进行弯拉试验时，固定部通过夹具使试件的两端连接于固定部，避免拉弯过程中试件与固定部脱离；试件外侧设置保护套，防止试件在压弯或拉弯试验中突然断裂弹出而伤害操作者，提高整个组合荷载试验装置的安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为实施例一中组合荷载试验装置的局部正视图；

图2为实施例一中组合荷载发生装置的正视图；

图3为实施例一中组合荷载发生装置的侧视图；

图4为实施例一中组合荷载发生装置的仰视图；

图5为实施例一中线荷载转换装置的正视图；

图6为实施例一中线荷载转换装置的侧视图；

图7为实施例一中第一线荷载限位装置的正视图；

图8为实施例一中夹具的正视图；

图9为实施例一中保护套的正视图。

图中：1-试件，2-组合荷载发生装置，21-短横梁，22-长横梁，23-连接短管，24-加强板，25-传动梁，26-第一表面，27-第二表面，3-第一圆柱，4-第二圆柱，5-线荷载转换装置，51-底板，52-连接板，53-通孔，6-第一线荷载限位装置，61-第一安装板，62-第一限位板，63-第一限位槽，7-第二线荷载限位装置，8-保护套，81-弹性件，9-夹具，91-连接座，92-弧形卡爪。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供一种组合荷载试验装置，如图1所述，包括具有两个加载座的试验机，两个加载座为沿高度方向分布的上加载座和下加载座，其中上加载座可上下移动实现压力和拉力的加载，下加载座固定不动，且上加载座和下加载座之间设有放置试件1的空间，组合荷载试验装置还包括两个分别连接于试件1两端且面对面设置的组合荷载发生装置2，所述组合荷载发生装置2设有承受加载座压力作用的第一圆柱3和承受加载座拉力作用的第二圆柱4，第一圆柱3和第二圆柱4都与组合荷载发生装置2线接触，两个组合荷载发生装置2上的第一圆柱3的轴线平行且都垂直于试件1的轴线，两个组合荷载发生装置2上的第一圆柱3的轴线所在平面与试件1的轴线平行，两个组合荷载发生装置2上的第二圆柱4的轴线平行且都垂直于试件1的轴线，两个组合荷载发生装置2上的第二圆柱4的轴线所在平面与试件1的轴线平行，便于测量试件与圆柱之间的间距。

加载座通过组合荷载发生装置2对试件1施加轴向荷载和弯矩的作用，无需重新购置大型加载设备的条件下，可对现有的试验机进行改装，增加组合荷载发生装置2、圆柱和固定装置便可满足组合荷载试验的要求，大大节省了试验成本；其次，在模拟的组合荷载偏心加载时，加载座和圆柱不直接与试件1接触，避免试件1端部因局部应力过大而破坏，利于模拟试验的准确进行；最后，模拟的组合荷载偏心加载时，第一圆柱3和第二圆柱4都与组合荷载发生装置2线接触，圆柱的线接触使作用力集中在组合荷载发生装置2的接触线上，其作用力分布更加均匀，利于偏心距的测量，提高了偏心载荷实施的准确性，同时，组合荷载发生装置2方便圆柱的固定，圆柱作用于组合荷载发生装置2时的稳定性和安全性更高。

结合图2至图4，所述组合荷载发生装置2包括安装部和固定部，固定部包括一个与试件1的轴线垂直的短横梁21，且短横梁21的长和宽相等，短横梁21面向试件1的一侧设有与试件1同轴设置的连接短管23，试件1的端部伸入连接短管23内且抵在短横梁21上，连接短管23限制试件1在垂直于试件1轴线的平面上移动，保证试件1在检测条件下稳定的受压或受拉。连接短管23外侧设置有与短横梁21连接的加强板24，且加强板24沿连接短管23的周侧均匀分布，提高连接短管23的强度，避免连接短管23受到试件1的挤压而变形甚至破裂。

安装部包括一个与短横梁21平行的长横梁22，长横梁22的长大于短横梁21的长且宽小于短横梁21的宽，方便第一圆柱3和第二圆柱4相对试件1的偏心设置，长横梁22的一端与短横梁21的一端平齐，且长横梁22上与短横梁21平齐的端部设有传动梁25，传动梁25的宽度从长横梁22向短横梁21逐渐变大，增大传动梁25与短横梁21的接触面积，使传动梁25上的力可均匀的作用于短横梁21上。

长横梁22包括面向加载座的第一表面26和背离加载座的第二表面27，第一表面26与第二表面27都平行于加载座的加载面，且第一表面26包括与试件1线接触的第一作用面，第二表面27包括与第二圆柱4线接触的第二作用面，承受压力作用时，第一圆柱3抵在第一作用面上，第一圆柱3作用在第一作用面是一条接触线，且接触线与试件1的轴线偏心设置，当加载座的压力不断增大时，第一圆柱3不断压制第一作用面会使试件1向第一圆柱3的一侧弯曲，完成轴向压力和弯矩两种载荷的实施和检测。

结合图5和图6，加载座上还设有线荷载转换装置5，线荷载转换装置5包括与加载面贴合的底板51，底板51通过螺钉固定于加载座上，且底板51上设有向安装部方向延伸的两个连接板52，两个连接板52平行设置且两者之间的间距大于长横梁22的宽度，长横梁22水平***两个连接板52之间使连接板52位于长横梁22的外侧，连接板52伸出长横梁22的端部设有通孔53，第二圆柱4***通孔53中使第二圆柱4的两端分别连接于两个连接板52，在试件1承受加载座的拉力作用时，加载座带动连接板52向背离试件1的方向运动，第二圆柱4在受到通孔53侧壁的压力作用时，第二圆柱4的周侧面抵在第二作用面上，第二圆柱4作用在第二作用面是一条接触线，且接触线与试件1的轴线偏心设置，当加载座的拉力不断增大时，第二圆柱4不断压制第二作用面会使试件1向背离第二圆柱4的一侧弯曲，完成轴向拉力和弯矩两种载荷的实施和检测。

结合图7，为保证加载前圆柱与试件1之间的距离一定，所述长横梁22上设有限定第一圆柱3与试件1相对位置的第一线荷载限位装置6，所述长横梁22上还设有限定第二圆柱4与试件1相对位置的第二线荷载限位装置7，所述第一线荷载限位装置6和第二线荷载限位装置7都与安装部可拆卸连接。具体地，所述第一线荷载限位装置6包括第一安装板61，所述第一安装板61贴合于第一作用面且通过螺栓固定于长横梁22上，所述第一安装板61背离安装部的一侧设有两个平行设置的第一限位板62，且两个第一限位板62形成放置第一圆柱3的第一限位槽63，所述第一圆柱3***第一限位槽63中且被两个第一限位板62夹紧；第二线荷载限位装置7的结构与第一线荷载限位装置6的结构相同，具体地，第二线荷载限位装置7包括第二安装板，所述第二安装板贴合于第二作用面且通过螺栓固定于长横梁22上，所述第二安装板背离安装部的一侧设有两个平行设置的第二限位板，两个第二限位板形成放置第二圆柱4的第二限位槽，所述第二圆柱4***第二限位槽中且被两个第二限位板夹紧。

在进行拉弯试验时，首先将两个线荷载转换装置5的底板51分别安装至上加载座和下加载座上，且通过螺栓使底板51固定于加载座上，再将第二线荷载限位装置7的第二安装板安装至组合荷载发生装置2的第二作用面上，并通过螺栓固定，再将安装好的两个组合荷载发生装置2进行吊装找正，将第二圆柱4***第二限位槽和通孔53内，最后将试件1的两端分别***两个连接短管23中。两个加载座向外拉试件1时第二圆柱4受到线荷载转换装置5的拉力作用使第二圆柱4的周侧面抵在第二作用面上，且在拉力不断增大的情况下不断压制第二作用面，实现轴向拉力和弯矩的线加载。

在进行压弯试验时，首先将一个组合荷载发生装置2固定于上加载座上，然后将试件1的一端固定于已安装好的组合荷载发生装置2的连接短管23上，再将另一个组合荷载发生装置2固定于下加载座上，同时试件1的另一端***另一个组合荷载发生装置2的连接短管23上，再将第一线荷载限位装置6安装在组合荷载发生装置2的第一作用面上，最后将第一圆柱3***第一限位槽63和通孔53内。两个加载座的加载面直接压制第一圆柱3，第一圆柱3在受到加载座的压力作用时使第一圆柱3的周侧面压制第一作用面，实现轴向压力和弯矩的线加载。

安装完成后，进行组合荷载试验之前，需进行轻负荷下的预加载，并检查试件1、组合荷载发生装置2和圆柱之间的连接是否可靠，消除间隙的影响。测量圆柱与试件1实际中心线之间的距离，确认偏心距满足试验要求。

结合图8，连接短管23上设有夹持试件的夹具9，所述夹具9包括连接座91和多个弧形卡爪92，所述弧形卡爪为夹持试件端部的活动卡爪，连接座91伸入连接短管23内且与连接短管23螺纹连接，连接座91设有小锥齿轮和大锥齿轮，小锥齿轮驱动大锥齿轮，大锥齿轮的背面设有螺旋槽，且各个活动卡爪与螺旋槽连接，连接座91的周侧面上设有扳手调节孔，扳手***扳手调节孔与小锥齿轮的中心孔配合转动小锥齿轮。

结合图9，试件1外侧套有保护套8，所述保护套8为一个圆环，圆环两侧设有均匀分布的弹性件81，弹性件81的内侧面为圆弧曲面且贴合于试件1的周侧面，防止试件1在压弯或拉弯试验中突然断裂弹出而伤害操作者，提高整个组合荷载试验装置的安全性。

本实施例中，与上加载座连接的线荷载转换装置5根据上加载座的尺寸设计，即与上加载座连接的底板51应与上加载座的加载面的尺寸相匹配，增大上加载座与底板51的接触面积，提高加载过程中的稳定性，同样，与下加载座连接的线荷载转换装置5也应与下加载座的尺寸相匹配。

本实施例中，组合荷载发生装置2的设计荷载是试件1的设计荷载的1.5倍以上，避免组合荷载发生装置2受到加载座的作用力过大而损坏。长横梁22、短横梁21与传动梁25之间的焊接也应该满足承载要求。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (10)

1.一种组合荷载试验装置，包括具有两个加载座的试验机，两个加载座之间设有放置试件的空间，其特征在于：还包括两个分别连接于试件两端且面对面设置的组合荷载发生装置，所述组合荷载发生装置设有承受加载座压力作用的第一圆柱和承受加载座拉力作用的第二圆柱，第一圆柱和第二圆柱都与组合荷载发生装置线接触。

2.根据权利要求1所述的组合荷载试验装置，其特征在于：所述组合荷载发生装置包括安装部和固定部，固定部与试件连接，安装部包括面向加载座的第一作用面和背离加载座的第二作用面，第一圆柱的周侧面抵在第一作用面上，第二圆柱的周侧面抵在第二作用面上。

3.根据权利要求2所述的组合荷载试验装置，其特征在于：所述加载座上设有线荷载转换装置，所述线荷载转换装置连接于第二圆柱。

4.根据权利要求3所述的组合荷载试验装置，其特征在于：所述线荷载转换装置包括与加载座连接的底板，底板通过螺栓固定于加载座上，且底板上设有向安装部方向延伸的连接板，连接板伸出安装部的端部设有通孔，第二圆柱***通孔。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的组合荷载试验装置，其特征在于：所述安装部上设有限定第一圆柱与试件相对位置的第一线荷载限位装置，所述安装部上还设有限定第二圆柱与试件相对位置的第二线荷载限位装置，所述第一线荷载限位装置和第二线荷载限位装置都与安装部可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的组合荷载试验装置，其特征在于：所述第一线荷载限位装置包括第一安装板，所述第一安装板通过螺栓固定于第一作用面上，所述第一安装板背离安装部的一侧设有两个相对设置的第一限位板，所述两个第一限位板夹紧第一圆柱，所述第二线荷载限位装置包括第二安装板，所述第二安装板通过螺栓固定于第二作用面上，所述第二安装板背离安装部的一侧设有两个相对设置的第二限位板，所述两个第二限位板夹紧第二圆柱。

7.根据权利要求2至4任意一项所述的组合荷载试验装置，其特征在于：所述固定部包括短横梁，短横梁上设有与试件同轴设置的连接短管，试件的端部伸入连接短管中，连接短管外侧设有与短横梁连接的加强板。

8.根据权利要求7所述的组合荷载试验装置，其特征在于：所述安装部包括平行于短横梁的长横梁，长横梁上设有与短横梁连接的传动梁，传动梁垂直于长横梁和短横梁。

9.根据权利要求2至4任意一项所述的组合荷载试验装置，其特征在于：所述固定部上设有夹持试件的夹具，所述夹具包括连接座和弧形卡爪，连接座内设有小锥齿轮和大锥齿轮，小锥齿轮驱动大锥齿轮，大锥齿轮的背面设有与弧形卡爪连接的螺旋槽，连接座的周侧面上设有扳手调节孔，扳手***扳手调节孔与小锥齿轮的中心孔配合转动小锥齿轮。

10.根据权利要求1至4任意一项所述的组合荷载试验装置，其特征在于：还包括套装于试件外侧的保护套，所述保护套为圆环，圆环两侧设有紧贴试件周侧面的弹性件。