CN113933145B - 一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，通过装配式落锤与分配梁实现箱型梁试验模型动态纯弯曲载荷加载，通过调整落锤质量与高度改变动态载荷幅值，通过调整配重部的单体重量和个数改变箱型梁试验模型自振频率，通过电磁铁与激光传感器联合控制防止落锤二次冲击，通过两个固定部的夹持固定和滑动接触，可进行插接和固定，方便了不同长度的箱型梁试验模型进行固定，同时固定部和本装置的导向架采用分离式设计，可进行灵活变更和调整，方便操作以及加快实验速度，通过两端的夹持固定，避免了箱型梁试验模型在接受冲击后产生弹跳。

Description

一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置

技术领域

本发明涉及工程实验设备技术领域，具体而言，涉及一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置。

背景技术

结构试验中，使用落锤冲击试验装置对结构进行冲击试验，分析冲击载荷作用下结构失效与极限强度，对揭示结构动态失效机理具有重要意义。

落锤冲击试验的原理是，调整落锤质量并提升至预定高度，释放落锤自由落体，在接触试验模型的瞬间达到一定冲击速度，将重力势能转化为动能，对试验模型施加垂直向下的动态载荷。

现有冲击试验机存在以下问题：船舶与海洋工程结构物跨度较长，考虑一定缩尺比后模型尺度仍较大，超过现有冲击试验机允许的尺度范围；在试验过程中，箱型梁跨中受到冲击载荷作用后，箱型梁两端容易发生弹跳，可能导致箱型梁偏离预定位置，难以出现预期的动态失效破坏模式；现有冲击试验机仅能以集中力方式提供落锤冲击载荷，难以实现箱型梁的纯弯曲加载；落锤冲击试验模型后将弹起，对模型造成二次或多次冲击损伤，影响对试验模型失效模式的判断分析，为此提出一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置。

发明内容

根据本发明的实施例旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

根据本发明的实施例的第一目的在于提供一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置。

发明第一方面的实施例提供了一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，包括：固定部，所述固定部夹持固定箱型梁试验模型，且所述固定部和所述箱型梁试验模型之间可进行相对横向滑动，所述固定部与外部平面固定装配；分配梁，所述分配梁设置在所述箱型梁试验模型上表面中部，且分配梁与所述箱型梁试验模型接触部位至少设置两个；装配式落锤，所述装配式落锤纵向对应所述分配梁，所述装配式落锤滑动连接导向架，所述装配式落锤包括：至少一个配重板和耳板，所述个配重板和所述耳板采用纵向堆叠设置；支撑部，所述支撑部被配置为对所述装配式落锤进行悬空支撑；其中，所述箱型梁试验模型内壁底端设置至少一个配重部，且至少一个所述配重部以箱型梁试验模型的中心为对称中心左右对称设置。

根据本发明提供的一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，通过装配式落锤与分配梁实现箱型梁试验模型动态纯弯曲载荷加载，通过调整落锤质量与高度改变动态载荷幅值，通过调整配重部的单体重量和个数改变箱型梁试验模型自振频率，通过电磁铁与激光传感器联合控制防止落锤二次冲击，通过两个固定部的夹持固定和滑动接触，可进行插接和固定，方便了不同长度的箱型梁试验模型进行固定，同时固定部和本装置的导向架采用分离式设计，可进行灵活变更和调整，方便操作以及加快实验速度，通过两端的夹持固定，避免了箱型梁试验模型在接受冲击后产生弹跳，采用装配式落锤进行实验可进行自由组合，以更改配重，增加了不同的施力数值，为实验增添了更多了的模拟状态。

另外，根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述任一技术方案中，所述支撑部包括：永磁铁和电磁铁，所述永磁铁与所述电磁铁纵向对应；激光传感器，所述激光传感器电连接所述电磁铁；其中，所述永磁铁固定安装在耳板下表面，所述电磁铁和激光传感器安装在导向架侧壁。

在该技术方案中，通过永磁铁和电磁铁的配合施加磁力支撑，通过是否通电的方式进行作用力的是否施加，同时采用电磁作用力的方式相比于传统的机械式支撑作用，不仅能够产生隔离避免发生碰撞，而且反应灵敏能够应对短时间内的启动，通过激光传感器对电磁铁的启动进行控制，能够对于快速下落的装配式落锤进行快速的反应，进一步缩短了支撑作用力的触发延迟，为避免箱型梁试验模型在单次的实验中产生二次碰撞留出了可操作的时间。

上述任一技术方案中，所述固定部包括：底座和顶板，所述底座和所述顶板采用栓接固定，所述底座侧壁和所述顶板侧壁分别转动安装圆钢；其中，所述圆钢侧壁中部分别贴合箱型梁试验模型外壁上端和下端。

在该技术方案中，通过底座和顶板的分离然后再装配的方式，可对不同型号的箱型梁试验模型进行适应固定，通过圆钢进行上下夹持固定，并且圆钢可进行转动，使得箱型梁试验模型在进行夹持的纵向移动约束的同时，能够进行横向的移动方便了在实验中的拆卸，降低了实验的箱型梁试验模型反复拆装繁琐程度，降低了实验人员的负担，而且通过上述的固定方式也能够应对箱型梁试验模型产生弯曲时的拆装，避免了在试验后箱型梁试验模型卡死在装置内的发生。

上述任一技术方案中，所述分配梁包括：受力梁和施力梁，所述受力梁和所述施力梁通过连接块固定装配，所述施力梁设置在箱型梁试验模型上表面。

在该技术方案中，通过受力梁和施力梁分别承担受力和施力的作用，有利于将装配式落锤的作用力进行分散作用，使得实现箱型梁的纯弯曲加载的预想得以实现，避免了单一作用力的直接施加。

上述任一技术方案中，所述装配式落锤还包括：锤头，所述锤头上表面固定连接配重板下表面，所述锤头下表面中心处纵向对准所述受力梁中心处。

在该技术方案中，加设锤头进行直接的作用力接触，由于体积更小，可在成本允许的范围内提高锤头的硬度，避免多次实验锤头损坏，锤头纵向对准受力梁的中心处，可使得受力梁在受力后状态更加稳定，避免受力梁产生侧翻。

上述任一技术方案中，所述固定部和所述导向架分别设置两个，且所述固定部的中心连线和所述导向架的中心连线相互垂直。

在该技术方案中，固定部设置两个可对箱型梁试验模型的两端进行分别固定，导向架设置两个可对下落的装配式落锤进行更加稳定的下落导向，由于箱型梁试验模型的长干型的结构特点和安装的方式，所以需要箱型梁试验模型进行横向移动的位置校准和移动的过程，通过两个固定部和导向架的类十字架的摆放方式有助于箱型梁试验模型的快速固定，同时在实验的过程中本装置和箱型梁试验模型之间不会在受力冲击下产生磕碰，保证了装置内部个结构的安全，在实验前，也方便对作用点的选择和调试，避免装配式落锤的落空，有助于实验的顺利进行。

上述任一技术方案中，所述耳板上表面开设滑孔，所述滑孔内壁贴合导向架侧壁。

在该技术方案中，通过滑孔内壁与导向架侧壁的滑动导向，使得装配式落锤的下落更加准确和稳定，避免了施力作用点与预期的误差，和在碰撞后产生结构件的飞崩，有助于对装置内壁个结构的稳定。

上述任一技术方案中，所述导向架下表面固定安装底板，所述底板的中心和导向架的轴线纵向重合。

在该技术方案中，加装底板增大了导向架和支撑地面的接触面积，可保证导向架在剧烈的冲击中不会发生倾倒，底板的中心和导向架的轴线纵向重合有助于作用力的均匀传递，避免局部受力过大造成破损。

上述任一技术方案中，所述施力梁包括至少两个横杆，或多个左右对称分布的横杆，或多个阵列分布的横杆。

在该技术方案中，通过将施力梁设置至少两个的横杆，可对下方的箱型梁试验模型进行两处以上的作用力传递，使得作用力的承接更加分散和整体承接更加均匀；或多个左右对称分布的横杆，以或箱型梁试验模型进行左右对称设置，使得对箱型梁试验模型的整体受力更加均匀，避免箱型梁试验模型产生受力偏移以及对固定部的额外侧向冲击；或多个阵列分布的横杆，使得箱型梁试验模型承接的作用力呈矩阵分散分布，进一步分散了箱型梁试验模型的受力。

上述任一技术方案中，所述激光传感器的纵向高度高于分配梁的纵向最高点。

在该技术方案中，通过激光传感器的纵向高度高于分配梁的纵向最高点，可使得激光传感器先于分配梁对装配式落锤进行反应，进一步为支撑部的支撑作用留出了时间。

根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为本发明的导向杆及其连接结构剖视图；

图3为本发明的分配梁及其连接结构示意图；

图4为本发明的耳板俯视图；

图5为本发明的固定部及其连接结构示意图。

其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1固定部、101底座、102顶板、103圆钢、2箱型梁试验模型、3分配梁、301受力梁、302施力梁、303连接块、4装配式落锤、401配重板、402耳板、403锤头、404滑孔、405吊钩、5支撑部、501永磁铁、502电磁铁、503激光传感器、6导向架、7配重部、8底板、9橡胶垫、10肘板。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1-5，本发明第一方面的实施例提供了一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，包括：固定部1，固定部1夹持固定箱型梁试验模型2，且固定部1和箱型梁试验模型2之间可进行相对横向滑动，固定部1与外部平面固定装配；分配梁3，分配梁3设置在箱型梁试验模型2上表面中部，且分配梁3与箱型梁试验模型2接触部位至少设置两个；装配式落锤4，装配式落锤4纵向对应分配梁3，装配式落锤4滑动连接导向架6，装配式落锤4包括：至少一个配重板401和耳板402，个配重板401和耳板402采用纵向堆叠设置；支撑部5，支撑部5被配置为对装配式落锤4进行悬空支撑；其中，箱型梁试验模型2内壁底端设置至少一个配重部7，且至少一个配重部7以箱型梁试验模型2的中心为对称中心左右对称设置。

根据本发明提供的一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，通过装配式落锤4与分配梁3实现箱型梁试验模型2动态纯弯曲载荷加载，通过调整落锤质量与高度改变动态载荷幅值，通过调整配重部7的单体重量和个数改变箱型梁试验模型2自振频率，通过电磁铁502与激光传感器503联合控制防止落锤二次冲击，通过两个固定部1的夹持固定和滑动接触，可进行插接和固定，方便了不同长度的箱型梁试验模型2进行固定，同时固定部1和本装置的导向架6采用分离式设计，可进行灵活变更和调整，方便操作以及加快实验速度，通过两端的夹持固定，避免了箱型梁试验模型2在接受冲击后产生弹跳，采用装配式落锤4进行实验可进行自由组合，以更改配重，增加了不同的施力数值，为实验增添了更多的模拟状态。

进一步地，装配式落锤4顶部设置有吊钩405，由外部起吊机进行向上拉升，方便了装配式落锤4的拆装。

进一步地，导向架6为两个长度不同的竖杆固定连接组成，以便形成中部平台，供支撑部5进行固定，以及装配式落锤4的下落限定，避免箱型梁试验模型2在击穿后装配式落锤4继续下落。

进一步地，配重部7采用配重沙袋，具有成本低，方便拆装易于调节的优点，且配重部7在箱型梁试验模型2内部等间距均匀铺设。

上述任一实施例中，如图1-5所示，支撑部5包括：永磁铁501和电磁铁502，永磁铁501与电磁铁502纵向对应；激光传感器503，激光传感器503电连接电磁铁502；其中，永磁铁501固定安装在耳板402下表面，电磁铁502和激光传感器503安装在导向架6侧壁。

在该实施例中，通过永磁铁501和电磁铁502的配合施加磁力支撑，通过是否通电的方式进行作用力的是否施加，同时采用电磁作用力的方式相比于传统的机械式支撑作用，不仅能够产生隔离避免发生碰撞，而且反应灵敏能够应对短时间内的启动，通过激光传感器503对电磁铁502的启动进行控制，能够对于快速下落的装配式落锤4进行快速的反应，进一步缩短了支撑作用力的触发延迟，为避免箱型梁试验模型2在单次的实验中产生二次碰撞留出了可操作的时间。

具体地，永磁铁501和电磁铁502为同性产生互斥力，以便对永磁铁501和装配式落锤4进行悬空支撑。

上述任一实施例中，如图1-5所示，固定部1包括：底座101和顶板102，底座101和顶板102采用栓接固定，底座101侧壁和顶板102侧壁分别转动安装圆钢103；其中，圆钢103侧壁中部分别贴合箱型梁试验模型2外壁上端和下端。

在该实施例中，通过底座101和顶板102的分离然后再装配的方式，可对不同型号的箱型梁试验模型2进行适应固定，通过圆钢103进行上下夹持固定，并且圆钢103可进行转动，使得箱型梁试验模型2在进行夹持的纵向移动约束的同时，能够进行横向的移动方便了在实验中的拆卸，降低了实验的箱型梁试验模型2反复拆装繁琐程度，降低了实验人员的负担，而且通过上述的固定方式也能够应对箱型梁试验模型2产生弯曲时的拆装，避免了在试验后箱型梁试验模型2卡死在装置内的发生。

具体地，底座101上表面固定安装有螺栓，与螺母配合夹持固定顶板102，使得纵向对应的两个圆钢103之间的距离进行调节，以便对不同的箱型梁试验模型2进行夹持固定。

上述任一实施例中，如图1-5所示，分配梁3包括：受力梁301和施力梁302，受力梁301和施力梁302通过连接块303固定装配，施力梁302设置在箱型梁试验模型2上表面。

在该实施例中，通过受力梁301和施力梁302分别承担受力和施力的作用，有利于将装配式落锤4的作用力进行分散作用，使得实现箱型梁试验模型2的纯弯曲加载的预想得以实现，避免了单一作用力的直接施加。

具体地，施力梁302直接放置在箱型梁试验模型2的上表面中部，且受力梁301、施力梁302和连接块303的总重量不超过装配式落锤4的十分之一，降低对实验结果造成影响。

上述任一实施例中，如图1-5所示，装配式落锤4还包括：锤头403，锤头403上表面固定连接配重板401下表面，锤头403下表面中心处纵向对准受力梁301中心处。

在该实施例中，加设锤头403进行直接的作用力接触，由于体积更小，可在成本允许的范围内提高锤头403的硬度，避免多次实验锤头403损坏，锤头403纵向对准受力梁301的中心处，可使得受力梁301在受力后状态更加稳定，避免受力梁301产生侧翻。

进一步地，锤头403下表面固定安装橡胶垫9，通过调整橡胶垫9刚度改变动态载荷脉冲特性，增大了本装置的模拟状态范围。

上述任一实施例中，如图1-5所示，固定部1和导向架6分别设置两个，且固定部1的中心连线和导向架6的中心连线相互垂直。

在该实施例中，固定部1设置两个可对箱型梁试验模型2的两端进行分别固定，导向架6设置两个可对下落的装配式落锤4进行更加稳定的下落导向，由于箱型梁试验模型2的长干型的结构特点和安装的方式，所以需要箱型梁试验模型2进行横向移动的位置校准和移动的过程，通过两个固定部1和导向架6的类十字架的摆放方式有助于箱型梁试验模型2的快速固定，同时在实验的过程中本装置和箱型梁试验模型2之间不会在受力冲击下产生磕碰，保证了装置内部结构的安全，在实验前，也方便对作用点的选择和调试，避免装配式落锤4的落空，有助于实验的顺利进行。

上述任一实施例中，如图1-5所示，耳板402上表面开设滑孔404，滑孔404内壁贴合导向架6侧壁。

在该实施例中，通过滑孔404内壁与导向架6侧壁的滑动导向，使得装配式落锤4的下落更加准确和稳定，避免了施力作用点与预期的误差，和在碰撞后产生结构件的飞崩，有助于对装置内部结构的稳定。

上述任一实施例中，如图1-5所示，导向架6下表面固定安装底板8，底板8的中心和导向架6的轴线纵向重合。

在该实施例中，加装底板8增大了导向架6和支撑地面的接触面积，可保证导向架6在剧烈的冲击中不会发生倾倒，底板8的中心和导向架6的轴线纵向重合有助于作用力的均匀传递，避免局部受力过大造成破损。

进一步地，底板8上表面和导向架6侧壁分别固定连接肘板10，增强了底板8和导向架6之间的连接固定程度，用以应对实验中的冲击。

上述任一实施例中，如图1-5所示，施力梁302包括至少两个横杆，或多个左右对称分布的横杆，或多个阵列分布的横杆。

在该实施例中，通过将施力梁302设置至少两个的横杆，可对下方的箱型梁试验模型2进行两处以上的作用力传递，使得作用力的承接更加分散和整体承接更加均匀；或多个左右对称分布的横杆，以或箱型梁试验模型2进行左右对称设置，使得对箱型梁试验模型2的整体受力更加均匀，避免箱型梁试验模型2产生受力偏移以及对固定部1的额外侧向冲击；或多个阵列分布的横杆，使得箱型梁试验模型2承接的作用力呈矩阵分散分布，进一步分散了箱型梁试验模型2的受力。

上述任一实施例中，如图1-5所示，激光传感器503的纵向高度高于分配梁3的纵向最高点。

在该实施例中，通过激光传感器503的纵向高度高于分配梁3的纵向最高点，可使得激光传感器503先于分配梁3对装配式落锤4进行反应，进一步为支撑部5的支撑作用留出了时间。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的实施例做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，其特征在于，包括：

固定部(1)，所述固定部(1)夹持固定箱型梁试验模型(2)，且所述固定部(1)和所述箱型梁试验模型(2)之间可进行相对横向滑动，所述固定部(1)与外部平面固定装配；

分配梁(3)，所述分配梁(3)设置在所述箱型梁试验模型(2)上表面中部，其结构包括受力梁(301)和施力梁(302)，所述受力梁(301)和所述施力梁(302)通过连接块(303)固定装配，所述施力梁(302)包括至少两个横杆、或多个左右对称分布的横杆、或多个阵列分布的横杆并设置在箱型梁试验模型(2)上表面；

装配式落锤(4)，所述装配式落锤(4)纵向对应所述分配梁(3)，所述装配式落锤(4)滑动连接导向架(6)，所述装配式落锤(4)包括：

至少一个配重板(401)和耳板(402)，所述个配重板(401)和所述耳板(402)采用纵向堆叠设置；

支撑部(5)，所述支撑部(5)包括：永磁铁(501)和电磁铁(502)，所述永磁铁(501)与所述电磁铁(502)纵向对应；激光传感器(503)，所述激光传感器(503)电连接所述电磁铁(502)；其中，所述永磁铁(501)固定安装在耳板(402)下表面，所述电磁铁(502)和激光传感器(503)安装在导向架(6)侧壁；

所述箱型梁试验模型(2)内壁底端设置至少一个配重部(7)，且至少一个所述配重部(7)以箱型梁试验模型(2)的中心为对称中心左右对称设置。

2.根据权利要求1所述的一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，其特征在于，所述固定部(1)包括：

底座(101)和顶板(102)，所述底座(101)和所述顶板(102)采用栓接固定，所述底座(101)侧壁和所述顶板(102)侧壁分别转动安装圆钢(103)；

其中，所述圆钢(103)侧壁中部分别贴合箱型梁试验模型(2)外壁上端和下端。

3.根据权利要求1所述的一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，其特征在于，所述装配式落锤(4)还包括：

锤头(403)，所述锤头(403)上表面固定连接配重板(401)下表面，所述锤头(403)下表面中心处纵向对准所述受力梁(301)中心处。

4.根据权利要求1所述的一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，其特征在于，所述固定部(1)和所述导向架(6)分别设置两个，且所述固定部(1)的中心连线和所述导向架(6)的中心连线相互垂直。

5.根据权利要求1所述的一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，其特征在于，所述耳板(402)上表面开设滑孔(404)，所述滑孔(404)内壁贴合导向架(6)侧壁。

6.根据权利要求1所述的一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，其特征在于，所述导向架(6)下表面固定安装底板(8)，所述底板(8)的中心和导向架(6)的轴线纵向重合。

7.根据权利要求1所述的一种长跨度箱型梁动态弯曲极限强度试验装置，其特征在于，所述激光传感器(503)的纵向高度高于分配梁(3)的纵向最高点。

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