CN216621969U - 带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，该装置包括底座、轴向加载部件、侧向加载部件和非加载边约束部件；底座上安装有夹持试件钢板下端的固定夹具；侧向加载部件包括反力墙和安装在反力墙上的多组侧向力加载件，每一侧向力加载件包括螺纹顶杆、套接螺纹顶杆的调节螺母和安装在螺纹顶杆的应力传感器，螺纹顶杆穿过对应轴向槽并抵接试件钢板的一面；轴向加载部件可升降地设置在反力墙上，用以沿轴向下压试件钢板；非加载边约束部件设置在试件钢板侧边，其包括铰链、弹簧、固定柱和连接板，铰链连接所述固定柱和所述连接板，弹簧设于固定柱和连接板之间，连接板抵接试件钢板的非加载边，以提供弹性可转动约束。

Description

带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置

技术领域

本实用新型涉及钢板屈曲试验装置技术领域，具体为一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置。

背景技术

近年来，随着社会经济的快速发展，大量高层、超高层建筑开始涌现，在这些建筑结构中，纯钢板剪力墙以及钢板混凝土组合剪力墙、钢管混凝土柱等钢-混凝土组合构件得到越来越多的应用。然而，随着高强混凝土以及高强度钢材的应用，这些构件外侧钢板的宽厚比也越来越大，钢板局部屈曲的问题也逐渐凸显，受到工程人员的重视。在造价经济性方面，采用薄壁组合构件时一般要求钢材及混凝土两者材料力学特性得到充分发挥，钢材要充分发展其屈服强度。在结构安全上来说，钢板局部屈曲问题的出现会导致构件提早破坏甚至结构的整体失效，造成灾难。因此，在经济性与安全性的共同要求下，对组合结构钢板局部屈曲问题的研究很有必要。只有弄清钢板局部屈曲的规则与模态，才能够针对性采取措施避免或延迟钢板局部屈曲的发生。这不仅能产生良好的经济意义，适应时代发展的潮流，且对于钢 -混凝土组合结构以及薄壁钢结构在工程中的发展应用也具有重要意义。

现今，国内外已有部分学者开始对方形、矩形以及其他截面钢管混凝土柱的局部屈曲性能进行相关研究。然而，目前对于钢板局部屈曲的研究并不全面，且这些研究大多处于有限元和理论研究阶段，研究结果无法与准确的试验数据进行对比和校正。原因在于，国内外缺乏***研究钢板局部屈曲的试验装置。且目前仅有的若干针对钢管混凝土柱外侧钢板局部屈曲性能的试验研究中，也存在诸多问题。如：加载设计不合理，加载端设备无法精确单独施加荷载给钢板、无法考虑内侧混凝土所产生的侧约束力大小、无法准确考虑边界条件的作用、目前的试验研究都是基于特定的构件，试验结果不具备普遍意义等。以上这些问题都直接制约了钢结构及组合结构局部屈曲性能的研究进程。

实际工程应用中如纯钢板剪力墙以及钢板混凝土组合剪力墙等构件中的钢板非加载边约束条件并非是固定约束和纯铰接约束，而是一种弹性可转动约束，但是目前还缺乏针对于非加载边界弹性可转动约束的研究，于是无法准确的对实际工程中的钢板局部屈曲性能进行相关研究，因此，非常有必要对钢板局部屈曲试验加载装置进行开发，且装置要具备模拟混凝土对钢板的侧向压力以及钢板的约束边界条件的功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供了一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置。

为实现以上目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，用以研究试件钢板的屈曲性能，包括底座、轴向加载部件、侧向加载部件和非加载边约束部件；

所述底座上安装有夹持试件钢板下端的固定夹具；

所述侧向加载部件包括反力墙和安装在所述反力墙上的多组侧向力加载件，反力墙设于底座上并沿轴向贯穿设置多个轴向槽，侧向力加载件的组数与所述轴向槽数量一致，且每组所述侧向力加载件包含至少一个侧向力加载件，每一所述侧向力加载件包括螺纹顶杆、套接螺纹顶杆的调节螺母和安装在所述螺纹顶杆的应力传感器，所述螺纹顶杆穿过对应所述轴向槽并抵接试件钢板的一面；

所述轴向加载部件可升降地设置在所述反力墙上，且与所述固定夹具上下对应，用以沿轴向下压试件钢板；

两个所述非加载边约束部件分设在试件钢板垂直轴向方向的左右两侧，所述非加载边约束部件包括铰链、弹簧、固定柱和连接板，所述固定柱固定在所述底座上，多个铰链沿轴向间隔布置，每一铰链两端分别连接所述固定柱和所述连接板，弹簧数量与铰链数量一致，每一所述弹簧设于对应铰链前侧且其两端分别连接所述固定柱和所述连接板，连接板远离弹簧一侧抵接试件钢板的非加载边，以提供弹性可转动约束。

作为一种优选方案，所述反力墙在每一轴向槽的前侧对应设置轴向延伸的轴向滑轨；所述侧向力加载件还包括滑块，所述滑块套接所述螺纹顶杆与所述轴向槽沿轴向滑动配合。

作为一种优选方案，所述轴向加载部件包括顶推机构和上夹具，所述顶推机构与所述反力墙滑动配合，所述上夹具安装在顶推机构的下侧并夹紧试件钢板的上端。

作为一种优选方案，所述反力墙朝向试件钢板的一侧设置轴向延伸的加载端滑槽，所述顶推机构设有匹配所述加载端滑槽的T型滑块。

作为一种优选方案，所述固定夹具包括一对呈L型的夹持钢板，所述夹持钢板包括相互垂直连接的夹持板和固定板，两块所述夹持钢板的夹持板共同夹持试件钢板的下端并通过螺栓固定，两块夹持钢板的固定板分别通过螺栓固定至所述底座。

作为一种优选方案，所述夹持钢板还包括至少一加强肋，所述加强肋焊接在夹持板和固定板之间。

作为一种优选方案，所述底座下侧间隔设置多个底座加强肋。

作为一种优选方案，所述反力墙远离试件钢板的一侧焊接有反力墙加强肋，所述反力墙加强肋与所述轴向槽交错设置。

作为一种优选方案，所述固定柱为槽钢，其槽口朝向远离弹簧的一侧。

上述的带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置的试验方法，包括以下步骤：

固定夹具夹持试件钢板的下端；

提供轴向加载部件，通过轴向加载部件夹持试件钢板的上端并下压试件钢板，用以向试件钢板提供轴向加载力；

提供多个螺纹顶杆，为试件钢板的提供侧向约束力，通过调节螺纹顶杆上的调节螺母的松紧改变侧向约束力的大小，用以模拟不同侧向约束力下试件钢板的局部屈曲情况；

提供非加载边约束部件，通过钢板压接试件钢板垂直轴向的一端，以向试件钢板提供非加载边可转动约束，通过采用不同弹性系数的弹簧，来调整非加载边的转动刚度。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型装置能够提供侧向加载和弹性可转动边界约束，在试件钢板垂直轴向方向的左右两侧设置非加载边约束部件，通过非加载边约束部件上的多个弹簧模拟外包钢板- 混凝土构件中钢板弹性可转动的非加载边约束条件，并通过侧向加载部件上的螺纹顶杆提供侧向约束力，相比现有的试验装置能更好较好地模拟外包钢板-混凝土组合结构的钢板受力情况，适用性较强，能更好地贴合实际的钢板在加载过程中的局部屈曲过程，为理论研究和应用设计提供可靠的试验结果。

2、可以通过采用不同弹性系数的弹簧，来调整非加载边的转动刚度，可使试验更贴合实际。

3、通过轴向加载部件的上夹具和底座上的固定夹具夹住钢板的上下两端，能实现钢板两加载边的固端边界的加载条件。

4、反力墙上设置加载端滑槽约束顶推机构的位移，能实现轴向加载部件只沿轴线方向进行移动，保证加载的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型中轴向加载试验装置的侧视图；

图2是本实用新型中轴向加载试验装置的主视图；

图3是本实用新型中轴向加载试验装置的后视图；

图4是本实用新型中轴向加载试验装置的俯视图；

图5是图2沿A-A方向剖切的剖面图；

图6是图2中B位置的局部放大图；

图中：

1、底座；11、底座加强肋；12、固定夹具；121、夹持板；122、加强肋；123、固定板； 2、侧向加载部件；21、反力墙；211、轴向槽；22、螺纹顶杆；23、调节螺母；24、轴向滑轨；25、反力墙加强肋；26、加载端滑槽；27、调节螺母；28、滑块；3、轴向加载部件； 31、顶推机构；311、T型滑块；32、上夹具；4、非加载边约束部件；41、固定柱；42、连接板；43、弹簧；431、第一连接件；432、转动轴；433、第二连接件；44、铰链；100、试件钢板；F、轴向加载力。

具体实施方式

为便于更好地理解本实用新型的目的、结构、特征以及功效等，现结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。此外，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例

请参阅图1-4，本实施例提供一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，用以研究试件钢板的屈曲性能，包括底座1、轴向加载部件3、侧向加载部件2和非加载边约束部件4。

如图1-2所示，所述底座1上安装有夹持试件钢板下端的固定夹具12，所述固定夹具 12包括一对呈L型的夹持钢板，所述夹持钢板包括相互垂直连接的夹持板121和固定板123，两块所述夹持钢板的夹持板121共同夹持试件钢板的下端并通过螺栓固定，两块夹持钢板的固定板123分别通过螺栓固定至所述底座1。所述夹持钢板还包括横向间隔分布的多个加强肋122，所述加强肋122焊接在夹持板121和固定板123之间，避免在试验过程中夹持钢板受力变形。此外，所述底座1下侧间隔焊接有多个底座加强肋11，可避免底座1受压发生形变。

如图1和图3所示，所述侧向加载部件2包括反力墙21和安装在所述反力墙21上的多组侧向力加载件，反力墙21设于底座1上并沿轴向贯穿设置多个轴向槽211，侧向力加载件的组数与所述轴向槽数量一致，且每组所述侧向力加载件包含至少一个侧向力加载件，每一所述侧向力加载件包括螺纹顶杆22、套接螺纹顶杆22的调节螺母27和安装在所述螺纹顶杆 22的应力传感器，所述螺纹顶杆22穿过对应所述轴向槽并抵接试件钢板的一面。本实施例中，调节螺母27锁定在反力墙21的后侧，通过旋转调节螺母27可控制螺纹顶杆22的前后位置，进而调节侧向力的大小，在其他实施例中，调节螺母27也可安装在反力墙21的前侧或者在反力墙21的前后两侧均设置调节螺母27。

进一步，如图3-4，为增强反力墙21的整体强度，所述反力墙21远离试件钢板的一侧焊接有反力墙加强肋25，所述反力墙加强肋与所述轴向槽交错设置。

进一步，如图1、图4和图5，为方便调整侧向力加载件的高度位置，所述反力墙21朝在每一轴向槽的前侧对应设置轴向延伸的轴向滑轨24，轴向滑轨24设置对应轴向槽的长条孔以供螺纹顶杆22穿过；所述侧向力加载件还包括滑块28，所述滑块28套接所述螺纹顶杆22与所述滑槽沿轴向滑动配合。设置轴向滑轨24和滑块28利于螺杆的定位更加准确。

如图1、图2和图4，所述轴向加载部件3可升降地设置在所述反力墙21上，且与所述固定夹具12上下对应，用以沿轴向下压试件钢板。具体的，所述轴向加载部件3包括顶推机构31和上夹具32，所述顶推机构31与所述反力墙21滑动配合，本实施例中，所述反力墙21朝向试件钢板的一侧设置轴向延伸的加载端滑槽26，所述顶推机构31设有匹配所述加载端滑槽26的T型滑块311。如此设置，能实现轴向加载部件3只沿轴线方向进行移动，保证加载的准确性。两个加载端滑槽26左右间隔设置，利于结构平衡。所述上夹具32通过螺栓锁定在顶推机构31的下侧并夹紧试件钢板的上端。本实施例中，上夹具32与固定夹具12 的结构上下对称，此处不再赘述。试验时，可通过设置千斤顶沿轴向下压顶推机构31，以向钢板施加轴向约束力。

如图2、图4和图6两个所述非加载边约束部件4分设在试件钢板垂直轴向方向的左右两侧，所述非加载边约束部件4包括铰链、弹簧43、固定柱41和连接板42，所述固定柱41固定在所述底座1上，多个铰链沿轴向间隔布置，每一铰链44两端分别连接所述固定柱41和所述连接板42，使得连接板42的前端可相对固定柱41摆转。所述铰链包括第一连接件431、第二连接件433和转动轴432，第一连接件431焊接固定柱41，第二连接件433焊接连接板42，转动轴432竖直设置并且穿过第一连接件431和第二连接件433。弹簧43数量与铰链数量一致，每一所述弹簧43设于对应铰链前侧且其两端分别连接所述固定柱41和所述连接板42，连接板42远离弹簧43一侧抵接试件钢板的非加载边，以提供弹性可转动约束。本实施例中，所述固定柱41为槽钢，其槽口朝向远离弹簧43的一侧。

上述带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置的试验方法，包括以下步骤：

固定夹具12夹持试件钢板的下端；提供轴向加载部件3，轴向加载部件3的上夹具夹持试件钢板的上端,并借助外部推力机构下压试件钢板，用以向试件钢板提供轴向加载力F；提供多个螺纹顶杆22，为试件钢板的提供侧向约束力，通过外部电子设备查看压力传感器的受力大小，通过调节螺纹顶杆22上的调节螺母27的松紧改变侧向约束力的大小，用以模拟不同侧向约束力下试件钢板的局部屈曲情况；提供非加载边约束部件4，通过连接板42压接试件钢板100垂直轴向的一端，以向试件钢板提供非加载边可转动约束，通过采用不同弹性系数的弹簧43，来调整非加载边的转动刚度，模拟不同的弹性可转动的非加载边约束条件。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，用以研究试件钢板的屈曲性能，其特征在于，包括底座、轴向加载部件、侧向加载部件和非加载边约束部件；

所述底座上安装有夹持试件钢板下端的固定夹具；

所述侧向加载部件包括反力墙和安装在所述反力墙上的多组侧向力加载件，反力墙设于底座上并沿轴向贯穿设置多个轴向槽，侧向力加载件的组数与所述轴向槽数量一致，且每组所述侧向力加载件包含至少一个侧向力加载件，每一所述侧向力加载件包括螺纹顶杆、套接螺纹顶杆的调节螺母和安装在所述螺纹顶杆的应力传感器，所述螺纹顶杆穿过对应所述轴向槽并抵接试件钢板的一面；

所述轴向加载部件可升降地设置在所述反力墙上，且与所述固定夹具上下对应，用以沿轴向下压试件钢板；

两个所述非加载边约束部件分设在试件钢板垂直轴向方向的左右两侧，所述非加载边约束部件包括铰链、弹簧、固定柱和连接板，所述固定柱固定在所述底座上，多个铰链沿轴向间隔布置，每一铰链两端分别连接所述固定柱和所述连接板，弹簧数量与铰链数量一致，每一所述弹簧设于对应铰链前侧且其两端分别连接所述固定柱和所述连接板，连接板远离弹簧一侧抵接试件钢板的非加载边，以提供弹性可转动约束。

2.根据权利要求1所述的一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，其特征在于，所述反力墙在每一轴向槽的前侧对应设置轴向延伸的轴向滑轨；所述侧向力加载件还包括滑块，所述滑块套接所述螺纹顶杆与所述轴向槽沿轴向滑动配合。

3.根据权利要求1所述的一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，其特征在于，所述轴向加载部件包括顶推机构和上夹具，所述顶推机构与所述反力墙滑动配合，所述上夹具安装在顶推机构的下侧并夹紧试件钢板的上端。

4.根据权利要求3所述的一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，其特征在于，所述反力墙朝向试件钢板的一侧设置轴向延伸的加载端滑槽，所述顶推机构设有匹配所述加载端滑槽的T型滑块。

5.根据权利要求1所述的一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，其特征在于，所述固定夹具包括一对呈L型的夹持钢板，所述夹持钢板包括相互垂直连接的夹持板和固定板，两块所述夹持钢板的夹持板共同夹持试件钢板的下端并通过螺栓固定，两块夹持钢板的固定板分别通过螺栓固定至所述底座。

6.根据权利要求5所述的一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，其特征在于，所述夹持钢板还包括至少一加强肋，所述加强肋焊接在夹持板和固定板之间。

7.根据权利要求1所述的一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，其特征在于，所述底座下侧间隔设置多个底座加强肋。

8.根据权利要求1所述的一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，其特征在于，所述反力墙远离试件钢板的一侧焊接有反力墙加强肋，所述反力墙加强肋与所述轴向槽交错设置。

9.根据权利要求1所述的一种带非加载边弹性转动约束的钢板屈曲试验装置，其特征在于，所述固定柱为槽钢，其槽口朝向远离弹簧的一侧。

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