一種可拆卸式新型桁架節點試驗裝置的製作方法

2024-01-21 06:05:15 2

專利名稱：一種可拆卸式新型桁架節點試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於土木工程中的結構工程領域，特別涉及一種可拆卸式新型桁架節點試驗裝置。
背景技術：
桁架結構具有質量輕、剛度大、整體性能好、外表美觀、製作和安裝方便等優良性能。近年來，各類桁架結構在國內外工程實踐中得到廣泛的應用，如橋梁、展館、體育場、穹形結構、機場航站樓、車站、高聳塔架等。一些大型場館如北京的國家體育館、國家大劇院、首都機場新航站樓；橋梁如四川忠縣長江大橋、南海紫洞大橋等，均採用了桁架結構，並取得了良好的工程效果。節點是桁架結構中的關鍵部位，也是受力情況最為複雜的區域。節點的力學性能是桁架結構安全的保障，因此，需要對桁架節點開展有針對性的力學試驗，對節點性能進行研究和評估。在傳統的單個節點試驗中，需要對節點的各個杆件施加相應的荷載、位移邊界條件，並且往往需要實現對多個不同角度杆端的同步加載，以近似模擬節點的實際受力狀態。這給試驗操作帶來極大的難度，甚至難以有效實現。隨著結構加工工藝的完善以及焊接技術、設備上的進步，桁架節點的形式(節點區杆件的數量、角度等)越來越多，相應的，其荷載位移邊界條件也越來越複雜。如何實現對桁架節點複雜邊界的準確模擬並方便的進行加載，對節點試驗提出了新的要求。因此，實踐中迫切需求一種傳力明確、操作簡便、經濟可靠、可以準確模擬節點實際受力狀態的桁架節點試驗裝置，來適應科學研究和工程實踐的需求。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提出的一種可拆卸式桁架節點試驗裝置，該裝置可有效解決上述現有技術中存在的操作繁瑣、結構複雜、準確性和可靠性不夠高、經濟性差等缺點。為解決上述問題，本發明提出了如下的技術方案一種可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，包括試驗裝置主體I和待測試的桁架節點
2;所述的試驗裝置主體I包括裝置主杆9和裝置支杆10 ;所述的待測試的桁架節點2包括節點弦杆3和節點腹杆5 ；其中，所述的試驗裝置主體I和待測試的桁架節點2，通過法蘭4和法蘭6連接節點弦杆3和裝置主杆9由法蘭4通過螺栓連接，節點腹杆5和裝置支杆10由法蘭6通過螺栓連接；連接時，通過法蘭、螺栓定位，使得節點的杆件和裝置中相應的杆件的軸線重合；法蘭和螺栓的具體規格應根據杆件的最大抗拉強度確定，以保證連接能始終實現荷載的有效傳遞；在節點弦杆3的端部布置弦杆荷載傳感器7，在節點腹杆5的端部布置腹杆荷載傳感器8，以實時測試節點各杆件的內力。、
在此基礎上，通過對試驗裝置主體I施加簡單的單向荷載，如壓荷載，即可通過各連接杆件對待測試的桁架節點2施加多重邊界條件，模擬其在實際結構中的受力狀態；同時可在節點弦杆3和節點腹杆5的相交點或附近，布置應變計和位移計，以獲得節點的荷載-變形、荷載-應變關係曲線等實時響應數據。試驗裝置主體I的祐1架形式可採用華倫式(Warren)祐1架、普拉特(Pratt)祐1架或芬克(Fink)桁架等其他常見形式；
試驗裝置主體I的桁架類型可採用鋼桁架或鋼-混凝土組合結構桁架；所述節點弦杆3和節點腹杆5的橫截面為矩形、圓形、橢圓形、工字型、L型或槽型；所述節點弦杆3和節點腹杆5採用的鋼材材料是普通鋼材、高強鋼材或不鏽鋼，採用的混凝土材料是普通混凝土或高強混凝土；所述待測試的桁架節點2可以為K形、T形、N形、KT形、Y形或X形；根據不同形式節點區的需求，通過調整桁架裝置的杆件來布置。本發明的有益效果為( I)和目前常用的單個節點試驗裝置相比，該可拆卸式桁架節點試驗裝置避免了多個千斤頂多角度的聯合作動、同步加載；通過該裝置，僅需要施加單向荷載，即可通過裝置杆件與待測試的桁架節點杆件之間的荷載傳遞，實現節點的複雜受力；因而操作簡便，大大降低了試驗難度；(2)該可拆卸式桁架節點試驗裝置，可以使節點的邊界條件與其在真實結構中的一致，能更準確地模擬待測試的桁架節點在桁架中的實際受力狀態，提高了力學實驗的準確性和可靠性；(3)該桁架節點試驗裝置傳力明確，可以通過力學概念及相關軟體對節點杆件的荷載進行分析；同時，可以通過荷載傳感器、應變計、位移計的配合使用，獲得詳實的節點試驗數據，利於對試驗結果的分析；(4)該桁架節點試驗裝置中，通過法蘭、螺栓與待測試的桁架節點連接，在節點破壞後，可將節點拆卸，連接新節點並進行試驗，達到重複使用的效果，經濟性好；(5)該裝置適用於華倫式(Warren)祐1架、普拉特(Pratt)祐1架或芬克(Fink)祐1架等多種類型的桁架結構，和K形、T形、N形、KT形等多種形狀、多種截面、多種材料的節點。


圖I為本發明的實施例I的K形桁架節點試驗裝置圖；圖2為本發明的實施例2的T形桁架節點試驗裝置圖；圖3為本發明的實施例3的N形桁架節點試驗裝置圖；圖4為本發明的實施例4的KT形桁架節點試驗裝置圖；圖5為本發明適用的華倫式(Warren)祐1架示意圖，圖中標示的節點為K形節點；圖6為本發明適用的普拉特(Pratt)祐1架示意圖，圖中標示的節點為N形節點；圖7為本發明適用的芬克(Fink)桁架示意圖，圖中標示的節點有兩種，其中上部的節點為T形節點，下部的節點為K形節點；圖8為本發明所提供的裝置可用於測試的T形桁架節點示意圖9為本發明所提供的裝置可用於測試的K形桁架節點示意圖；圖10為本發明所提供的裝置可用於測試的N形桁架節點示意圖；圖11為本發明所提供的裝置可用於測試的KT形桁架節點示意具體實施例方式本發明提供了一種可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，下面結合實施例和附圖對本發明的具體實施方式
做進一步的說明。實施例I :圖I為本發明的實施例，測試K形桁架節點的試驗裝置示意圖。試驗裝置主體I的結構按照K形節點應用的華倫式(Warren)祐1架製作,在典型位置預留出K形節點的空間。同時，試驗裝置主體I的杆件截面強度和剛度應為待測試的桁架節點2 (所述的待測試的桁架節點2包括節點弦杆3和節點腹杆5)的I. 5倍以上，以保證試驗最終獲得待測試的桁架節點2破壞的效果。待測試的K形桁架節點2由節點弦杆3和兩個節點腹杆5組成，為保證待測試的K形桁架節點2的節點區不受杆端荷載的影響，節點弦杆3的長度取節點弦杆3外徑的7 8倍；節點腹杆5的長度取節點腹杆5外徑的5 6倍。試驗裝置主體I和待測試的桁架節點2，通過3個法蘭4和4個法蘭6連接其中節點弦杆3和裝置主杆9由法蘭4通過螺栓連接，節點腹杆5桿和裝置支杆10由法蘭6通過螺栓連接；連接時，需通過法蘭、螺栓定位，使得節點的杆件和裝置中相應的杆件的軸線重合，以保證桁架杆件軸力的有效傳遞。在節點弦杆3的端部，布置弦杆荷載傳感器7，在節點腹杆5的端部，布置腹杆荷載傳感器8，分別測試其在試驗過程的杆件內力。在節點弦杆3和節點腹杆5的相交點或附近，布置應變計和位移計，以獲得節點的荷載-變形、荷載-應變關係曲線等實時響應數據。裝置安裝完成後，利用千斤頂或MTS作動器，對裝置上部主杆11施加壓荷載，通過杆件之間的荷載傳遞，模擬K形節點待測試的桁架節點2的實際工作狀態。試驗結束後，將K形節點待測試的桁架節點2拆卸，更換新的待測試的桁架節點，再次進行試驗。實施例2 圖2為本發明的實施例，測試T形桁架節點的試驗裝置示意圖。試驗裝置主體I的結構按照T形節點應用的桁架製作，試驗裝置主體I的杆件截面強度和剛度為待測試的桁架節點2 (所述的待測試的桁架節點2包括節點弦杆3和節點腹杆5)的I. 5倍以上，以保證試驗最終獲得待測試的桁架節點2破壞的效果。待測試的T形桁架節點2由節點弦杆3和節點腹杆5組成，兩者相互垂直，為保證待測試的T形桁架節點2的節點區不受杆端荷載的影響，節點弦杆3的長度取節點弦杆3外徑的7 8倍；節點腹杆5的長度取節點腹杆5外徑的5飛倍。試驗裝置主體I和待測試的桁架節點2，通過3個法蘭4和2個法蘭6連接其中節點弦杆3和裝置主杆9由法蘭4通過螺栓連接，節點腹杆5和裝置支杆10由法蘭6通過 螺栓連接；連接時，需通過法蘭、螺栓定位，使得節點的杆件和裝置中相應的杆件的軸線重合，以保證桁架杆件軸力的有效傳遞。在節點弦杆3的端部，布置弦杆荷載傳感器7，在節點腹杆5的端部，布置腹杆荷載傳感器8，分別測試其在試驗過程的杆件內力。在節點弦杆3和節點腹杆5的相交點或附近，布置應變計和位移計，以獲得節點的荷載-變形、荷載-應變關係曲線等實時響應數據。裝置安裝完成後，利用千斤頂或MTS作動器，對裝置上部主杆11施加壓荷載，通過杆件之間的荷載傳遞，模擬T形節點待測試的桁架節點2的實際工作狀態。試驗結束後，將T形節點待測試的桁架節點2拆卸，更換新的待測試的桁架節點2，再次進行試驗。實施例3 圖3為本發明的實施例，測試N形桁架節點的試驗裝置示意圖。試驗裝置主體I的結構按照N形節點應用的桁架製作，裝置I的杆件截面強度和剛度為待測試的桁架節點2 (所述的待測試的桁架節點2包括節點弦杆3和節點腹杆5)的
I.5倍以上，以保證試驗最終獲得待測試的桁架節點2破壞的效果。待測試的N形桁架節點2由節點弦杆3和兩個節點腹杆5組成，為保證待測試的N形桁架節點2的節點區不受杆端荷載的影響，節點弦杆3的長度取其外徑的71倍；節點腹杆5的長度取其外徑的5飛倍。試驗裝置主體I和待測試的桁架節點2，通過3個法蘭4和4個法蘭6連接其中節點弦杆3和裝置主杆9由法蘭4通過螺栓連接，節點腹杆5和裝置支杆10由法蘭6通過螺栓連接；連接時，需通過法蘭、螺栓定位，使得節點的杆件和裝置中相應的杆件的軸線重合，以保證桁架杆件軸力的有效傳遞。在節點弦杆3的端部，布置弦杆荷載傳感器7，在節點腹杆5的端部，布置腹杆荷載傳感器8，分別測試其在試驗過程的杆件內力。在節點弦杆3和節點腹杆5的相交點或附近，布置應變計和位移計，以獲得節點的荷載-變形、荷載-應變關係曲線等實時響應數據。節點、量測裝置安裝完成後，利用千斤頂或MTS作動器，對裝置上部主杆11施加壓荷載，通過杆件之間的荷載傳遞，模擬N形節點待測試的桁架節點2的實際工作狀態。試驗結束後，將N形節點待測試的桁架節點2拆卸，更換新的待測試的桁架節點，再次進行試驗。實施例4 圖4為本發明的實施例，測試KT形桁架節點的試驗裝置示意圖。試驗裝置主體I的結構按照KT形節點應用的桁架製作，裝置I的杆件截面強度和剛度為待測試的桁架節點2 (所述的待測試的桁架節點2包括節點弦杆3和節點腹杆5)的
I.5倍以上，以保證試驗最終獲得待測試的桁架節點2破壞的效果。待測試的KT形桁架節點2由節點弦杆3和三個節點腹杆5組成，為保證待測試的KT形桁架節點2的節點區不受杆端荷載的影響，節點弦杆3的長度取節點弦杆3外徑的7 8倍；節點腹杆5的長度取節點腹杆5外徑的5 6倍。試驗裝置主體I和待測試的桁架節點2，通過3個法蘭4和6個法蘭6連接其中節點弦杆3和裝置主杆9由法蘭4通過螺栓連接，節點腹杆5和裝置支杆10由法蘭6通過螺栓連接；連接時，需通過法蘭、螺栓定位，使得節點的杆件和裝置中相應的杆件的軸線重合，以保證桁架杆件軸力的有效傳遞。在節點弦杆3的端部，布置弦杆荷載傳感器7，在節點腹杆5的端部，布置腹杆荷載傳感器8，分別測試其在試驗過程的杆件內力。在節點弦杆3和節點腹杆5的相交點或附近，布置應變計和位移計，以獲得節點的荷載-變形、荷載-應變關係曲線等實時響應數據。節點、量測裝置安裝完成後，利用千斤頂或MTS作動器，對裝置上部主杆11施加壓荷載，通過杆件之間的荷載傳遞，模擬KT形節點待測試的桁架節點2的實際工作狀態。試 驗結束後，將KT形節點待測試的桁架節點2拆卸，更換新的待測試的桁架節點，再次進行試驗。
權利要求
1.一種可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置包括試驗裝置主體(I)和待測試的桁架節點(2)； 其中，所述的試驗裝置主體(I)和待測試的桁架節點(2)，通過法蘭(4)和法蘭(6)連接節點弦杆(3)和裝置主杆(9)由法蘭(4)通過螺栓連接，節點腹杆(5)和裝置支杆(10)由法蘭(6)通過螺栓連接；連接時，通過法蘭、螺栓定位，使得節點的杆件和裝置中相應的杆件的軸線重合； 在節點弦杆(3)的端部布置弦杆荷載傳感器(7)，在節點腹杆(5)的端部布置腹杆荷載傳感器(8 )，用於實時測試節點各杆件的內力。
2.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，在節點弦杆(3)和節點腹杆(5)的相交點或附近，布置應變計和位移計，用於獲得節點的荷載-變形、荷 載-應變關係曲線的實時響應數據。
3.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，所述的試驗裝置主體(I)的桁架形式採用華倫式桁架、普拉特桁架或芬克桁架。
4.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，所述待測試的桁架節點(2)為K形、T形、N形、KT形、Y形或X形。
5.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，所述的試驗裝置主體(I)的桁架類型採用鋼桁架或鋼-混凝土組合結構桁架。
6.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，所述節點弦杆(3)和節點腹杆(5)的橫截面為矩形、圓形、橢圓形、工字型、L型和槽型中的一種。
7.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，所述節點弦杆(3)和節點腹杆(5)採用的鋼材材料是普通鋼材、高強鋼材或不鏽鋼，採用的混凝土材料是普通混凝土或高強混凝土。
8.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，所述的試驗裝置主體(I)的杆件截面強度和剛度為待測試的桁架節點(2)的I. 5倍以上。
9.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，所述的節點弦杆(3)的長度取節點弦杆(3)外徑的7 8倍；節點腹杆(5)的長度取節點腹杆(5)外徑的5 6倍。
10.根據權利要求I所述的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，其特徵在於，試驗結束後，將待測試的桁架節點(2)拆卸，更換新的待測試的桁架節點，再次進行試驗。
全文摘要
本發明公開了一種屬於土木工程中的結構工程領域的可拆卸式新型桁架節點試驗裝置，包括試驗裝置主體(1)和待測試的桁架節點(2)；試驗裝置主體(1)和待測試的桁架節點(2)，通過法蘭(4)和法蘭(6)連接節點弦杆(3)和裝置主杆(9)由法蘭(4)通過螺栓連接，節點腹杆(5)和裝置支杆(10)由法蘭(6)通過螺栓連接；節點弦杆(3)的端部布置弦杆荷載傳感器(7)，節點腹杆(5)的端部布置腹杆荷載傳感器(8)；通過對試驗裝置主體(1)施加簡單的單向荷載，即可通過各連接杆件對待測試的桁架節點(2)施加多重邊界條件，模擬其在實際結構中的受力狀態。本裝置傳力明確、操作簡便、經濟可靠、可重複利用。
文檔編號G01M99/00GK102706682SQ20121019610
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月14日 優先權日2012年6月14日
發明者侯超, 韓林海 申請人:清華大學