一種梁構件彎扭組合加載試驗裝置及方法
2023-05-31 04:26:21
一種梁構件彎扭組合加載試驗裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種梁構件彎扭組合加載試驗裝置及方法，包括簡支-扭轉組合支座和組合加載部件，簡支-扭轉組合支座安裝在梁構件試樣的兩端，在試樣中部區域取一定長度作為測試段，在測試段上設置組合加載部件，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，使試樣產生彎曲；分配梁將壓力平均分配並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。根據所測得的扭轉角度、彎曲撓度和壓力載荷，可得到梁構件在彎扭組合加載下的彎矩-撓度和扭矩-轉角曲線。本發明僅施加一個壓力載荷，便可實現梁構件的彎扭組合加載，邊界條件設置巧妙而合理，參數測量直觀方便，試驗數據準確。
【專利說明】一種梁構件彎扭組合加載試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種試驗加載裝置，尤其是一種梁構件彎扭組合加載試驗裝置及方法。
【背景技術】
[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件，在風載荷和地震等複雜受力作用下，不僅會受到軸向力和彎矩，還有扭矩的共同作用。因此，深入研究梁構件的彎扭組合加載情況對分析結構性能、破壞機理有重要作用。目前研究梁構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，例如彎矩邊界條件不是理想簡支，扭矩施加時梁構件不是理想轉動，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，有的局限於某種材料梁構件，有的加載範圍有限，有的造價高昂，因此這些裝置都難以在試驗或實際工程中普遍推廣。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種梁構件彎扭試驗加載裝置及方法，其彎矩邊界條件為理想簡支，扭矩施加時梁構件為理想轉動，可在同一加載條件下同時獲得彎矩和扭矩載荷，且整體結構簡單、製造成本低、試驗數據準確。
[0004]本發明為解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0005]一種梁構件彎扭試驗加載裝置，包括簡支-扭轉組合支座和組合加載部件，其特徵在於，至少兩所述簡支-扭轉組合支座固定設置在基礎或地面上，用於支撐被加載測試的梁構件試樣和控制邊界條件，且所述簡支-扭轉組合支座之間具有一定的間距，所述梁構件試樣兩端分別設置至少一所述簡支-扭轉組合支座；在所述梁構件試樣的中部區域取一定長度作為彎扭測試段，在所述彎扭測試段上固設所述組合加載部件；其中，
[0006]一所述簡支-扭轉組合支座包括從下到上依次安裝在一起的固定基座、輥筒、扭轉支座和簡支支座，所述固定基座和扭轉支座之間設置若干個所述棍筒，在所述扭轉支座上安裝電子扭角儀，所述扭轉支座的下表面為弧面，所述簡支支座上方設置所述梁構件試樣的端部，且所述簡支支座和梁構件試樣的端部之間設置厚度可調整的構件墊板，所述扭轉支座的扭轉半徑通過所述梁構件試樣的截面扭轉中心；
[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於施加彎曲和扭轉載荷，並測量載荷與撓度值:在所述彎扭測試段兩端加載表面分別套設加載截面增強體，並在所述彎扭測試段兩端分別安裝一設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]優選地，所述組合加載部件還包括加載連杆，所述加載連杆設置在所述加載截面增強體和加載臂之間，以利用加載連杆強化固定防止加載臂變形。
[0009]優選地，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、輥筒和扭轉支座可確定所述梁構件試件的扭轉邊界條件，並通過所述電子扭角儀測量所述梁構件試樣的扭轉角度值。為實現準確的扭轉加載，通過扭轉支座弧度設計和試件墊板厚度調整，確保支座扭轉半徑通過試件的截面扭轉中心。
[0011 ] 優選地，所述固定基座是一個無蓋箱體，側壁上有凹槽，用於安裝輥筒。
[0012]優選地，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壁凹槽內，所述外筒可懸空自由轉動，所述外筒支撐扭轉支座，所述扭轉支座下表面呈弧面形狀，其曲率中心位於所述梁構件試樣的扭轉中心，外部焊接成形，內部空心有支撐梁。這樣的結構既可減輕重量，又能確保外部形狀。進一步地，所述扭轉支座的上表面中部安裝簡支支座，用於確定試件的彎曲邊界條件。優選地，所述簡支支座為細長圓柱體，在扭轉支座上表面焊接三角鐵，用於防止圓柱體滾動。
[0013]利用所述加載截面增強體對構件加載截面(加載臂處)做適當增強保護，以避免梁構件在加載截面產生破壞，確保試件的主要破壞產生在測試段。對於非矩形截面的梁構件(如三角形、圓形)，在增強處理後也為矩形截面。並且，試樣可以為空心體，也可以為實心體。
[0014]本發明的梁構件彎扭試驗加載裝置，試驗時，在分配梁中部施加壓力，使試件產生彎曲；同時，分配梁將壓力平均分配並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。在測試段安裝位移傳感器儀，測量彎曲撓度值，並從壓力傳感器讀取壓力載荷值。這樣僅輸入一個壓力載荷，即可實現梁構件的彎扭組合加載。通過扭轉角度、彎曲撓度、壓力載荷，可得到梁構件在彎扭組合加載下的彎矩-撓度和扭矩-轉角曲線。
[0015]根據本發明的另一方面，還提供了一種利用本發明的梁構件彎扭試驗加載裝置進行梁構件彎扭試驗的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟:
[0016]SS1.將梁構件試樣兩端放置在扭轉-簡支組合支座上，在梁構件試樣的中部區域取一定長度作為彎扭測試段，在該彎扭測試段上固設組合加載部件；
[0017]SS2.在分配梁中部施加壓力載荷，使梁構件試樣產生彎曲，分配梁將壓力平均分配並傳遞到設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;
[0018]SS3.利用設置在分配梁上的壓力傳感器測試壓力載荷，結合梁構件試樣的長度和加載臂長度，計算梁構件試樣的彎矩和扭矩，利用設置在彎扭測試段中部的位移傳感器測量梁構件試樣的彎曲撓度，扭轉角度通過設置在扭轉支座上的電子扭角儀測量固定基座和扭轉支座之間的相對扭轉轉角；
[0019]SS4.通過扭轉角度、彎曲撓度、壓力載荷得到梁構件試樣在彎扭組合加載下的彎矩-撓度曲線和扭矩-轉角曲線。
[0020]相對於現有技術，本發明的優點在於，僅對梁構件試樣施加一個壓力載荷，即可同時獲得彎矩和扭矩，邊界條件設置巧妙而合理，且試驗參數測量直觀方便，試驗數據準確。裝置對梁的材料、截面形式、加載範圍沒有特殊限制，結構簡單，成本較低，適用範圍廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的梁構件彎扭試驗加載裝置整體圖；
[0022]圖2為簡支-扭轉組合支座示意圖，其中，(A)為截面方向示意圖，⑶為側面方向示意圖；
[0023]圖3為測試段加載截面局部放大圖，其中，(A)為矩形截面梁構件；(B)為三角形截面梁構件；(C)為圓形截面梁構件。
【具體實施方式】
[0024]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本發明進一步詳細說明。
[0025]如圖1?2所示，本發明的梁構件彎扭組合加載試驗裝置，它包括簡支-扭轉組合支座和組合加載部件兩部分。簡支-扭轉組合支座包括固定基座1、輥筒2、扭轉支座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-扭轉組合支座，用於支撐試樣，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支撐扭轉支座3，並安裝電子扭角儀5，這部分結構組合用於確定試件的扭轉邊界條件，並測量扭轉角度。扭轉支座3上面再安裝簡支支座4，用於確定試件的簡支彎曲邊界條件。為實現準確的扭轉加載，通過扭轉支座3弧度設計和試件墊板6厚度調整，確保支座扭轉半徑通過試件的截面扭轉中心。
[0026]組合加載部件包括加載連杆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，使試件產生彎曲；同時，分配梁將壓力平均分配並傳遞到兩個加載臂8自由端，使試件測試段兩端相對反向扭轉。在測試段安裝位移傳感器12，測量彎曲撓度值，並從壓力傳感器11讀取壓力載荷值，並可通過調整加載臂8長度，獲得需要施加的扭矩。這樣僅輸入一個壓力載荷，即可實現對梁構件的彎扭組合加載。通過扭轉角度、彎曲撓度、壓力載荷，可得到梁構件在彎扭組合下的彎矩-撓度和扭矩-轉角曲線。
[0027]如圖2所示，固定基座I是一個無蓋箱體，側壁上有凹槽，用於安裝輥筒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，使外筒可懸空自由轉動。外筒上支撐扭轉支座3，扭轉支座3下表面呈弧面形狀，其曲率中心位於試件的扭轉中心，外部焊接成形，內部空心有支撐梁，既可減輕重量，又能確保外部形狀。
[0028]在使用本發明的梁構件彎扭組合加載試驗裝置時，參照圖2，先按照梁構件試樣長度，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支座
3、簡支支座4和墊板6，然後將電子扭角儀5固定在扭轉支座3上。這部分部件可保證試樣的彎曲和扭轉邊界條件，並測量扭轉角度。
[0029]參照圖1和圖3，在試樣中部區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，用加載連杆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。這部分用於施加彎曲和扭轉載荷，並測量載荷與撓度值。
[0030]參照圖1，將試樣兩端放置在扭轉-簡支組合支座I上，對分配梁9中部施加壓力，使試件產生彎曲；同時，分配梁9將壓力平均分配並傳遞到兩個加載臂8自由端，使試件測試段兩端相對反向扭轉。試驗中所需的彎矩和扭矩由外力載荷P產生，P值由壓力傳感器11測量，並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，扭轉角度通過電子扭角儀5測量固定基座1和扭轉支座3之間的相對轉角實現。這樣僅輸入一個壓力載荷，即可實現梁構件的彎扭組合加載，得到彎矩-撓度和扭矩-轉角曲線。
[0031]如圖3所示，在使用本發明的梁構件彎扭組合加載試驗裝置時，梁構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，均採用增強體10在加載處將試樣包裹為矩形截面。並且，梁構件可以為空心體，也可以為實心體。
[0032]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的範圍之內。
【權利要求】
1.一種梁構件彎扭試驗加載裝置，包括簡支-扭轉組合支座和組合加載部件，其特徵在於，至少兩所述簡支-扭轉組合支座固定設置在基礎或地面上，用於支撐被加載測試的梁構件試樣和控制邊界條件，且所述簡支-扭轉組合支座之間具有一定的間距，所述梁構件試樣兩端分別設置至少一所述簡支-扭轉組合支座；在所述梁構件試樣的中部區域取一定長度作為彎扭測試段，在所述彎扭測試段上固設所述組合加載部件；其中， -所述簡支-扭轉組合支座包括從下到上依次安裝在一起的固定基座、輥筒、扭轉支座和簡支支座，所述固定基座和扭轉支座之間設置若干個所述輥筒，在所述扭轉支座上安裝電子扭角儀，所述扭轉支座的下表面為弧面，所述簡支支座上方設置所述梁構件試樣的端部，且所述簡支支座和梁構件試樣的端部之間設置厚度可調整的構件墊板，所述扭轉支座的扭轉半徑通過所述梁構件試樣的截面扭轉中心； --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於施加彎曲和扭轉載荷，並測量載荷與撓度值:在所述彎扭測試段兩端加載表面分別套設加載截面增強體，並在所述彎扭測試段兩端分別安裝一設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.根據權利要求1所述的梁構件彎扭試驗加載裝置，其特徵在於，所述組合加載部件還包括加載連杆，所述加載連杆設置在所述加載截面增強體和加載臂之間，以利用加載連杆強化固定防止加載臂變形。
3.根據權利要求1所述的梁構件彎扭試驗加載裝置，其特徵在於，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.根據權利要求1所述的梁構件彎扭試驗加載裝置，其特徵在於，所述固定基座是一個無蓋箱體，側壁上有凹槽，用於安裝輥筒。
5.根據權利要求1所述的梁構件彎扭試驗加載裝置，其特徵在於，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壁凹槽內，所述外筒可懸空自由轉動，所述外筒支撐扭轉支座，所述扭轉支座下表面呈弧面形狀，其曲率中心位於所述梁構件試樣的扭轉中心，外部焊接成形，內部空心有支撐梁。
6.根據權利要求5所述的梁構件彎扭試驗加載裝置，其特徵在於，所述簡支支座為細長圓柱體，在扭轉支座上表面焊接三角鐵，用於防止圓柱體滾動。
7.一種利用權利要求1至6所述的梁構件彎扭試驗加載裝置進行梁構件彎扭試驗的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟: s51.將梁構件試樣兩端放置在扭轉-簡支組合支座上，在梁構件試樣的中部區域取一定長度作為彎扭測試段，在該彎扭測試段上固設組合加載部件； s52.在分配梁中部施加壓力載荷，使梁構件試樣產生彎曲，分配梁將壓力平均分配並傳遞到設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； s553.利用設置在分配梁上的壓力傳感器測試壓力載荷，結合梁構件試樣的長度和加載臂長度，計算梁構件試樣的彎矩和扭矩，利用設置在彎扭測試段中部的位移傳感器測量梁構件試樣的彎曲撓度，扭轉角度通過設置在扭轉支座上的電子扭角儀測量固定基座和扭轉支座之間的相對扭轉轉角； SS4.通過扭轉角度、彎曲撓度、壓力載荷得到梁構件試樣在彎扭組合加載下的彎矩-撓度曲線和扭矩-轉角曲線。
【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 優先權日:2014年10月10日
【發明者】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