專利名稱：結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌實驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始破斷通用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域中連續(xù)性倒塌試驗研究，具體涉及一種結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌實驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始破斷通用裝置。
背景技術(shù)：
建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌試驗的操作難點主要體現(xiàn)在如何實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的突然破斷，引入的初始破斷裝置需要具有對擬破壞構(gòu)件常規(guī)性質(zhì)的非干擾性、觸發(fā)后桿件失效的瞬時性、失效觸發(fā)的可控性、破斷的徹底性等特性。目前已有的初始破壞裝置通常不能兼顧這些特性，主要體現(xiàn)在著眼于失效瞬時性的裝置通常由外力觸發(fā)，存在撞擊等能量輸入；而強調(diào)由靜止開始突然破斷的裝置，破斷的可控性和徹底性又往往存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有初始破斷裝置的諸多不足，實現(xiàn)無能量輸入的、可控的、徹底的結(jié)構(gòu)構(gòu)件破斷，本發(fā)明的目的在于提供了一種結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌實驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始破斷通用裝置。該裝置在破斷未觸發(fā)前能完整的傳遞構(gòu)件內(nèi)部軸力(拉、壓)與彎矩，且可以通過焊接、栓接、螺紋連接等方式方便地與鋼框架、混凝土框架、空間結(jié)構(gòu)等多種形式的結(jié)構(gòu)模型相結(jié)合，基本上適用于所有類型結(jié)構(gòu)中所有構(gòu)件的初始破斷要求。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:為了實現(xiàn)連續(xù)性倒塌試驗中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的突然破斷，本發(fā)明的基本思路是將破斷裝置作為構(gòu)件的一部分傳遞構(gòu)件的內(nèi)力，在破斷命令觸發(fā)后使裝置的中間傳力部件從裝置上脫離并形成裝置本身的破斷。因此，本破斷裝置由兩個相互分離的雙斜面鋼頭(分別使用連接端板連接擬破斷構(gòu)件斷開部分的兩個斷面)和將兩個雙斜面鋼頭緊固連接成一體的剪刀夾環(huán)箍(從裝置上脫離形成空隙)組成。鋼頭外輪廓與剪刀夾環(huán)箍內(nèi)表面在相對應(yīng)位置上都采用雙斜面構(gòu)形，使得鋼頭與環(huán)箍可以相互配合，通過機械咬合可以傳遞拉力、壓力和彎矩。剪刀夾環(huán)箍的夾板末端使用拉緊部件，以剪刀夾環(huán)箍的轉(zhuǎn)動軸作為支點使環(huán)箍對鋼頭形成徑向壓力，進而在鋼頭受到由擬破斷構(gòu)件傳遞來的荷載時發(fā)展機械咬合力。觸發(fā)破斷時，使拉緊部件內(nèi)的拉力瞬間消失，剪刀夾環(huán)箍即從裝置上脫離，兩側(cè)的雙斜面鋼頭彼此分離形成破斷狀態(tài)。在承受荷載較大時，拉緊部件可采用鋼拉鎖纏繞電動推桿中推桿伸出部分的持力方式，能在提供數(shù)噸的拉緊力的情況下安全、方便的操控裝置破斷。不同于已有采用“鋼頭+環(huán)箍”的僅適用于擬破斷構(gòu)件兩端鉸接的破斷裝置，本發(fā)明兩個雙斜面鋼頭之間留有距離可調(diào)整的間隙，間隙處的內(nèi)力由鋼環(huán)箍傳遞，因而在擬破斷構(gòu)件兩端固接時仍可形成破斷狀態(tài)；而且使用“鋼拉鎖+電動推桿”作為拉緊部件可以使破斷裝置適用于以往裝置所無法使用的大型試驗。也不同于通過撞擊或外力牽引實現(xiàn)破斷的裝置，使用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的突然破斷完全是由構(gòu)件自身喪失承載能力造成的，沒有無法預(yù)期的外力及能量輸入。本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌實驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始破斷通用裝置，由左側(cè)端板3、右側(cè)端板4、左側(cè)雙斜面鋼頭5、右側(cè)雙斜面鋼頭6、上部環(huán)箍7、下部環(huán)箍8、上部環(huán)箍夾板9、下部環(huán)箍夾板10、環(huán)箍圓軸11和拉緊部件12組成，其中:左側(cè)雙斜面鋼頭5通過左側(cè)端板3與擬破斷構(gòu)件左側(cè)部分I連接成一體，右側(cè)雙斜面鋼頭6通過右側(cè)端板4與擬破斷構(gòu)件右側(cè)部分2連接成一體，左側(cè)雙斜面鋼頭5與右側(cè)雙斜面鋼頭6之間留有適當(dāng)空隙；上部環(huán)箍 與上部環(huán)箍夾板9焊接，下部環(huán)箍8與下部環(huán)箍夾板10焊接，上部環(huán)箍7和下部環(huán)箍8可以以環(huán)箍圓軸11為軸自由轉(zhuǎn)動，形成類似“剪刀”的構(gòu)造；上部環(huán)箍7與下部環(huán)箍8組合成封閉的環(huán)箍，環(huán)箍內(nèi)部設(shè)有凸塊，所述凸塊與左側(cè)雙斜面鋼頭5和右側(cè)雙斜面鋼頭6上相應(yīng)位置的卡槽進行咬合；上部環(huán)箍夾板9和下部環(huán)箍夾板10遠(yuǎn)離環(huán)箍圓軸11的一端之間設(shè)有拉緊部件12 ;所述拉緊部件12采用橡皮筋構(gòu)造或鋼拉鎖和電動推桿組合構(gòu)造。本發(fā)明中，當(dāng)拉緊部件12采用橡皮筋構(gòu)造時，所述構(gòu)造由橡皮繩14和橡皮繩連接件13組成，橡皮繩連接件13為兩個，分別設(shè)置于上部環(huán)箍夾板9和下部環(huán)箍夾板10遠(yuǎn)離環(huán)箍圓軸11 一端的相同位置上，兩個橡皮繩連接件13之間通過橡皮繩14，拉緊部件12的拉緊力通過預(yù)先張拉橡皮筋獲得。本發(fā)明中，當(dāng)拉緊部件12采用鋼拉鎖和電動推桿組合構(gòu)造時，所述構(gòu)造由電動推桿15、電動推桿固定件16、推桿套件17、鋼拉鎖18、鋼絲繩拉緊器19和鋼拉鎖連接件20組成，其中:電動推桿固定件16固定于上部環(huán)箍夾板9遠(yuǎn)離環(huán)箍圓軸11的一端上，其上安裝電動推桿15，電動推桿15的推桿穿過電動推桿固定件16上的圓孔伸出，伸出部分下方與上半部為半圓柱形凹槽的推桿套件17進行半圓形表面接觸配合，推桿套件17的下半部分為另一方向的半圓柱形凹槽，用來固定鋼拉鎖18 —端，鋼拉鎖18另一端連接鋼絲繩拉器19，固定在鋼拉鎖連接件20上，鋼拉鎖連接件20固定于下部環(huán)箍夾板10遠(yuǎn)離環(huán)箍圓軸11的一端上。本發(fā)明的有益效果是，可以在任意類型建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌試驗中，實現(xiàn)對處于任意受力狀態(tài)下構(gòu)件的無外力輸入的破斷。特別是對于足尺或小比例縮尺的結(jié)構(gòu)試驗，具有明顯優(yōu)于其他同類裝置的特質(zhì)。


圖1是本裝置的軸視圖。圖2是本裝置的俯視圖。圖3是本裝置的正視圖。圖4是本裝置的后視圖。圖5是本裝置的側(cè)視圖。圖6是本裝置中拉緊部件采用橡皮繩構(gòu)造的示意圖。圖7(a)是本裝置中拉緊部件采用“鋼拉鎖+電動推桿”構(gòu)造的示意圖。圖7(b)是圖7(a)的1-1剖面圖。圖8是雙斜面鋼頭與剪刀夾環(huán)箍在鋼頭軸線截面上的剖視圖(咬合示意)。圖9是剪刀夾環(huán)箍與雙斜面鋼頭之間傳力的受力分析圖。圖10是拉緊部件通過杠桿作用產(chǎn)生環(huán)箍徑向壓力的受力分析圖。圖11是鋼拉鎖、推桿套件與電動推桿之間受力分析圖。圖中標(biāo)號:1.擬破斷構(gòu)件左側(cè)部分，2.擬破斷構(gòu)件右側(cè)部分，3.左側(cè)端板，4.右側(cè)端板，5.左側(cè)雙斜面鋼頭，6.右側(cè)雙斜面鋼頭，7.上部環(huán)箍，8.下部環(huán)箍，9.上部環(huán)箍夾板，10.下部環(huán)箍夾板，11.環(huán)箍圓軸，12.拉緊部件，13.橡皮繩連接件，14.橡皮繩，15.電動推桿，16.電動推桿固定件，17.推桿套件，18.鋼拉鎖，19.鋼絲繩拉緊器，20.鋼拉鎖連接件。
具體實施例方式下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。實施例1:
一、本裝置的組成部分
圖1-圖6、圖7(a)及圖7(b)為本發(fā)明(含安裝本裝置的擬破斷構(gòu)件)各方向視圖及示意圖。本發(fā)明由3個主要組成部分:
①兩個雙斜面鋼頭及鋼頭連接端板(圖中左側(cè)端板3，右側(cè)端板4，左側(cè)雙斜面鋼頭5和右側(cè)雙斜面鋼頭6);左側(cè)雙斜面鋼頭5與左側(cè)端板3焊接連接，左側(cè)端板3另一側(cè)通過焊接或緊固件連接的方式固定于擬破斷構(gòu)件左側(cè)部分1，右側(cè)雙斜面鋼頭6與右側(cè)端板4焊接連接，右側(cè)端板4另一側(cè)通過焊接或緊固件連接的方式固定于擬破斷構(gòu)件左側(cè)部分2 ；
②剪刀夾環(huán)箍，由兩個半圓形環(huán)箍(圖中上部環(huán)箍7和下部環(huán)箍8)、與環(huán)箍對應(yīng)的夾板(圖中上部環(huán)箍夾板9和下部環(huán)箍夾板10)及轉(zhuǎn)動軸(圖中環(huán)箍圓軸11)構(gòu)成；上部環(huán)箍7與下部環(huán)箍8均呈圓柱厚殼形狀，并將內(nèi)部加工成與兩個雙斜面鋼頭凹槽位置相對應(yīng)的凸塊；兩個環(huán)箍一側(cè)的外表面上為交替的圓柱套筒，將環(huán)箍圓軸11穿入圓柱套筒后可以使兩個環(huán)箍繞環(huán)箍圓軸11自由轉(zhuǎn)動；上部環(huán)箍7和下部環(huán)箍8在套筒的位置上分別焊接上部環(huán)箍夾板9和下部環(huán)箍夾板10，且上部環(huán)箍夾板9在下部環(huán)箍夾板10的下方，如此便能形成以環(huán)箍圓軸11為軸的類似“剪刀”的構(gòu)造，即當(dāng)使環(huán)箍夾板相互靠近時兩個半圓形環(huán)箍同樣相互靠近；
③安裝于剪刀夾環(huán)箍夾板末端的拉緊部件(圖中拉緊部件12)，按試驗實際情況不同可使用橡皮筋構(gòu)造(圖中橡皮繩14、橡皮繩連接件13)或“鋼拉鎖+電動推桿”構(gòu)造(圖中電動推桿15，電動推桿固定件16，推桿套件17，鋼拉鎖18，鋼絲繩拉緊器19，鋼拉鎖連接件20)。當(dāng)使用橡皮筋構(gòu)造時，兩個橡皮繩連接件13分別設(shè)置于上部環(huán)箍夾板9和下部環(huán)箍夾板10末端的相同位置上，橡皮繩14的兩端分別連接兩個橡皮繩連接件13 ;當(dāng)使用“鋼拉鎖+電動推桿”構(gòu)造時，電動推桿固定件16固定于上部環(huán)箍夾板9的末端，其上安裝電動推桿15，電動推桿15中的推桿穿過電動推桿固定件16上的圓孔伸出，伸出部分下方與上半部為半圓柱形凹槽的推桿套件17進行半圓形表面接觸配合，推桿套件17的下半部分為另一半圓柱形凹槽，用來固定鋼拉鎖18 —端，鋼拉鎖18的另一端連接鋼絲繩拉器19后固定在鋼拉鎖連接件20上，鋼拉鎖連接件20固定于下部環(huán)箍夾板10的末端。二、本裝置在未觸發(fā)破斷前、正常參與結(jié)構(gòu)傳力時工作原理及受力機制
圖8-圖11展示了本發(fā)明的具體使用方法、工作原理及受力機制。在本裝置為觸發(fā)破斷前、作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分參與結(jié)構(gòu)傳力時，由擬破斷構(gòu)件傳至裝置的軸力和彎矩在各組分之間的傳遞主要經(jīng)過以下兩個過程:
(I)剪刀夾環(huán)箍對雙楔面鋼頭的徑向壓力提供了兩者配合面之間的機械咬合力，抵抗由擬破斷構(gòu)件傳至鋼頭上的軸力和彎矩
圖8為雙斜面鋼頭與剪刀夾環(huán)箍在鋼頭經(jīng)過軸線截面上的剖視圖，清楚的展示了兩者是如何通過多個相互配合表面咬合在一起的。事實上圖8僅為示意圖，在未觸發(fā)破斷時鋼頭與兩個半圓環(huán)箍是緊密咬合在一起的，其受力分析及計算簡圖見圖9。裝置承受軸向力作用時，環(huán)箍對雙斜面鋼頭上的徑向壓力將在環(huán)箍與雙斜面鋼頭之間產(chǎn)生軸向的機械咬合力，以抵抗裝置受到軸向力作用時的相對移動趨勢。圖9中上部的的小窗口是當(dāng)裝置處于受拉狀態(tài)時受力分析，此時標(biāo)識為
況的斜面處于工作狀態(tài)，單個鋼頭軸向的受力平衡方程為
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌實驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始破斷通用裝置，由左側(cè)端板(3)、右側(cè)端板(4)、左側(cè)雙斜面鋼頭(5)、右側(cè)雙斜面鋼頭(6)、上部環(huán)箍(7)、下部環(huán)箍(8)、上部環(huán)箍夾板(9)、下部環(huán)箍夾板(10)、環(huán)箍圓軸(11)和拉緊部件(12)組成，其特征在于:左側(cè)雙斜面鋼頭(5)通過左側(cè)端板(3)與擬破斷構(gòu)件左側(cè)部分⑴連接成一體，右側(cè)雙斜面鋼頭(6)通過右側(cè)端板(4)與擬破斷構(gòu)件右側(cè)部分(2)連接成一體，左側(cè)雙斜面鋼頭(5)與右側(cè)雙斜面鋼頭(6)之間留有適當(dāng)空隙；上部環(huán)箍(7)與上部環(huán)箍夾板(9)焊接，下部環(huán)箍(8)與下部環(huán)箍夾板(10)焊接，上部環(huán)箍(7)和下部環(huán)箍(8)以環(huán)箍圓軸(11)為軸自由轉(zhuǎn)動，形成類似“剪刀”的構(gòu)造；上部環(huán)箍(7)與下部環(huán)箍(8)組合成封閉的環(huán)箍，環(huán)箍內(nèi)部設(shè)有凸塊，所述凸塊與左側(cè)雙斜面鋼頭(5)和右側(cè)雙斜面鋼頭(6)上相應(yīng)位置的卡槽進行咬合；上部環(huán)箍夾板(9)和下部環(huán)箍夾板(10)遠(yuǎn)離環(huán)箍圓軸(11)的一端之間設(shè)有拉緊部件(12);所述拉緊部件(12)采用橡皮筋構(gòu)造或鋼拉鎖和電動推桿組合構(gòu)造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌實驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始破斷通用裝置，其特征在于當(dāng)拉緊部件(12)采用橡皮筋構(gòu)造時，所述構(gòu)造由橡皮繩(14)和橡皮繩連接件(13)組成，橡皮繩連接件(13)為兩個，分別設(shè)置于上部環(huán)箍夾板9和下部環(huán)箍夾板(10)遠(yuǎn)離環(huán)箍圓軸(11) 一端的相同位置上，兩個橡皮繩連接件(13)之間通過橡皮繩(14)，拉緊部件(12)的拉緊力通過預(yù)先張拉橡皮筋獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌實驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始破斷通用裝置，其特征在于當(dāng)拉緊部件(12)采用鋼拉鎖和電動推桿構(gòu)造，所述構(gòu)造由電動推桿(15)、電動推桿固定件(16)、推桿套件(17)、鋼拉鎖(18)、鋼絲繩拉緊器(19)和鋼拉鎖連接件(20)組成，其中:電動推桿固定件(16)固定于上部環(huán)箍夾板(9)遠(yuǎn)離環(huán)箍圓軸(11)的一端上，其上安裝電動推桿(15)，電動推桿(15)的推桿穿過電動推桿固定件(16)上的圓孔伸出，伸出部分下方與上半部為半圓柱形凹槽的推桿套件(17)進行半圓形表面接觸配合，推桿套件(17)的下半部分為另一方向的半圓柱形凹槽，用來固定鋼拉鎖(18) —端，鋼拉鎖(18)另一端連接鋼絲繩拉器(19)，固定在鋼拉鎖連接件(20)上，鋼拉鎖連接件(20)固定于下部環(huán)箍夾板(10)遠(yuǎn)離環(huán)箍圓軸(11)的一端上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)連貫性倒塌實驗結(jié)構(gòu)構(gòu)件初始破斷通用裝置，所述裝置由左側(cè)端板、右側(cè)端板、左側(cè)雙斜面鋼頭、右側(cè)雙斜面鋼頭、上部環(huán)箍、下部環(huán)箍、上部環(huán)箍夾板、下部環(huán)箍夾板、環(huán)箍圓軸和拉緊部件組成，所述拉緊部件由橡皮繩和橡皮繩連接件組成，或者由電動推桿、電動推桿固定件、推桿套件、鋼拉鎖、鋼絲繩拉緊器和鋼拉鎖連接件組成，本發(fā)明是通過拉緊部件以剪刀夾環(huán)箍轉(zhuǎn)動軸為支點，通過杠桿作用提供環(huán)箍對剪刀夾環(huán)箍夾持的兩個雙楔面鋼頭的徑向壓力，進而通過環(huán)箍與鋼頭之間配合表面的相互咬合承擔(dān)軸力與彎矩。應(yīng)用于大荷載工況下時，拉緊的鋼索末端連在電動推桿上，觸發(fā)破斷時僅需電動推桿提供克服推桿與推桿套件之間的摩擦力即可實現(xiàn)破斷。
文檔編號G01M99/00GK103207095SQ20131008234
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者閆伸, 趙憲忠, 陳以一 申請人:同濟大學(xué)