本實用新型涉及力學試驗器具技術領域，特別是涉及一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置。

背景技術：

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)基礎上發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)。利用剪力連接件將鋼梁與混凝土連接在一起，這種結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)劣，很大程度上取決于鋼材和混凝土之間的組合作用。

鋼混組合結(jié)構(gòu)的性能取決于鋼與混凝土接觸面上力的有效傳遞，單靠自然粘結(jié)不足以保證組合結(jié)構(gòu)在大荷載作用下，鋼混結(jié)構(gòu)仍能協(xié)同作用，此時剪力連接件，即栓釘?shù)墓ぷ餍阅苁且粋€決定性的因素。一般情況下，剪力連接件要滿足剪力、拉力、疲勞強度等三種功能要求。

栓釘作為一種柔性連接件，其變形能力強，不僅栓釘與周圍混凝土在共同工作時會產(chǎn)生應力重分部，相鄰栓釘之間也會相互影響，使得研究人員難以準確掌握單個栓釘?shù)膽顟B(tài)。常見的栓釘連接件的破壞形態(tài)主要有：(1)栓釘附近混凝土破壞；(2)栓釘?shù)氖芗羝茐?。鋼混組合結(jié)構(gòu)中，影響栓釘連接件承載力的因素很多，主要有：

(1)栓釘連接件的數(shù)量；

(2)栓釘周圍混凝土的密實度；

(3)鋼與混凝土接觸面的粘結(jié)力；

(4)栓釘本身的強度、形狀及尺寸。

目前針對栓釘?shù)膶嶒?，主要有推出實驗及梁試實驗兩種。推出實驗多為破壞性實驗，梁試實驗雖然可以考慮動力影響，但對栓釘?shù)膽顟B(tài)了解并不明確，且兩種模型均只能考慮栓釘?shù)膯屋S應力狀態(tài)。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述提出的現(xiàn)有技術中針對栓釘受力的試驗，只能考慮到栓釘?shù)膯屋S應力狀態(tài)的問題，本實用新型提供了一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置，本實用新型提出的實驗裝置，能夠考慮單個栓釘在多軸、復雜應力狀態(tài)下的動態(tài)響應，準確模擬栓釘在實際使用中的復雜受力狀態(tài)。

本實用新型提供的一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置通過以下技術要點來解決問題：一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置，包括底座及力加載裝置，所述底座用于固定栓釘，所述力加載裝置用于向栓釘施加沿著栓釘徑向方向的壓應力，還包括筒體及轉(zhuǎn)動臺，所述筒體用于套設在栓釘?shù)耐鈧?cè)，且筒體的內(nèi)部空間作為灌漿的容置空間，以在栓釘?shù)耐鈧?cè)得到混凝土包裹層；

所述底座固定于轉(zhuǎn)動臺上；

所述栓釘相對于轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)軸的距離可調(diào)；

所述力加載裝置作用于筒體的壁面上。

目前國內(nèi)、外對栓釘受力機理的研究主要通過推出試驗結(jié)果獲取其極限承載力和疲勞承載力等相關信息。與栓釘相關規(guī)范的制訂都是以推出試驗結(jié)果為基礎，也有通過局部截段模型實驗對群釘?shù)氖芰π阅苓M行研究的。通過對栓釘推出試驗的荷載—滑移量曲線、破壞形態(tài)等，分別對栓釘及組合結(jié)構(gòu)的受力機理和破壞機理進行分析研究，獲得栓釘?shù)暮暧^整體受力性能，但及時輔以有限元分析，仍無法提供單個栓釘?shù)募氂^應力狀態(tài)。

以上底座、栓釘、混凝土包裹層、筒體四者組成模擬鋼管混凝土模擬元件。以上轉(zhuǎn)動臺用于驅(qū)動底座轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動臺的動力可來源于驅(qū)動電機。由于栓釘固定于底座上，而底座固定于轉(zhuǎn)動臺上隨轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)動，這樣，當力加載裝置向筒體的壁面上施加方向沿著栓釘徑向方向的壓應力時，此時可使得栓釘受到剪應力。而在栓釘隨轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)動的過程中，栓釘可受到來自不同徑向方向的壓應力，這樣，可對栓釘進行復雜應力的疲勞效應研究；同時，由于以上裝置中，只需改變栓釘距轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)軸的位置，在栓釘隨轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)動至力加載裝置力輸出端的側(cè)面時，即可獲得新的剪力連接件的受力狀態(tài)，即栓釘?shù)氖芰顟B(tài)，同時，通過調(diào)整轉(zhuǎn)動臺的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，均能夠使得本加載裝置能夠運用于：考慮單個栓釘在多軸、復雜應力狀態(tài)下的動態(tài)響應，準確模擬栓釘在實際使用中的復雜受力狀態(tài)。

作為本領域技術人員，所述栓釘相對于轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)軸位置可調(diào)，可通過采用與轉(zhuǎn)動臺螺栓連接的底座，同時在將底座與轉(zhuǎn)動臺固定后，將栓釘焊接于底座的不同位置；也可采用將底座與栓釘固定后，將底座連接于轉(zhuǎn)動臺的不同位置加以實現(xiàn)。

更進一步的技術方案為：

由于以上鋼管混泥土模擬元件在栓釘疲勞破壞時，其與轉(zhuǎn)動臺的連接失效，由于此時存在力加載裝置對其的推力，為避免試驗過程中出現(xiàn)危險因素，還包括架體及限位桿，所述限位桿固定連接于架體上，所述限位桿與混凝土包裹層或/和筒體的端部相接觸，限位桿用于向?qū)嶒烍w施加朝向轉(zhuǎn)動臺方向的力，所述實驗體為栓釘、底座、混凝土包裹層、筒體四者的組合體。以上限位桿用于向?qū)嶒烍w上施加壓力，以上壓力產(chǎn)生的摩擦力即可發(fā)揮保護作用。

作為一種便于實現(xiàn)的限位桿形式，所述限位桿包括連接座、第一彈簧、壓緊座，所述第一彈簧為連接座與壓緊座相連的中間連接件，所述限位桿通過連接座與架體相連，所述限位桿通過壓緊座對實驗體施力，所述力來自第一彈簧的壓縮變形。以上限位桿方案中，第一彈簧充當壓力施力部件，同時，在栓釘發(fā)生彎曲變形時，第一彈簧相當于是限位桿中的柔性部件，這樣，可通過第一彈簧徑向方向的變形，使得限位桿對栓釘?shù)淖冃斡绊懶?，從而達到利于模型試驗數(shù)據(jù)準確性的目的。

為進一步減小限位桿對栓釘變形的影響，所述壓緊座上還鑲嵌有滾球，所述滾球可繞其球心左右轉(zhuǎn)動，所述限位桿通過滾球作用于組合體上。本方案中，可通過在壓緊座上設置直徑大于滾球直徑的球形腔，將所述滾球鑲嵌于所述球形腔中，實現(xiàn)滾球與壓緊座的連接。這樣，在栓釘發(fā)生變形時，限位桿與實驗體之間僅有較小的摩擦力。

作為一種便于對栓釘受力進行分析、對力加載裝置的結(jié)構(gòu)或性能要求低的技術方案，所述底座呈法蘭盤狀，且底座與轉(zhuǎn)動臺螺栓連接，底座的軸線與轉(zhuǎn)動臺的軸線共線；

所述筒體為圓筒，且筒體的軸線與底座的軸線共線。

本方案中，筒體的壁面位于同一圓周上，這樣，在轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)動的過程中，若栓釘不發(fā)生變形，相當于力加載裝置的力輸出端在空間內(nèi)的位置固定。

作為便于實現(xiàn)的力加載裝置設置形式，所述力加載裝置為千斤頂。

力加載裝置與筒體之間還設置有第二彈簧，所述第二彈簧為壓縮彈簧，且力加載裝置對筒體的施力方向與第二彈簧的軸線方向平行，所述第二彈簧作為力加載裝置向筒體施加徑向力時力的中間傳遞部件。

以上設置的第二彈簧可通過自身發(fā)生彈性變形，避免力加載裝置對栓釘施加的力過大，同時，可通過第二彈簧的彈性回復力，保證在栓釘發(fā)生變形時，力加載裝置仍然對栓釘能夠提供較為穩(wěn)定的力。

為避免力加載裝置對筒體的壓力影響轉(zhuǎn)動臺的轉(zhuǎn)動，所述力加載裝置的自由端上還設置有滾輪，所述自由端為力加載裝置力的輸出端，所述力加載裝置通過滾輪與筒體作用，且所述滾輪的軸線與筒體的軸線平行，滾輪可繞自身軸線轉(zhuǎn)動。本方案中，可在力加載裝置的力輸出端上設置一個輪架，以上滾輪的輪軸固定于輪架上。優(yōu)選的，設置為筒體為圓筒，筒體的中心線，即軸線正對力加載裝置力的輸出方向，如力加載裝置采用千斤頂時，所述千斤頂?shù)妮S線與所述中心線相交，同時，設置為滾輪為兩個，兩個滾輪相對于千斤頂?shù)妮S線對稱，這樣，可有效控制力加載裝置對栓釘?shù)氖┝Ψ较蚺c試驗人員所設定的一致。

為使得本加載裝置能夠建立更多的栓釘受力模型，所述力加載裝置相對于底座的高度可調(diào)。具體的，可將力加載裝置固定于架體上，同時設置為架體為門型架，轉(zhuǎn)動臺與地基相連，轉(zhuǎn)動臺的軸線位于豎直方向，底座固定于轉(zhuǎn)動臺的頂面，栓釘焊接于底座上表面，且初始狀態(tài)下栓釘?shù)妮S線方向位于豎直方向，且設置為力加載裝置的軸線方向位于水平方向。在門型架的側(cè)邊上設置長度方向位于豎直方向的條形槽，力加載裝置通過穿設在條形槽中的螺栓與架體螺栓連接，這樣，可使得力加載裝置相對于栓釘?shù)母叨仍谝欢ǚ秶鷥?nèi)線性可調(diào)。

本實用新型具有以下有益效果：

以上底座、栓釘、混凝土包裹層、筒體四者組成模擬鋼管混凝土模擬元件。以上轉(zhuǎn)動臺用于驅(qū)動底座轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動臺的動力可來源于驅(qū)動電機。由于栓釘固定于底座上，而底座固定于轉(zhuǎn)動臺上隨轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)動，這樣，當力加載裝置向筒體的壁面上施加方向沿著栓釘徑向方向的壓應力時，此時可使得栓釘受到剪應力。而在栓釘隨轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)動的過程中，栓釘可受到來自不同徑向方向的壓應力，這樣，可對栓釘進行復雜應力的疲勞效應研究；同時，由于以上裝置中，只需改變栓釘距轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)軸的位置，在栓釘隨轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)動至力加載裝置力輸出端的側(cè)面時，即可獲得新的剪力連接件的受力狀態(tài)，即栓釘?shù)氖芰顟B(tài)，同時，通過調(diào)整轉(zhuǎn)動臺的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，均能夠使得本加載裝置能夠運用于：考慮單個栓釘在多軸、復雜應力狀態(tài)下的動態(tài)響應，準確模擬栓釘在實際使用中的復雜受力狀態(tài)。

附圖說明

圖1是本實用新型所述的一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置一個具體實施例中，反映底座與栓釘連接關系的局部結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2是本實用新型所述的一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置一個具體實施例中，反映底座與栓釘連接關系的局部結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是本實用新型所述的一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置一個具體實施例中，限位桿與架體的連接關系示意圖；

圖4是本實用新型所述的一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置一個具體實施例的局部俯視圖；

圖5是本實用新型所述的一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置一個具體實施例的局部側(cè)視圖；

圖6是本實用新型所述的一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置一個具體實施例中，限位桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中的編號依次為：1、底座，2、栓釘，3、混凝土包裹層，4、中心線，5、限位桿，54、滾球，53、連接座，52、第一彈簧，51、壓緊座，6、架體，7、力加載裝置，8、筒體，9、轉(zhuǎn)動臺。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，但是本實用新型的結(jié)構(gòu)不僅限于以下實施例。

實施例1：

如圖1至圖6所示，一種用于栓釘多軸疲勞模型試驗的加載裝置，包括底座1及力加載裝置7，所述底座1用于固定栓釘2，所述力加載裝置7用于向栓釘2施加沿著栓釘2徑向方向的壓應力，還包括筒體8及轉(zhuǎn)動臺9，所述筒體8用于套設在栓釘2的外側(cè)，且筒體8的內(nèi)部空間作為灌漿的容置空間，以在栓釘2的外側(cè)得到混凝土包裹層3；

所述底座1固定于轉(zhuǎn)動臺9上；

所述栓釘2相對于轉(zhuǎn)動臺9轉(zhuǎn)軸的距離可調(diào)；

所述力加載裝置7作用于筒體8的壁面上。

目前國內(nèi)、外對栓釘2受力機理的研究主要通過推出試驗結(jié)果獲取其極限承載力和疲勞承載力等相關信息。與栓釘2相關規(guī)范的制訂都是以推出試驗結(jié)果為基礎，也有通過局部截段模型實驗對群釘?shù)氖芰π阅苓M行研究的。通過對栓釘2推出試驗的荷載—滑移量曲線、破壞形態(tài)等，分別對栓釘2及組合結(jié)構(gòu)的受力機理和破壞機理進行分析研究，獲得栓釘2的宏觀整體受力性能，但及時輔以有限元分析，仍無法提供單個栓釘2的細觀應力狀態(tài)。

以上底座1、栓釘2、混凝土包裹層3、筒體8四者組成模擬鋼管混凝土模擬元件。以上轉(zhuǎn)動臺9用于驅(qū)動底座1轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動臺9的動力可來源于驅(qū)動電機。由于栓釘2固定于底座1上，而底座1固定于轉(zhuǎn)動臺9上隨轉(zhuǎn)動臺9轉(zhuǎn)動，這樣，當力加載裝置7向筒體8的壁面上施加方向沿著栓釘2徑向方向的壓應力時，此時可使得栓釘2受到剪應力。而在栓釘2隨轉(zhuǎn)動臺9轉(zhuǎn)動的過程中，栓釘2可受到來自不同徑向方向的壓應力，這樣，可對栓釘2進行復雜應力的疲勞效應研究；同時，由于以上裝置中，只需改變栓釘2距轉(zhuǎn)動臺9轉(zhuǎn)軸的位置，在栓釘2隨轉(zhuǎn)動臺9轉(zhuǎn)動至力加載裝置7力輸出端的側(cè)面時，即可獲得新的剪力連接件的受力狀態(tài)，即栓釘2的受力狀態(tài)，同時，通過調(diào)整轉(zhuǎn)動臺9的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，均能夠使得本加載裝置能夠運用于：考慮單個栓釘2在多軸、復雜應力狀態(tài)下的動態(tài)響應，準確模擬栓釘2在實際使用中的復雜受力狀態(tài)。

作為本領域技術人員，所述栓釘2相對于轉(zhuǎn)動臺9轉(zhuǎn)軸位置可調(diào)，可通過采用與轉(zhuǎn)動臺9螺栓連接的底座1，同時在將底座1與轉(zhuǎn)動臺9固定后，將栓釘2焊接于底座1的不同位置；也可采用將底座1與栓釘2固定后，將底座1連接于轉(zhuǎn)動臺9的不同位置加以實現(xiàn)。

實施例2：

如圖1至圖6所示，本實施例在實施例1的基礎上作進一步限定：由于以上鋼管混泥土模擬元件在栓釘2疲勞破壞時，其與轉(zhuǎn)動臺9的連接失效，由于此時存在力加載裝置7對其的推力，為避免試驗過程中出現(xiàn)危險因素，還包括架體6及限位桿5，所述限位桿5固定連接于架體6上，所述限位桿5與混凝土包裹層3或/和筒體8的端部相接觸，限位桿5用于向?qū)嶒烍w施加朝向轉(zhuǎn)動臺9方向的力，所述實驗體為栓釘2、底座1、混凝土包裹層3、筒體8四者的組合體。以上限位桿5用于向?qū)嶒烍w上施加壓力，以上壓力產(chǎn)生的摩擦力即可發(fā)揮保護作用。

作為一種便于實現(xiàn)的限位桿5形式，所述限位桿5包括連接座53、第一彈簧52、壓緊座51，所述第一彈簧52為連接座53與壓緊座51相連的中間連接件，所述限位桿5通過連接座53與架體6相連，所述限位桿5通過壓緊座51對實驗體施力，所述力來自第一彈簧52的壓縮變形。以上限位桿5方案中，第一彈簧52充當壓力施力部件，同時，在栓釘2發(fā)生彎曲變形時，第一彈簧52相當于是限位桿5中的柔性部件，這樣，可通過第一彈簧52徑向方向的變形，使得限位桿5對栓釘2的變形影響小，從而達到利于模型試驗數(shù)據(jù)準確性的目的。

為進一步減小限位桿5對栓釘2變形的影響，所述壓緊座51上還鑲嵌有滾球54，所述滾球54可繞其球心左右轉(zhuǎn)動，所述限位桿5通過滾球54作用于組合體上。本方案中，可通過在壓緊座51上設置直徑大于滾球54直徑的球形腔，將所述滾球54鑲嵌于所述球形腔中，實現(xiàn)滾球54與壓緊座51的連接。這樣，在栓釘2發(fā)生變形時，限位桿5與實驗體之間僅有較小的摩擦力。

作為一種便于對栓釘2受力進行分析、對力加載裝置7的結(jié)構(gòu)或性能要求低的技術方案，所述底座1呈法蘭盤狀，且底座1與轉(zhuǎn)動臺9螺栓連接，底座1的軸線與轉(zhuǎn)動臺9的軸線共線；

所述筒體8為圓筒，且筒體8的軸線與底座1的軸線共線。

本方案中，筒體8的壁面位于同一圓周上，這樣，在轉(zhuǎn)動臺9轉(zhuǎn)動的過程中，若栓釘2不發(fā)生變形，相當于力加載裝置7的力輸出端在空間內(nèi)的位置固定。

作為便于實現(xiàn)的力加載裝置7設置形式，所述力加載裝置7為千斤頂。

力加載裝置7與筒體8之間還設置有第二彈簧，所述第二彈簧為壓縮彈簧，且力加載裝置7對筒體8的施力方向與第二彈簧的軸線方向平行，所述第二彈簧作為力加載裝置7向筒體8施加徑向力時力的中間傳遞部件。

以上設置的第二彈簧可通過自身發(fā)生彈性變形，避免力加載裝置7對栓釘2施加的力過大，同時，可通過第二彈簧的彈性回復力，保證在栓釘2發(fā)生變形時，力加載裝置7仍然對栓釘2能夠提供較為穩(wěn)定的力。

為避免力加載裝置7對筒體8的壓力影響轉(zhuǎn)動臺9的轉(zhuǎn)動，所述力加載裝置7的自由端上還設置有滾輪，所述自由端為力加載裝置7力的輸出端，所述力加載裝置7通過滾輪與筒體8作用，且所述滾輪的軸線與筒體8的軸線平行，滾輪可繞自身軸線轉(zhuǎn)動。本方案中，可在力加載裝置7的力輸出端上設置一個輪架，以上滾輪的輪軸固定于輪架上。優(yōu)選的，設置為筒體8為圓筒，筒體8的中心線4，即軸線正對力加載裝置7力的輸出方向，如力加載裝置7采用千斤頂時，所述千斤頂?shù)妮S線與所述中心線4相交，同時，設置為滾輪為兩個，兩個滾輪相對于千斤頂?shù)妮S線對稱，這樣，可有效控制力加載裝置7對栓釘2的施力方向與試驗人員所設定的一致。

實施例3：

本實施例在以上任意一個實施例提供的任意一個技術方案的基礎上對本案作進一步限定，如圖1至圖6所示，為使得本加載裝置能夠建立更多的栓釘2受力模型，所述力加載裝置7相對于底座1的高度可調(diào)。具體的，可將力加載裝置7固定于架體6上，同時設置為架體6為門型架，轉(zhuǎn)動臺9與地基相連，轉(zhuǎn)動臺9的軸線位于豎直方向，底座1固定于轉(zhuǎn)動臺9的頂面，栓釘2焊接于底座1上表面，且初始狀態(tài)下栓釘2的軸線方向位于豎直方向，且設置為力加載裝置7的軸線方向位于水平方向。在門型架的側(cè)邊上設置長度方向位于豎直方向的條形槽，力加載裝置7通過穿設在條形槽中的螺栓與架體6螺栓連接，這樣，可使得力加載裝置7相對于栓釘2的高度在一定范圍內(nèi)線性可調(diào)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施方式只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型的技術方案下得出的其他實施方式，均應包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。