一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，其包括：加載框架、加載半球、U形雙向鉸、剛性梁、地梁及千斤頂；所述加載半球的一端連接至拱形鋼結(jié)構(gòu)上，另一端連接在所述加載框架上，所述U形雙向鉸的一端與所述加載框架的下端連接，另一端與所述剛性梁的一端連接，所述千斤頂作用在所述剛性梁的中間位置，所述剛性梁與所述U形雙向鉸相對的另一端與地面形成鉸接支座；所述拱形鋼結(jié)構(gòu)的兩端與所述地梁相連；上述結(jié)構(gòu)，不僅測試準確、可靠，而且可以使被測試的拱形鋼結(jié)構(gòu)能自由的發(fā)生平面外位移、扭轉(zhuǎn)變形、平面內(nèi)位移和平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，真實的反映拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外失穩(wěn)特性。
【專利說明】
一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于對拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定性進行測試的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，建造更多更大的體育、休閑、展覽、航空港、機庫等大空間和超大空間建筑物的需求十分旺盛。此類建筑形式一般為空間拱形鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)型式可分為網(wǎng)架(輕鋼)、空間桁架(重鋼)等。這些建筑物通常都具有跨度大、造型獨特、受力復(fù)雜及建成后具有地區(qū)標志性意義等特點。
[0003]目前，這種大跨度拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定性能的研究范圍主要集中在兩個方面:一種是采用彈性力學(xué)理論結(jié)合平衡法或能量法對鋼拱的平面外彈性屈曲性能及彈性屈曲載荷進行研究；另一種是考慮材料非線性、幾何非線性、初始幾何缺陷和截面殘余應(yīng)力等因素，對鋼拱結(jié)構(gòu)的平面外彈塑性穩(wěn)定承載力進行研究，并提出相應(yīng)的彈塑性穩(wěn)定承載力設(shè)計方法。對于后者，現(xiàn)有的研究方法主要為有限元數(shù)值模擬，不少學(xué)者采用通用有限元軟件(如ANSYS、ABAQUS等)或自編有限元程序進行了大量的數(shù)值分析。但由于鋼拱構(gòu)件的制作及試驗設(shè)計相對復(fù)雜，目前對于鋼拱結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定試驗研究則相對較少，進行鋼拱結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定承載力試驗將對深入理解鋼拱結(jié)構(gòu)的平面外彎扭受力性能、提供可靠的試驗數(shù)據(jù)并最終建立鋼拱結(jié)構(gòu)的平面外彈塑性設(shè)計方法具有重要意義。
[0004]現(xiàn)有的加載試驗裝置對試件進行加載試驗一般采用的方法是直接加載法，即將千斤頂?shù)募虞d端直接作用在試件上。對于發(fā)生平面外失穩(wěn)的拱形結(jié)構(gòu)而言，采用直接加載法，由于受載過程中鋼拱結(jié)構(gòu)的加載點會產(chǎn)生一定程度的彎曲、側(cè)移以及扭轉(zhuǎn)變形，那么千斤頂?shù)募虞d端會約束加載點的平面外變形和扭轉(zhuǎn)變形，因此不能真實的反映鋼拱的平面外失穩(wěn)特性，影響試驗結(jié)果的正確性。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，旨在其不僅測試準確、可靠，而且可以使被測試的拱形鋼結(jié)構(gòu)能自由的發(fā)生平面外位移、扭轉(zhuǎn)變形、平面內(nèi)位移和平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，真實的反映拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外失穩(wěn)特性。
[0006]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，其包括:加載框架、加載半球、U形雙向鉸、剛性梁、地梁及千斤頂;所述加載半球的一端連接至拱形鋼結(jié)構(gòu)上，另一端連接在所述加載框架上，所述U形雙向鉸的一端與所述加載框架的下端連接，另一端與所述剛性梁的一端連接，所述千斤頂作用在所述剛性梁的中間位置，所述剛性梁與所述U形雙向鉸相對的另一端與地面形成鉸接支座;所述拱形鋼結(jié)構(gòu)的兩端與所述地梁相連；
[0007]進一步地，前述的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置還包括加載連接件，所述加載連接件通過所述加載半球?qū)⑺黾虞d框架連接至所述拱形鋼結(jié)構(gòu)上;所述加載連接件包括墊塊及加載平臺；所述墊塊的上端與所述加載半球連接，所述墊塊的下端承載在所述加載平臺上，且所述加載平臺的下端承載在所述拱形鋼結(jié)構(gòu)上。進一步地，前述的加載框架呈長方形結(jié)構(gòu)，其包括兩相對呈水平平行設(shè)置的下鋼梁及上鋼梁，以及分別與所述上鋼梁及所述下鋼梁連接的兩個拉桿;所述兩個拉桿呈相對平行設(shè)置且分別垂直于所述上鋼梁及所述下鋼梁;所述下鋼梁上設(shè)置有加強肋以增加所述下鋼梁的強度;所述下鋼梁通過所述U形雙向鉸與所述剛性梁連接，所述上鋼梁通過所述加載半球及所述加載連接件連接至所述拱形鋼結(jié)構(gòu)上。
[0008]進一步地，前述的上鋼梁與所述加載半球的連接點為半球形，所述加載框架與所述拱形鋼結(jié)構(gòu)接觸的加載點為半球形，所述加載點能自由轉(zhuǎn)動。
[0009]進一步地，前述的U形雙向鉸包括兩個對扣的U形卡構(gòu)件及分別將兩個U形卡構(gòu)件對應(yīng)固定至所述下鋼梁及所述鋼性梁上的多個螺母;所述U形卡保證所述加載框架發(fā)生側(cè)向變形時不受所述剛性梁的約束。
[0010]進一步地，前述的剛性梁一端與所述U形雙向鉸連接；當所述千斤頂向下作用在所述剛性梁的中間位置以施加載荷時，所述拱形鋼結(jié)構(gòu)的加載點上的載荷為所述千斤頂施加的載荷的一半。
[0011]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本實用新型實施方式提供的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，通過將拱形鋼結(jié)構(gòu)上的加載點采用兩個對扣的U形卡構(gòu)件將加載框架和底部的剛性梁連接，并將所述加載框架中與所述拱形鋼結(jié)構(gòu)接觸的加載點設(shè)計為半球形，采用間接加載法對所述拱形鋼結(jié)構(gòu)進行平面外穩(wěn)定承載力加載試驗，不僅測試準確、可靠，而且可以使被測試的拱形鋼結(jié)構(gòu)能自由的發(fā)生平面外位移、扭轉(zhuǎn)變形、平面內(nèi)位移和平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，真實的反映拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外失穩(wěn)特性。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型實施例提供的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置安裝至拱形鋼結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是圖1中的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是圖1中的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置的另一角度結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是圖1中的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置的加載框架、U形雙向鉸及鋼性梁相組合之另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5是圖1中的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置對拱形鋼結(jié)構(gòu)進行平面外穩(wěn)定測試時的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0018]請參閱圖1至圖4所示，本實用新型提供的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置用于對拱形鋼結(jié)構(gòu)200的平面外穩(wěn)定性進行測試。所述拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置包括加載框架1、加載半球2、加載連接件3、U形雙向鉸4、剛性梁5、地梁201及千斤頂6。所述加載半球2的一端通過所述加載連接件3連接至所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200上，另一端連接在所述加載框架I的上端。所述U形雙向鉸4的一端與所述加載框架I的下端連接，另一端與所述剛性梁5—端的上表面連接。所述千斤頂6作用在所述剛性梁5的上表面的中間位置，所述剛性梁5與所述U形雙向鉸4相對的另一端與地面形成鉸接支座。所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200的兩端與所述地梁201相連。
[0019]所述加載框架I呈長方形結(jié)構(gòu)，其包括兩相對呈水平平行設(shè)置的下鋼梁10及上鋼梁U，以及分別與所述上鋼梁10及所述下鋼梁11連接的兩個拉桿12。所述兩個拉桿12呈相對平行設(shè)置且分別垂直于所述上鋼梁10及所述下鋼梁11。所述下鋼梁10通過所述U形雙向鉸4與所述鋼性梁5連接。所述上鋼梁11通過所述加載半球2及所述加載連接件3連接至所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200上。在本實施例中，所述上鋼梁11上與所述加載半球2的連接點為半球形，從而所述加載框架I與所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200接觸的加載點為半球形，進而使得所述加載點能自由轉(zhuǎn)動。
[0020]所述加載半球2連接在所述加載框架I與所述加載連接件3之間，其形狀為半球狀，從而使所述加載框架I與所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200的加載點可以自由轉(zhuǎn)動。
[0021]所述加載連接件3通過所述加載半球2將所述加載框架I連接至所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200上。所述加載連接件3包括墊塊30及加載平臺31。所述墊塊30的上端與所述加載半球2連接，所述墊塊30的下端承載在所述加載平臺31上。所述加載平臺31的下端承載在所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200上。
[0022]所述U形雙向鉸4連接在所述下鋼梁10與所述鋼性梁5之間。所述U形雙向鉸4包括兩個對扣的U形卡構(gòu)件40及分別將兩個U形卡構(gòu)件40對應(yīng)固定至所述下鋼梁10及所述鋼性梁5上的多個螺母(未標號)。在本實施例中，所述U形卡4保證所述加載框架發(fā)生側(cè)向變形時不受所述剛性梁5的約束。
[0023]所述剛性梁5位于所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200底部并與一個U形卡構(gòu)件40連接。所述千斤頂6向下作用在所述剛性梁的中間位置以施加載荷，從而使得所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200的加載點上的載荷為所述千斤頂6施加的載荷的一半。
[0024]請參閱圖5所示，當對所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200進行平面外穩(wěn)定測試時，通過所述千斤頂6施加載荷外力F于所述剛性梁5上，此時所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200的加載點上所承受的作用力為所述千斤頂6施加的載荷所產(chǎn)生的作用力F的一半，S卩F/2。當所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200發(fā)生平面外變形時，所述加載點的載荷所產(chǎn)生的作用力F/2并非保持豎直方向，所述作用力F/2的方向指向所述U形卡構(gòu)件40與所述剛性梁5之間的連接點。
[0025]本實用新型實施方式提供的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，通過將拱形鋼結(jié)構(gòu)上的加載點采用兩個對扣的U形卡構(gòu)件將加載框架和底部的剛性梁連接，并將所述加載框架中與所述拱形鋼結(jié)構(gòu)接觸的加載點設(shè)計為半球形，采用間接加載法對所述拱形鋼結(jié)構(gòu)進行平面外穩(wěn)定承載力加載試驗，不僅測試準確、可靠，而且可以使被測試的拱形鋼結(jié)構(gòu)能自由的發(fā)生平面外位移、扭轉(zhuǎn)變形、平面內(nèi)位移和平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，真實的反映拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外失穩(wěn)特性。
[0026]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，其特征在于:所述拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置包括加載框架、加載半球、U形雙向鉸、剛性梁、地梁及千斤頂;所述加載半球的一端作用在所述拱形鋼結(jié)構(gòu)上，另一端連接在所述加載框架上，所述U形雙向鉸的一端與所述加載框架的下端連接，另一端與所述剛性梁的一端連接，所述千斤頂作用在所述剛性梁的上表面的中間位置，所述剛性梁與所述U形雙向鉸相對的另一端與地面形成鉸接支座;所述拱形鋼結(jié)構(gòu)的兩端與所述地梁相連。2.如權(quán)利要求1所述的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，其特征在于，所述拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置還包括加載連接件，所述加載連接件通過所述加載半球?qū)⑺黾虞d框架連接至所述拱形鋼結(jié)構(gòu)上;所述加載連接件包括墊塊及加載平臺；所述墊塊的上端與所述加載半球連接，所述墊塊的下端承載在所述加載平臺上，且所述加載平臺的下端承載在所述拱形鋼結(jié)構(gòu)上。3.如權(quán)利要求2所述的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，其特征在于，所述加載框架呈長方形結(jié)構(gòu)，其包括兩相對呈水平平行設(shè)置的下鋼梁及上鋼梁，以及分別與所述上鋼梁及所述下鋼梁連接的兩個拉桿;所述兩個拉桿呈相對平行設(shè)置且分別垂直于所述上鋼梁及所述下鋼梁;所述下鋼梁上設(shè)置有加強肋以增加所述下鋼梁的強度;所述下鋼梁通過所述U形雙向鉸與所述剛性梁連接，所述上鋼梁通過所述加載半球及所述加載連接件連接至所述拱形鋼結(jié)構(gòu)上。4.如權(quán)利要求3所述的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，其特征在于，所述上鋼梁與所述加載半球的連接點為半球形，所述加載框架與所述拱形鋼結(jié)構(gòu)接觸的加載點為半球形，所述加載點能自由轉(zhuǎn)動。5.如權(quán)利要求4所述的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，其特征在于，所述U形雙向鉸包括兩個對扣的U形卡構(gòu)件及分別將兩個U形卡構(gòu)件對應(yīng)固定至所述下鋼梁及所述剛性梁上的多個螺母;所述U形卡保證所述加載框架發(fā)生側(cè)向變形時不受所述剛性梁的約束。6.如權(quán)利要求5所述的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗裝置，其特征在于，所述剛性梁一端與所述U形雙向鉸連接；當所述千斤頂向下作用在所述剛性梁的中間位置以施加載荷時，所述拱形鋼結(jié)構(gòu)的加載點上的載荷為所述千斤頂施加的載荷的一半。
【文檔編號】G01M99/00GK205642861SQ201620251528
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】戴立先, 趙思遠, 郭彥林, 竇超, 李春田
【申請人】中建鋼構(gòu)有限公司, 清華大學(xué)