鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，試驗(yàn)裝置包括有位于上方的水平設(shè)置的正方形厚鋼板，及位于下方的水平設(shè)置的長(zhǎng)方形薄鋼板，正方形厚鋼板底面中間連接有較大的楔形鋼塊，較大的楔形鋼塊的頂端開(kāi)有貫通的三角形凹槽；長(zhǎng)方形薄鋼板兩側(cè)各開(kāi)有貫通的長(zhǎng)方形扁平凹槽，長(zhǎng)方形薄鋼板頂面中間連接有較小的楔形鋼塊，較小的楔形鋼塊的截面形狀與較大的楔形鋼塊頂端的三角形凹槽的截面形狀相契合；試驗(yàn)方法配合萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件初始偏心距的準(zhǔn)確測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬試驗(yàn)裝置及方法領(lǐng)域，具體是一種鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu) 件試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，鉸接連接是建筑結(jié)構(gòu)中最常用到的邊界條件之一，尤其是對(duì)于受壓構(gòu) 件，能使得其計(jì)算長(zhǎng)度與物理長(zhǎng)度保持一致，從而有利于研究受壓構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)其力學(xué)性 能的影響，因而在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，如何在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中正確有效的模擬 鉸接邊界條件，特別是針對(duì)軸心受壓金屬構(gòu)件，如何保證外加荷載通過(guò)構(gòu)件的形心而不產(chǎn) 生任何的偏心彎矩，卻并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。目前，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行的諸多鉸接邊界條件金屬 構(gòu)件軸心受壓試驗(yàn)中，通常是簡(jiǎn)單的將受壓構(gòu)件兩端的荷載作用點(diǎn)進(jìn)行幾何對(duì)中，并沒(méi)有 考慮由于金屬構(gòu)件的初始幾何缺陷導(dǎo)致的在預(yù)加載階段金屬構(gòu)件的形心截面產(chǎn)生的側(cè)向 變形，使得外加荷載無(wú)法通過(guò)構(gòu)件的形心，從而對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生不可忽略的偏心彎矩，其結(jié)果是 使得軸心受壓構(gòu)件在試驗(yàn)初期就變成了偏心受壓構(gòu)件，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏小，造成結(jié)構(gòu)分析 和設(shè)計(jì)過(guò)于保守。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法， 以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0005] 鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括有位于上方的水平 設(shè)置的正方形厚鋼板，及位于下方的水平設(shè)置的長(zhǎng)方形薄鋼板，長(zhǎng)方形薄鋼板平面尺寸大 于正方形厚鋼板，所述正方形厚鋼板底面中間連接有較大的楔形鋼塊，較大的楔形鋼塊與 正方形厚鋼板的軸線相重合，較大的楔形鋼塊的頂端開(kāi)有垂直向貫通的三角形凹槽；所述 長(zhǎng)方形薄鋼板兩側(cè)沿長(zhǎng)邊方向各開(kāi)有水平向貫通的長(zhǎng)方形扁平凹槽，長(zhǎng)方形薄鋼板頂面中 間連接有與長(zhǎng)方形扁平凹槽相垂直的較小的楔形鋼塊，較小的楔形鋼塊的截面形狀與較大 的楔形鋼塊頂端的三角形凹槽的截面形狀相契合，但尺寸略大。
[0006] -種鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件試驗(yàn)方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0007] (1)、首先將一對(duì)試驗(yàn)裝置的上部連接有較大楔形鋼塊的正方形厚鋼板分別安裝 于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上方和下方，采用激光投線儀使得安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上方和下方的較大楔 形鋼塊的軸線相重合，然后將下部連接有較小的楔形鋼塊的長(zhǎng)方形薄鋼板與金屬構(gòu)件的兩 端固定在一起，使得較小的楔形鋼塊的軸線位于金屬構(gòu)件的截面形心處；
[0008] (2)、試驗(yàn)前，將連接有長(zhǎng)方形薄鋼板的金屬構(gòu)件放置于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，使得固定 于金屬構(gòu)件底端的較小的楔形鋼塊的尖端正好坐落在安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)下方的較大的楔 形鋼塊頂端的三角形凹槽中；
[0009] (3)、開(kāi)啟萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，固定安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上方的較大的楔形鋼塊，緩慢升高 安裝于試驗(yàn)機(jī)下方的較大的楔形鋼塊，使得坐落于較大的楔形鋼塊頂端的三角形凹槽中的 金屬構(gòu)件與安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上方的較大的楔形鋼塊逐漸靠攏，直到固定于金屬構(gòu)件頂端 的較小的楔形鋼塊的尖端正好接觸到安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上方的較大的楔形鋼塊頂端的三 角形凹槽中，暫停萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；
[0010] (4)、然后在金屬構(gòu)件的形心截面處沿著固定于兩端的長(zhǎng)方形薄鋼板的長(zhǎng)邊方向 安裝1個(gè)垂直于金屬構(gòu)件表面的位移傳感器，用來(lái)測(cè)量預(yù)加載階段金屬構(gòu)件形心截面處的 側(cè)向變形，在金屬構(gòu)件的形心截面處沿著固定于兩端的長(zhǎng)方形薄鋼板的短邊方向兩側(cè)表面 分別布置4個(gè)電阻應(yīng)變片，用來(lái)測(cè)量預(yù)加載階段金屬構(gòu)件形心截面處的應(yīng)變，并將位移傳 感器和電阻應(yīng)變片分別連接數(shù)據(jù)采集儀；
[0011] (5)、重新開(kāi)啟萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，對(duì)金屬構(gòu)件施加較小的初始荷載，通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀記 錄下初始荷載P，位移傳感器的讀數(shù)S和電阻應(yīng)變片的讀數(shù)ei、e2、e3、e 4，其中￡1和 e2為金屬構(gòu)件形心截面處受拉一側(cè)表面的拉應(yīng)變，^3和e4為金屬構(gòu)件形心截面處受壓

【權(quán)利要求】
1. 鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括有位于上方的水平設(shè) 置的正方形厚鋼板，及位于下方的水平設(shè)置的長(zhǎng)方形薄鋼板，長(zhǎng)方形薄鋼板平面尺寸大于 正方形厚鋼板，所述正方形厚鋼板底面中間連接有較大的楔形鋼塊，較大的楔形鋼塊與正 方形厚鋼板的軸線相重合，較大的楔形鋼塊的頂端開(kāi)有垂直向貫通的三角形凹槽；所述長(zhǎng) 方形薄鋼板兩側(cè)沿長(zhǎng)邊方向各開(kāi)有水平向貫通的長(zhǎng)方形扁平凹槽，長(zhǎng)方形薄鋼板頂面中間 連接有與長(zhǎng)方形扁平凹槽相垂直的較小的楔形鋼塊，較小的楔形鋼塊的截面形狀與較大的 楔形鋼塊頂端的三角形凹槽的截面形狀相契合，但尺寸略大。
2. -種基于權(quán)利要求1所述試驗(yàn)裝置的鉸接邊界條件軸心受壓金屬構(gòu)件試驗(yàn)方法，其 特征在于：包括以下步驟： (1) 、首先將一對(duì)試驗(yàn)裝置的上部連接有較大楔形鋼塊的正方形厚鋼板分別安裝于萬(wàn) 能試驗(yàn)機(jī)的上方和下方，采用激光投線儀使得安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上方和下方的較大楔形鋼 塊的軸線相重合，然后將下部連接有較小的楔形鋼塊的長(zhǎng)方形薄鋼板與金屬構(gòu)件的兩端固 定在一起，使得較小的楔形鋼塊的軸線位于金屬構(gòu)件的截面形心處； (2) 、試驗(yàn)前，將連接有長(zhǎng)方形薄鋼板的金屬構(gòu)件放置于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，使得固定于金 屬構(gòu)件底端的較小的楔形鋼塊的尖端正好坐落在安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)下方的較大的楔形鋼 塊頂端的三角形凹槽中； (3) 、開(kāi)啟萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，固定安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上方的較大的楔形鋼塊，緩慢升高安裝 于試驗(yàn)機(jī)下方的較大的楔形鋼塊，使得坐落于較大的楔形鋼塊頂端的三角形凹槽中的金屬 構(gòu)件與安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上方的較大的楔形鋼塊逐漸靠攏，直到固定于金屬構(gòu)件頂端的較 小的楔形鋼塊的尖端正好接觸到安裝于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上方的較大的楔形鋼塊頂端的三角形 凹槽中，暫停萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)； (4) 、然后在金屬構(gòu)件的形心截面處沿著固定于兩端的長(zhǎng)方形薄鋼板的長(zhǎng)邊方向安裝1 個(gè)垂直于金屬構(gòu)件表面的位移傳感器，用來(lái)測(cè)量預(yù)加載階段金屬構(gòu)件形心截面處的側(cè)向變 形，在金屬構(gòu)件的形心截面處沿著固定于兩端的長(zhǎng)方形薄鋼板的短邊方向兩側(cè)表面分別布 置4個(gè)電阻應(yīng)變片，用來(lái)測(cè)量預(yù)加載階段金屬構(gòu)件形心截面處的應(yīng)變，并將位移傳感器和 電阻應(yīng)變片分別連接數(shù)據(jù)采集儀； (5) 、重新開(kāi)啟萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，對(duì)金屬構(gòu)件施加較小的初始荷載，通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀記錄下 初始荷載P，位移傳感器的讀數(shù)S和電阻應(yīng)變片的讀數(shù)ee2、e3、e4，其中ei和e2為 金屬構(gòu)件形心截面處受拉一側(cè)表面的拉應(yīng)變，￡3和e4為金屬構(gòu)件形心截面處受壓一側(cè)表 面的壓應(yīng)變，則金屬構(gòu)件的初始偏心距為
，其中E為金屬構(gòu)件 的彈性模量，I為金屬構(gòu)件形心截面沿著固定于兩端的長(zhǎng)方形薄鋼板的短邊方向的慣性矩，D為金屬構(gòu)件形心截面處受拉一側(cè)和受壓一側(cè)電阻應(yīng)變片之間的距離； (6) 、連續(xù)觀察試驗(yàn)預(yù)加載階段金屬構(gòu)件的初始偏心距％，如果其平均值接近于0,則說(shuō) 明外加荷載通過(guò)了金屬構(gòu)件的形心，沒(méi)有產(chǎn)生任何的偏心彎矩；如果其平均值與〇的差值 較大，則說(shuō)明外加荷載沒(méi)有通過(guò)金屬構(gòu)件的形心，對(duì)金屬構(gòu)件產(chǎn)生了不可忽略的偏心彎矩， 此時(shí)需要卸去初始荷載，重新調(diào)整固定于金屬構(gòu)件頂端和底端的較小楔形鋼塊相對(duì)于金屬 構(gòu)件形心的位置，然后重復(fù)以上預(yù)加載的試驗(yàn)過(guò)程，直到金屬構(gòu)件的初始偏心距％的平均 值接近于0為止，從而準(zhǔn)確的對(duì)金屬構(gòu)件施加軸心壓力。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK104406848SQ201410621201
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】馮然, 完海鷹 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)