一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)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(yàn)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(duì)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(cè)試準(zhǔn)確、可靠，而且可以使被測(cè)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(dòng)，真實(shí)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(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)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(duì)拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建造更多更大的體育、休閑、展覽、航空港、機(jī)庫(kù)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(dú)特、受力復(fù)雜及建成后具有地區(qū)標(biāo)志性意義等特點(diǎn)。
[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(gè)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(duì)鋼拱的平面外彈性屈曲性能及彈性屈曲載荷進(jìn)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(duì)鋼拱結(jié)構(gòu)的平面外彈塑性穩(wěn)定承載力進(jìn)行研究，并提出相應(yīng)的彈塑性穩(wěn)定承載力設(shè)計(jì)方法。對(duì)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(jìn)行了大量的數(shù)值分析。但由于鋼拱構(gòu)件的制作及試驗(yàn)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，目前對(duì)于鋼拱結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定試驗(yàn)研究則相對(duì)較少，進(jìn)行鋼拱結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)將對(duì)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(yàn)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(jì)方法具有重要意義。
[0004]現(xiàn)有的加載試驗(yàn)裝置對(duì)試件進(jìn)行加載試驗(yàn)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(duì)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(diǎn)會(huì)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(huì)約束加載點(diǎn)的平面外變形和扭轉(zhuǎn)變形，因此不能真實(shí)的反映鋼拱的平面外失穩(wěn)特性，影響試驗(yàn)結(jié)果的正確性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)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(yàn)裝置，旨在其不僅測(cè)試準(zhǔn)確、可靠，而且可以使被測(cè)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(dòng)，真實(shí)的反映拱形鋼結(jié)構(gòu)的平面外失穩(wěn)特性。
[0006]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)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(duì)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(jìn)一步地，前述的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)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(tái)；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(tái)上，且所述加載平臺(tái)的下端承載在所述拱形鋼結(jié)構(gòu)上。進(jìn)一步地，前述的加載框架呈長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，其包括兩相對(duì)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(gè)拉桿;所述兩個(gè)拉桿呈相對(duì)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(qiáng)肋以增加所述下鋼梁的強(qiáng)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(jìn)一步地，前述的上鋼梁與所述加載半球的連接點(diǎn)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(diǎn)為半球形，所述加載點(diǎn)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0009]進(jìn)一步地，前述的U形雙向鉸包括兩個(gè)對(duì)扣的U形卡構(gòu)件及分別將兩個(gè)U形卡構(gòu)件對(duì)應(yīng)固定至所述下鋼梁及所述鋼性梁上的多個(gè)螺母;所述U形卡保證所述加載框架發(fā)生側(cè)向變形時(shí)不受所述剛性梁的約束。
[0010]進(jìn)一步地，前述的剛性梁一端與所述U形雙向鉸連接；當(dāng)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(shí)，所述拱形鋼結(jié)構(gòu)的加載點(diǎn)上的載荷為所述千斤頂施加的載荷的一半。
[0011]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:本實(shí)用新型實(shí)施方式提供的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)裝置，通過將拱形鋼結(jié)構(gòu)上的加載點(diǎn)采用兩個(gè)對(duì)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(diǎn)設(shè)計(jì)為半球形，采用間接加載法對(duì)所述拱形鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面外穩(wěn)定承載力加載試驗(yàn)，不僅測(cè)試準(zhǔn)確、可靠，而且可以使被測(cè)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(dòng)，真實(shí)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(shí)用新型實(shí)施例提供的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)裝置對(duì)拱形鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面外穩(wěn)定測(cè)試時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0018]請(qǐng)參閱圖1至圖4所示，本實(shí)用新型提供的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)裝置用于對(duì)拱形鋼結(jié)構(gòu)200的平面外穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。所述拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)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(duì)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(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，其包括兩相對(duì)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(gè)拉桿12。所述兩個(gè)拉桿12呈相對(duì)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(shí)施例中，所述上鋼梁11上與所述加載半球2的連接點(diǎn)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(diǎn)為半球形，進(jìn)而使得所述加載點(diǎn)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[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(diǎn)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[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(tái)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(tái)31上。所述加載平臺(tái)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(gè)對(duì)扣的U形卡構(gòu)件40及分別將兩個(gè)U形卡構(gòu)件40對(duì)應(yīng)固定至所述下鋼梁10及所述鋼性梁5上的多個(gè)螺母(未標(biāo)號(hào))。在本實(shí)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(shí)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(gè)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(diǎn)上的載荷為所述千斤頂6施加的載荷的一半。
[0024]請(qǐng)參閱圖5所示，當(dāng)對(duì)所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200進(jìn)行平面外穩(wěn)定測(cè)試時(shí)，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(shí)所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200的加載點(diǎn)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(dāng)所述拱形鋼結(jié)構(gòu)200發(fā)生平面外變形時(shí)，所述加載點(diǎn)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(diǎn)。
[0025]本實(shí)用新型實(shí)施方式提供的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)裝置，通過將拱形鋼結(jié)構(gòu)上的加載點(diǎn)采用兩個(gè)對(duì)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(diǎn)設(shè)計(jì)為半球形，采用間接加載法對(duì)所述拱形鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面外穩(wěn)定承載力加載試驗(yàn)，不僅測(cè)試準(zhǔn)確、可靠，而且可以使被測(cè)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(dòng)，真實(shí)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(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力試驗(yàn)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(yàn)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(duì)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(yàn)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(yàn)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(tái)；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(tái)上，且所述加載平臺(tái)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(yàn)裝置，其特征在于，所述加載框架呈長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，其包括兩相對(duì)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(gè)拉桿;所述兩個(gè)拉桿呈相對(duì)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(qiáng)肋以增加所述下鋼梁的強(qiáng)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(yàn)裝置，其特征在于，所述上鋼梁與所述加載半球的連接點(diǎn)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(diǎn)為半球形，所述加載點(diǎn)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。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(yàn)裝置，其特征在于，所述U形雙向鉸包括兩個(gè)對(duì)扣的U形卡構(gòu)件及分別將兩個(gè)U形卡構(gòu)件對(duì)應(yīng)固定至所述下鋼梁及所述剛性梁上的多個(gè)螺母;所述U形卡保證所述加載框架發(fā)生側(cè)向變形時(shí)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(yàn)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(dāng)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(shí)，所述拱形鋼結(jié)構(gòu)的加載點(diǎn)上的載荷為所述千斤頂施加的載荷的一半。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK205642861SQ201620251528
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】戴立先, 趙思遠(yuǎn), 郭彥林, 竇超, 李春田
【申請(qǐng)人】中建鋼構(gòu)有限公司, 清華大學(xué)