本發(fā)明涉及一種組合荷載試驗裝置，用于實現(xiàn)彎矩和軸向載荷的組合加載。

背景技術(shù)：

鋼結(jié)構(gòu)由于設(shè)計、制造和使用環(huán)境都會引起結(jié)構(gòu)的破壞，需要對重要節(jié)點和鋼管材料進行相應(yīng)的試驗研究和檢測，而鋼管結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中會受到彎矩和軸向載荷的作用，因此，如何準(zhǔn)確實現(xiàn)彎矩和軸向載荷的組合加載，是保證試驗達到預(yù)期的重要保證。

科研和檢測單位沒有專門購置實現(xiàn)組合荷載的設(shè)備，主要利用現(xiàn)有的伺服式萬能試驗機，通過偏心試驗方式實現(xiàn)彎矩和軸向載荷的組合加載，但是偏心距一旦過大就會引起試驗件的局部損壞，影響試驗準(zhǔn)確性，同時，偏心試驗一般采用的是面加載而不是線加載，由于鋼管構(gòu)件的截面尺寸較大，面加載會導(dǎo)致加載面上的力分布不均，致使不能準(zhǔn)確實施所需的偏心載荷，偏心距的計算也不夠準(zhǔn)確。

模擬組合荷載還采用長力臂剛性橫梁配合雙作動器來實現(xiàn)，但多作動器以及制作長力臂的剛性橫梁費用會大大增加試驗裝置的成本，控制多作動器的同步加載也十分困難，即試驗的可操作性不強，同時，在試驗過程中試驗件的變形會引起作動器施加加載點位的偏離，即作動器的承壓面會在剛性橫梁上滑動，其試驗的危險系數(shù)較高。

因此，需要發(fā)展一種既準(zhǔn)確又經(jīng)濟的實施組合加載的試驗裝置，以便在實際工程或試驗中推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要達到的目的就是提供一種組合荷載試驗裝置，所述組合荷載試驗裝置簡單不僅提高了彎矩和軸向載荷組合加載模擬的準(zhǔn)確性，而且試驗成本較低。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種組合荷載試驗裝置，包括具有兩個加載座的試驗機，兩個加載座之間設(shè)有放置試件的空間，還包括兩個分別連接于試件兩端且面對面設(shè)置的組合荷載發(fā)生裝置，所述組合荷載發(fā)生裝置設(shè)有承受加載座壓力作用的第一圓柱和承受加載座拉力作用的第二圓柱，第一圓柱和第二圓柱都與組合荷載發(fā)生裝置線接觸。

進一步的，所述組合荷載發(fā)生裝置包括安裝部和固定部，固定部與試件連接，安裝部包括面向加載座的第一作用面和背離加載座的第二作用面，第一圓柱的周側(cè)面抵在第一作用面上，第二圓柱的周側(cè)面抵在第二作用面上。

進一步的，所述加載座上設(shè)有線荷載轉(zhuǎn)換裝置，所述線荷載轉(zhuǎn)換裝置連接于第二圓柱。

進一步的，所述線荷載轉(zhuǎn)換裝置包括與加載座連接的底板，底板通過螺栓固定于加載座上，且底板上設(shè)有向安裝部方向延伸的連接板，連接板伸出安裝部的端部設(shè)有通孔，第二圓柱插入通孔。

進一步的，所述安裝部上設(shè)有限定第一圓柱與試件相對位置的第一線荷載限位裝置，所述安裝部上還設(shè)有限定第二圓柱與試件相對位置的第二線荷載限位裝置，所述第一線荷載限位裝置和第二線荷載限位裝置都與安裝部可拆卸連接。

進一步的，所述第一線荷載限位裝置包括第一安裝板，所述第一安裝板通過螺栓固定于第一作用面上，所述第一安裝板背離安裝部的一側(cè)設(shè)有兩個相對設(shè)置的第一限位板，所述兩個第一限位板夾緊第一圓柱，所述第二線荷載限位裝置包括第二安裝板，所述第二安裝板通過螺栓固定于第二作用面上，所述第二安裝板背離安裝部的一側(cè)設(shè)有兩個相對設(shè)置的第二限位板，所述兩個第二限位板夾緊第二圓柱。

進一步的，所述固定部包括短橫梁，短橫梁上設(shè)有與試件同軸設(shè)置的連接短管，試件的端部伸入連接短管中，連接短管外側(cè)設(shè)有與短橫梁連接的加強板。

進一步的，所述安裝部包括平行于短橫梁的長橫梁，長橫梁上設(shè)有與短橫梁連接的傳動梁，傳動梁垂直于長橫梁和短橫梁。

進一步的，所述固定部上設(shè)有夾持試件的夾具，所述夾具包括連接座和弧形卡爪，連接座內(nèi)設(shè)有小錐齒輪和大錐齒輪，小錐齒輪驅(qū)動大錐齒輪，大錐齒輪的背面設(shè)有與弧形卡爪連接的螺旋槽，連接座的周側(cè)面上設(shè)有扳手調(diào)節(jié)孔，扳手插入扳手調(diào)節(jié)孔與小錐齒輪的中心孔配合轉(zhuǎn)動小錐齒輪。

進一步的，還包括套裝于試件外側(cè)的保護套，所述保護套為圓環(huán)，圓環(huán)兩側(cè)設(shè)有緊貼試件周側(cè)面的彈性件。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、首先，加載座通過組合荷載發(fā)生裝置對試件施加軸向荷載和彎矩的作用，其無需重新購置大型加載設(shè)備的條件下，可對現(xiàn)有的試驗機進行改裝，增加組合荷載發(fā)生裝置、圓柱和固定裝置便可滿足組合荷載試驗的要求，大大節(jié)省了試驗成本；其次，在模擬的組合荷載偏心加載時，加載座和圓柱不直接與試件接觸，避免試件端部因局部應(yīng)力過大而破壞，利于模擬試驗的準(zhǔn)確進行；最后，在模擬的組合荷載偏心加載方法中，第一圓柱與組合荷載發(fā)生裝置線接觸實現(xiàn)壓彎試驗，第二圓柱與組合荷載發(fā)生裝置線接觸實現(xiàn)拉彎試驗，組合荷載發(fā)生裝置與圓柱的線接觸使作用力集中在組合荷載發(fā)生裝置的接觸線上，其作用力分布更加均勻，利于偏心距的測量，提高了偏心載荷實施的準(zhǔn)確性，同時，組合荷載發(fā)生裝置方便圓柱的固定，圓柱作用于組合荷載發(fā)生裝置時的穩(wěn)定性和安全性更高。

2、第一圓柱與第一作用面接觸，第二圓柱與第二作用面接觸，加載座無論是拉彎試驗還是壓彎試驗，圓柱都與安裝部線接觸，保證試驗偏心加載測試的準(zhǔn)確性。

3、加載座上設(shè)有線荷載轉(zhuǎn)換裝置，第二圓柱在試件受到加載座拉力作用時也能壓制在第二作用面，實現(xiàn)將加載座的面接觸轉(zhuǎn)換為線接觸。

4、第一線荷載限位裝置和第二線荷載限位裝置的設(shè)置不僅利于偏心距的測量，而且避免加載過程中圓柱的滑動，提高了圓柱在加載座的作用下的穩(wěn)定性和安全性。

5、固定件上設(shè)置夾具，在進行彎拉試驗時，固定部通過夾具使試件的兩端連接于固定部，避免拉彎過程中試件與固定部脫離；試件外側(cè)設(shè)置保護套，防止試件在壓彎或拉彎試驗中突然斷裂彈出而傷害操作者，提高整個組合荷載試驗裝置的安全性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

圖1為實施例一中組合荷載試驗裝置的局部正視圖；

圖2為實施例一中組合荷載發(fā)生裝置的正視圖；

圖3為實施例一中組合荷載發(fā)生裝置的側(cè)視圖；

圖4為實施例一中組合荷載發(fā)生裝置的仰視圖；

圖5為實施例一中線荷載轉(zhuǎn)換裝置的正視圖；

圖6為實施例一中線荷載轉(zhuǎn)換裝置的側(cè)視圖；

圖7為實施例一中第一線荷載限位裝置的正視圖；

圖8為實施例一中夾具的正視圖；

圖9為實施例一中保護套的正視圖。

圖中：1-試件，2-組合荷載發(fā)生裝置，21-短橫梁，22-長橫梁，23-連接短管，24-加強板，25-傳動梁，26-第一表面，27-第二表面，3-第一圓柱，4-第二圓柱，5-線荷載轉(zhuǎn)換裝置，51-底板，52-連接板，53-通孔，6-第一線荷載限位裝置，61-第一安裝板，62-第一限位板，63-第一限位槽，7-第二線荷載限位裝置，8-保護套，81-彈性件，9-夾具，91-連接座，92-弧形卡爪。

具體實施方式

實施例一：

本實施例提供一種組合荷載試驗裝置，如圖1所述，包括具有兩個加載座的試驗機，兩個加載座為沿高度方向分布的上加載座和下加載座，其中上加載座可上下移動實現(xiàn)壓力和拉力的加載，下加載座固定不動，且上加載座和下加載座之間設(shè)有放置試件1的空間，組合荷載試驗裝置還包括兩個分別連接于試件1兩端且面對面設(shè)置的組合荷載發(fā)生裝置2，所述組合荷載發(fā)生裝置2設(shè)有承受加載座壓力作用的第一圓柱3和承受加載座拉力作用的第二圓柱4，第一圓柱3和第二圓柱4都與組合荷載發(fā)生裝置2線接觸，兩個組合荷載發(fā)生裝置2上的第一圓柱3的軸線平行且都垂直于試件1的軸線，兩個組合荷載發(fā)生裝置2上的第一圓柱3的軸線所在平面與試件1的軸線平行，兩個組合荷載發(fā)生裝置2上的第二圓柱4的軸線平行且都垂直于試件1的軸線，兩個組合荷載發(fā)生裝置2上的第二圓柱4的軸線所在平面與試件1的軸線平行，便于測量試件與圓柱之間的間距。

加載座通過組合荷載發(fā)生裝置2對試件1施加軸向荷載和彎矩的作用，無需重新購置大型加載設(shè)備的條件下，可對現(xiàn)有的試驗機進行改裝，增加組合荷載發(fā)生裝置2、圓柱和固定裝置便可滿足組合荷載試驗的要求，大大節(jié)省了試驗成本；其次，在模擬的組合荷載偏心加載時，加載座和圓柱不直接與試件1接觸，避免試件1端部因局部應(yīng)力過大而破壞，利于模擬試驗的準(zhǔn)確進行；最后，模擬的組合荷載偏心加載時，第一圓柱3和第二圓柱4都與組合荷載發(fā)生裝置2線接觸，圓柱的線接觸使作用力集中在組合荷載發(fā)生裝置2的接觸線上，其作用力分布更加均勻，利于偏心距的測量，提高了偏心載荷實施的準(zhǔn)確性，同時，組合荷載發(fā)生裝置2方便圓柱的固定，圓柱作用于組合荷載發(fā)生裝置2時的穩(wěn)定性和安全性更高。

結(jié)合圖2至圖4，所述組合荷載發(fā)生裝置2包括安裝部和固定部，固定部包括一個與試件1的軸線垂直的短橫梁21，且短橫梁21的長和寬相等，短橫梁21面向試件1的一側(cè)設(shè)有與試件1同軸設(shè)置的連接短管23，試件1的端部伸入連接短管23內(nèi)且抵在短橫梁21上，連接短管23限制試件1在垂直于試件1軸線的平面上移動，保證試件1在檢測條件下穩(wěn)定的受壓或受拉。連接短管23外側(cè)設(shè)置有與短橫梁21連接的加強板24，且加強板24沿連接短管23的周側(cè)均勻分布，提高連接短管23的強度，避免連接短管23受到試件1的擠壓而變形甚至破裂。

安裝部包括一個與短橫梁21平行的長橫梁22，長橫梁22的長大于短橫梁21的長且寬小于短橫梁21的寬，方便第一圓柱3和第二圓柱4相對試件1的偏心設(shè)置，長橫梁22的一端與短橫梁21的一端平齊，且長橫梁22上與短橫梁21平齊的端部設(shè)有傳動梁25，傳動梁25的寬度從長橫梁22向短橫梁21逐漸變大，增大傳動梁25與短橫梁21的接觸面積，使傳動梁25上的力可均勻的作用于短橫梁21上。

長橫梁22包括面向加載座的第一表面26和背離加載座的第二表面27，第一表面26與第二表面27都平行于加載座的加載面，且第一表面26包括與試件1線接觸的第一作用面，第二表面27包括與第二圓柱4線接觸的第二作用面，承受壓力作用時，第一圓柱3抵在第一作用面上，第一圓柱3作用在第一作用面是一條接觸線，且接觸線與試件1的軸線偏心設(shè)置，當(dāng)加載座的壓力不斷增大時，第一圓柱3不斷壓制第一作用面會使試件1向第一圓柱3的一側(cè)彎曲，完成軸向壓力和彎矩兩種載荷的實施和檢測。

結(jié)合圖5和圖6，加載座上還設(shè)有線荷載轉(zhuǎn)換裝置5，線荷載轉(zhuǎn)換裝置5包括與加載面貼合的底板51，底板51通過螺釘固定于加載座上，且底板51上設(shè)有向安裝部方向延伸的兩個連接板52，兩個連接板52平行設(shè)置且兩者之間的間距大于長橫梁22的寬度，長橫梁22水平插入兩個連接板52之間使連接板52位于長橫梁22的外側(cè)，連接板52伸出長橫梁22的端部設(shè)有通孔53，第二圓柱4插入通孔53中使第二圓柱4的兩端分別連接于兩個連接板52，在試件1承受加載座的拉力作用時，加載座帶動連接板52向背離試件1的方向運動，第二圓柱4在受到通孔53側(cè)壁的壓力作用時，第二圓柱4的周側(cè)面抵在第二作用面上，第二圓柱4作用在第二作用面是一條接觸線，且接觸線與試件1的軸線偏心設(shè)置，當(dāng)加載座的拉力不斷增大時，第二圓柱4不斷壓制第二作用面會使試件1向背離第二圓柱4的一側(cè)彎曲，完成軸向拉力和彎矩兩種載荷的實施和檢測。

結(jié)合圖7，為保證加載前圓柱與試件1之間的距離一定，所述長橫梁22上設(shè)有限定第一圓柱3與試件1相對位置的第一線荷載限位裝置6，所述長橫梁22上還設(shè)有限定第二圓柱4與試件1相對位置的第二線荷載限位裝置7，所述第一線荷載限位裝置6和第二線荷載限位裝置7都與安裝部可拆卸連接。具體地，所述第一線荷載限位裝置6包括第一安裝板61，所述第一安裝板61貼合于第一作用面且通過螺栓固定于長橫梁22上，所述第一安裝板61背離安裝部的一側(cè)設(shè)有兩個平行設(shè)置的第一限位板62，且兩個第一限位板62形成放置第一圓柱3的第一限位槽63，所述第一圓柱3插入第一限位槽63中且被兩個第一限位板62夾緊；第二線荷載限位裝置7的結(jié)構(gòu)與第一線荷載限位裝置6的結(jié)構(gòu)相同，具體地，第二線荷載限位裝置7包括第二安裝板，所述第二安裝板貼合于第二作用面且通過螺栓固定于長橫梁22上，所述第二安裝板背離安裝部的一側(cè)設(shè)有兩個平行設(shè)置的第二限位板，兩個第二限位板形成放置第二圓柱4的第二限位槽，所述第二圓柱4插入第二限位槽中且被兩個第二限位板夾緊。

在進行拉彎試驗時，首先將兩個線荷載轉(zhuǎn)換裝置5的底板51分別安裝至上加載座和下加載座上，且通過螺栓使底板51固定于加載座上，再將第二線荷載限位裝置7的第二安裝板安裝至組合荷載發(fā)生裝置2的第二作用面上，并通過螺栓固定，再將安裝好的兩個組合荷載發(fā)生裝置2進行吊裝找正，將第二圓柱4插入第二限位槽和通孔53內(nèi)，最后將試件1的兩端分別插入兩個連接短管23中。兩個加載座向外拉試件1時第二圓柱4受到線荷載轉(zhuǎn)換裝置5的拉力作用使第二圓柱4的周側(cè)面抵在第二作用面上，且在拉力不斷增大的情況下不斷壓制第二作用面，實現(xiàn)軸向拉力和彎矩的線加載。

在進行壓彎試驗時，首先將一個組合荷載發(fā)生裝置2固定于上加載座上，然后將試件1的一端固定于已安裝好的組合荷載發(fā)生裝置2的連接短管23上，再將另一個組合荷載發(fā)生裝置2固定于下加載座上，同時試件1的另一端插入另一個組合荷載發(fā)生裝置2的連接短管23上，再將第一線荷載限位裝置6安裝在組合荷載發(fā)生裝置2的第一作用面上，最后將第一圓柱3插入第一限位槽63和通孔53內(nèi)。兩個加載座的加載面直接壓制第一圓柱3，第一圓柱3在受到加載座的壓力作用時使第一圓柱3的周側(cè)面壓制第一作用面，實現(xiàn)軸向壓力和彎矩的線加載。

安裝完成后，進行組合荷載試驗之前，需進行輕負(fù)荷下的預(yù)加載，并檢查試件1、組合荷載發(fā)生裝置2和圓柱之間的連接是否可靠，消除間隙的影響。測量圓柱與試件1實際中心線之間的距離，確認(rèn)偏心距滿足試驗要求。

結(jié)合圖8，連接短管23上設(shè)有夾持試件的夾具9，所述夾具9包括連接座91和多個弧形卡爪92，所述弧形卡爪為夾持試件端部的活動卡爪，連接座91伸入連接短管23內(nèi)且與連接短管23螺紋連接，連接座91設(shè)有小錐齒輪和大錐齒輪，小錐齒輪驅(qū)動大錐齒輪，大錐齒輪的背面設(shè)有螺旋槽，且各個活動卡爪與螺旋槽連接，連接座91的周側(cè)面上設(shè)有扳手調(diào)節(jié)孔，扳手插入扳手調(diào)節(jié)孔與小錐齒輪的中心孔配合轉(zhuǎn)動小錐齒輪。

結(jié)合圖9，試件1外側(cè)套有保護套8，所述保護套8為一個圓環(huán)，圓環(huán)兩側(cè)設(shè)有均勻分布的彈性件81，彈性件81的內(nèi)側(cè)面為圓弧曲面且貼合于試件1的周側(cè)面，防止試件1在壓彎或拉彎試驗中突然斷裂彈出而傷害操作者，提高整個組合荷載試驗裝置的安全性。

本實施例中，與上加載座連接的線荷載轉(zhuǎn)換裝置5根據(jù)上加載座的尺寸設(shè)計，即與上加載座連接的底板51應(yīng)與上加載座的加載面的尺寸相匹配，增大上加載座與底板51的接觸面積，提高加載過程中的穩(wěn)定性，同樣，與下加載座連接的線荷載轉(zhuǎn)換裝置5也應(yīng)與下加載座的尺寸相匹配。

本實施例中，組合荷載發(fā)生裝置2的設(shè)計荷載是試件1的設(shè)計荷載的1.5倍以上，避免組合荷載發(fā)生裝置2受到加載座的作用力過大而損壞。長橫梁22、短橫梁21與傳動梁25之間的焊接也應(yīng)該滿足承載要求。

除上述優(yōu)選實施例外，本發(fā)明還有其他的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明作出各種改變和變形，只要不脫離本發(fā)明的精神，均應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求書中所定義的范圍。