一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置

摘要

一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置，属于结构工程领域，其特征在于，通过主底座、副底座、滚轮架等装置的组合，使得钢管混凝土的径向倾斜荷载处于竖直方向。通过加载端头和加载杆对钢管混凝土试件施加简单竖向荷载时，即可实现对试件受径向斜肢杆件传来的倾斜荷载的试验模拟；并通过副底座圆弧面的设计，实现对圆截面试件的有效支撑。利用荷载传感器，实时测试试件的杆件内力；利用应变计、位移计等量测仪器，获得试件在试验过程中的应变、变形等数据。不同试件可方便替换，实现装置的重复利用。本发明适用于桁架、塔架、格构式结构中的圆截面钢管混凝土杆件在径向倾斜荷载下的强度测试与研究。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程中的结构工程领域，特别涉及一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压 强度试验装置。

背景技术

众所周知，圆管截面的桁架、塔架、格构式结构具有质量轻、整体性能好、抗扭刚度大、 能够充分发挥材料强度等优良性能，并且其外表美观、制作和起吊安装方便，在维护和防火 等方面也有巨大优势，因此，其在现代建筑中得到越来越广泛的应用。在此类结构中，使用 钢管混凝土杆件可产生多重效应：一方面管内的混凝土提高了杆件强度、刚度及耐火性能， 延缓了钢管的局部屈曲；另一方面混凝土在钢管的约束下处于复合受压状态，其强度得到提 高、塑性和韧性得到改善。因此，在桁架、塔架、格构式结构中采用钢管混凝土有着良好的 工程应用前景。南海紫洞大桥、浙江舟山输变电跨越塔、首钢自备电厂输煤栈桥柱等结构均 采用了钢管混凝土构件，并取得了良好的工程效果。

在圆钢管混凝土桁架、塔架和格构式结构的节点区等关键部位，钢管混凝土往往承受着 由径向斜肢杆件传递来的荷载作用，其在径向倾斜荷载下的力学性能，是结构设计的关键问 题之一。因此，需要对此类工况下的钢管混凝土强度开展有针对性的力学试验研究。在传统 的试验方法中，要实现倾斜荷载的加载，往往需要大型实验室的自反力架装置，配合液压千 斤顶、MTS等多种试验设备，边界条件复杂、控制难度大、对装置要求高，并且容易出现倾 斜加载带来的荷载方向偏移、面外失稳等问题。由于钢管混凝土的径向承压能力远远高于传 统的空钢管杆件，需要较大的荷载才能达到破坏性试验的目的，这更大大增加了倾斜加载的 难度。同时，现有设备无法对圆截面试件提供有效的支撑面，因此难以对圆截面钢管混凝土 进行受压强度试验。在这种情况下，迫切需求一种传力明确、操作简便、经济可靠的圆截面 钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置，来适应科学研究和工程实践的需求。

发明内容

本发明提出一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置，根据待测试试件的几何 参数，制作大刚度的主底座、副底座体系，通过支撑，使得径向倾斜荷载处于竖直方向，从 而可以直接利用常见的压力机、千斤顶等加载设备对钢管混凝土试件施加径向倾斜荷载。通 过副底座圆弧面的设置，实现对圆截面钢管混凝土的有效支撑和测试。通过滚轮架装置，消 除摩擦可能产生的不利影响，通过荷载传感器测试试件的杆件内力，通过应变计和位移计获 得试件的应变、变形等数据。试验结束后，将试件取下并替换，实现装置的重复利用。

本发明的特征在于，是一种用于测试圆形截面的Y形、或K形、或其他带斜肢的钢管混 凝土节点中的杆件在径向倾斜压荷载作用下的强度的试验装置，包含：主底座1、副底座2、 滚轮架3、加载部件以及传感器组，其中：

主底座1，位于试验机下方的平台7之上，所述主底座1是一种钢制加载底座，刚度是 经过加强的，正对试验机的端面上，开有两个互成直角的倾斜平面10和倾斜平面11，所述 倾斜平面10与水平方向的夹角为α，所述倾斜平面11与水平方向的夹角为β，α+β=90°，

副底座2，是一种钢制、或混凝土制、或纤维增强混凝土制成的加载底座，在所述副底 座2的上表面201上制作有弧度半径与待测试的圆截面钢管混凝土5的半径相等的圆弧面 202，对应的圆心角为所述副底座2的圆弧面202上沿轴向放置有所述待测试的圆截面钢 管混凝土5，

滚轮架3，沿长度方向上下对中地放置在所述副底座2的下表面与所述倾斜平面10之间， 所述滚轮架3是一种减摩擦装置，由一个沿宽度方向布置有多根钢杆的钢制杆架301和套在 所述钢制杆架301上的尺寸相同的钢制滚轮302组成，

加载部件，包括加载端头4和处于竖直方向的加载杆6，所述加载端头4的上部平面通 过螺栓与试验机上部的平台8的底面连接，下部平面的中轴线与所述加载杆6的中轴线对齐， 所述加载端头4的宽度大于所述加载杆6的外径，所述加载杆6与所述待测试的圆截面钢管 混凝土5的夹角为θ，α=θ，在强度试验前，所述加载杆6的底面与所述待测试的圆截面钢管 混凝土5的上表面成相贯面，是相焊接的，

传感器组，包括荷载传感器9、应变计和位移计，其中；

荷载传感器9，对中放置于所述待测试的圆截面钢管混凝土5的侧面和所述倾斜平面11 之间，并与所述待测试的圆截面钢管混凝土5相连接，用于在试验中实时测试所述待测试的 圆截面钢管混凝土5的杆件内力，

应变计和位移计，布置在所述待测圆截面钢管混凝土5和所述加载杆6的相交点或附近， 用于获得所述待测试的圆截面钢管混凝土5的荷载-应变、荷载-变形关系曲线的实时响应数 据。

所述待测试的圆截面钢管混凝土5和所述加载杆6采用的钢材材料是普通钢材、或高强 钢材、或不锈钢，采用的混凝土材料是普通混凝土或高强混凝土。

所述加载杆6为实心或空心截面，横截面为圆形、或矩形、或椭圆形、或工字型、或L 型、或槽型。

所述待测试的圆截面钢管混凝土5和所述加载杆6的夹角为大于等于30°，小于90°。

所述主底座1的倾斜平面11与倾斜平面12的宽度为待测试的圆截面钢管混凝土5的外 径的2.5~3.5倍，所述主底座1的倾斜平面11与倾斜平面12的长度分别为所述待测试的圆截 面钢管混凝土5的长度和外径的1.1~1.5倍。

所述副底座2的宽度为所述待测试的圆截面钢管混凝土5的外径的2~3倍，所述副底座 2的长度为所述待测试的圆截面钢管混凝土5的长度的1~1.5倍。

所述副底座2的圆弧面202对应的圆心角为60°~120°。

所述滚轮架3的宽度与所述副底座2的宽度相近，所述滚轮架3的长度与所述副底座2 的长度相近。

本发明的有益效果为：

（1）通过该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置，仅需要利用普通压力机或千 斤顶等设备，施加竖向荷载，即可准确模拟目前桁架、塔架、格构式结构中常见的钢管混凝 土杆件受径向倾斜荷载的情况。避免了目前常见的采用反力架斜向布置千斤顶或MTS加载的 方式。操作简便，大大降低了开展此类试验对设备的要求。

（2）该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置，通过副底座圆弧面的设置，对圆 形截面钢管混凝土试件提供了有效支撑，解决了目前难以对圆形截面杆件进行强度试验和材 料非线性研究的现状。

（3）该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置，能在加载过程中有效得保持稳定， 避免了倾斜加载可能产生的荷载方向偏移、面外失稳等问题，提高了力学实验的安全性、稳 定性和可靠性。

（4）该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置传力明确，避免了倾斜受压的多向、 复杂边界条件。通过荷载传感器、应变计、位移计的配合使用，可以获得详实的节点试验数 据，利于对试验结果的分析。

（5）该圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置，在待测试试件破坏后，可将试件 取下，替换新试件并进行试验，达到重复使用的效果，经济性好。

附图说明

图1为本发明的实施例的圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置图；

图2为本发明的实施例的副底座示意图；

图3为本发明的实施例的滚轮架示意图；

图4为本发明所提供的装置可用于测试的钢管混凝土Y形节点示意图；

图5为本发明所提供的装置可用于测试的钢管混凝土K形节点示意图；

图中，1--主底座，2--副底座，3--滚轮架，4--加载端头，5--待测试的圆截面钢管混凝土， 6--加载杆，7--试验机下部的平台，8--试验机上部的平台，9--荷载传感器，10--主底座的倾斜 平面，11--主底座的倾斜平面，201--副底座的上表面，202--副底座的圆弧面，301--滚轮架的 钢制杆架，302--滚轮架的钢制滚轮。

具体实施方式

本发明提供了一种圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置，下面结合实施例和附 图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1为本发明的实施例，测试圆截面钢管混凝土试件在径向倾斜受压作用下强度的试验 装置示意图。

待测试的圆截面钢管混凝土5与加载杆6的夹角为45°，钢制主底座1的倾斜平面10、 倾斜平面11与水平方向的夹角α、β分别为45°、45°(90°-45°)，以保证待测试的圆截面钢管混 凝土5放置完毕后，加载杆6处于竖直位置。主底座1的倾斜平面10与倾斜平面11的宽度 为待测试的圆截面钢管混凝土5的外径的3倍，倾斜平面10与倾斜平面11的长度分别为待 测试的圆截面钢管混凝土5的长度和外径的1.3和1.5倍。

将主底座1放置在试验机下部的平台7之上。在主底座1的倾斜平面11上对中放置荷载 传感器9，在主底座1的倾斜平面10上对中放置滚轮架3。滚轮架3由钢制杆架301和钢制 滚轮302组成，在钢制杆架301上，布置有多根钢杆，每根钢杆上套有一个相同尺寸的钢制 滚轮302，以消除主底座1与副底座2之间的摩擦力的影响。

在滚轮架3上对中放置混凝土制的副底座2，副底座2的上表面201上制作有圆弧面202， 其弧度半径与待测试的圆截面钢管混凝土5的半径相等，对应的圆心角为60°。副底座2 的宽度为待测试的圆截面钢管混凝土5的外径的2.5倍，副底座2的长度为待测试的圆截面 钢管混凝土5的长度的1.2倍。将待测试的圆截面钢管混凝土5对中放置在副底座2上，并 与荷载传感器9连接，用于在试验中实时测试待测试的圆截面钢管混凝土5的杆件内力。在 待测试的圆截面钢管混凝土5和加载杆6的相交点及附近，布置应变计、位移计等量测仪器， 以获得其在试验过程中的变形、应变等数据。

在试验机上部的平台8上连接钢制的加载端头4，以防止试验过程中加载试验机上部的 平台8碰触到待测试的圆截面钢管混凝土5。调整装置，使得加载端头4的下平面的中轴线 与加载杆6的中轴线对齐。之后，利用压力机或千斤顶等设备，通过加载端头4和加载杆6 对待测试的圆截面钢管混凝土5施加压荷载以进行强度试验。试验结束后，将试件取下，更 换新的试件，再次进行试验。

本发明的圆截面钢管混凝土径向倾斜受压强度试验装置传力明确，可以准确模拟试件的 实际受力状态，操作简便，稳定可靠，可对圆形截面的钢管混凝土试件进行强度试验，可重 复利用，经济性好。适用于桁架、塔架、格构式结构中的圆截面钢管混凝土杆件在径向倾斜 荷载下的强度测试。