一种钢梁约束扭转试验装置

1.一种钢梁约束扭转试验装置，其特征在于：包括加载架、扭转圆筒、中空柱塞同步液压千斤顶、夹支座和钢丝绳，所述的加载架的两端分别设有夹支座，夹支座固定在台座上，所述的加载架上设有中空柱塞同步液压千斤顶，加载架内设有扭转圆筒，扭转圆筒内设有固定试验梁的夹具，其中试验梁穿过扭转圆筒并由试验梁的夹具对其进行固定，试验梁的两端均有夹支座进行固定；
所述的扭转圆筒包括两个同心半径不等的两个圆筒即内筒和外筒，内筒和外筒之间通过加劲肋板焊接，所述的外筒的上、下筒面均焊接有固定钢丝绳的圆钢管一，所述的外筒的前、后筒口均设有圆环；所述的内筒中设有固定试验梁的夹具，所述固定试验梁的夹具由六根高强度螺栓杆与板件组成；
所述的钢丝绳绕过外筒沿切线方向延伸，与一个固定钢丝绳横向位置的厚板形成放置中空柱塞同步液压千斤顶的厚板底座，所述的中空柱塞同步液压千斤顶放置在反力梁与厚板底座之间，所述的厚板底座上设有固定钢丝绳的相应的缺口。
2.根据权利要求1所述的一种钢梁约束扭转试验装置，其特征在于：所述的加载架包括两立柱和上、下反力梁，所述的两立柱之间设有上、下反力梁，所述的扭转圆筒固定在上、下反力梁之间的位置，其中所述的立柱由钢管构成，所述的反力梁由两块钢板一焊接而成供中空柱塞同步液压千斤顶施加荷载。
3.根据权利要求1所述的一种钢梁约束扭转试验装置，其特征在于：所述的夹支座包括两支柱和上、下支撑杆，两支柱之间设有上、下支撑杆，所述 的上、下支撑杆均由两根圆钢管二、两块钢板二和一根光滑的圆钢焊接而成。

一种钢梁约束扭转试验装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种钢梁约束扭转试验装置，属于钢结构技术领域。\n背景技术\n[0002] 扭转作为五种基本受力状态之一，在钢梁的设计中，特别是桥梁设计中是需要重点考虑的。当作用在梁上的剪力未通过剪力中心时，梁将绕剪力中心发生扭转。扭转变形可分为自由扭转和约束扭转，两者的应力状态差异很大。当扭转发生时除圆形截面的构件截面保持平面外，其他截面形式由于截面上的各纤维沿纵向产生位移而使表面凹凸不平，截面不再保持为平面，产生翘曲变形。如果各纤维沿纵向的位移不受约束，则为自由扭转，仅产生自由扭转剪应力，且扭转角的变化率为常数。当构件在发生扭转变形时，一端或者两端的翘曲变形受到约束条件的限制，则其他的截面的变形也将受到不同程度的约束作用，此时试件发生的则为约束扭转变形。截面的翘曲变形受到约束后将产生纵向翘曲正应力，并伴随产生翘曲剪应力；扭转角的变化率也不再是常数。可以看出，梁的扭转变形较为复杂，因此，对钢梁在扭矩作用下的力学性能进行研究是非常重要的。\n[0003] 然而，目前钢梁的受扭试验，均采用在试验梁两端施加相反扭矩进行试验，这属于自由扭转的范畴。对于约束扭转，要求通过支承条件或外力作用方式使构件扭转时各截面的翘曲变形受到约束。\n[0004] 当作用在梁上的剪力未通过剪力中心时，梁将绕剪力中心发生扭转。扭转变形可分为自由扭转和约束扭转，两者的应力状态差异很大，对梁进行扭转试验意义重大。然而，目前的扭转试验装置均为自由扭转装置。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于：提供一种钢梁约束扭转试验装置，可以使试验梁各截面的翘曲变形受到不同程度的约束，使其发生约束扭转变形，从而产生纵向翘曲正应力，并伴随产生翘曲剪应力。\n[0006] 本发明所采用的技术方案是：一种钢梁约束扭转试验装置，包括加载架、扭转圆筒、中空柱塞同步液压千斤顶、夹支座和钢丝绳，所述的加载架的两端分别设有夹支座，夹支座固定在台座上，所述的加载架上设有中空柱塞同步液压千斤顶，加载架内设有扭转圆筒，扭转圆筒内设有固定试验梁的夹具，其中试验梁穿过扭转圆筒并由试验梁的夹具对其进行固定，试验梁的两端均有夹支座进行固定。\n[0007] 在本发明中：所述的加载架包括两立柱和上、下反力梁，所述的两立柱之间设有上、下反力梁，所述的扭转圆筒固定在上、下反力梁之间的位置，其中所述的立柱由钢管构成，所述的反力梁由两块钢板一焊接而成供中空柱塞同步液压千斤顶施加荷载。\n[0008] 在本发明中：所述的夹支座包括两支柱和上、下支撑杆，两支柱之间设有上、下支撑杆，所诉的上、下支撑杆均由两根圆钢管二、两块钢板二和一根光滑的圆钢焊接而成。\n[0009] 在本发明中：所述的扭转圆筒包括两个同心半径不等的两个圆筒即内筒和外筒，内筒和外筒之间通过加劲肋板焊接，所述的外筒的上、下筒面均焊接有固定钢丝绳的圆钢管一，所述的外筒的前、后筒口均设有圆环；所述的内筒中设有固定试验梁的夹具，所述固定试验梁的夹具由六根高强度螺栓杆与板件组成。\n[0010] 在本发明中：所述的钢丝绳绕过外筒沿切线方向延伸，与一个固定钢丝绳横向位置的厚板形成放置中空柱塞同步液压千斤顶的厚板底座，所述的中空柱塞同步液压千斤顶放置在反力梁与厚板底座之间，所述的厚板底座上设有固定钢丝绳的相应的缺口。\n[0011] 本发明的有益效果：\n[0012] 1、本发明结构简单、设计合理，在本发明中钢丝绳拉力方向始终与扭转圆筒相切，且左右两侧的钢丝绳拉力大小相等方向相反，从而能够保证试验梁仅承受扭矩作用；\n[0013] 2、本发明的试验梁跨中的转角为零，即截面不发生翘曲，可以保证扭转圆筒的转动平稳性，并可提高张拉千斤顶的安全性；\n[0014] 3、本发明能有效的限制试验梁两端的转动自由度，使试验梁从端截面到中间各截面的变形受到不同程度的约束，从而使试验梁发生约束扭转变形。\n附图说明\n[0015] 图1是本发明结构示意图；\n[0016] 图2是本发明中扭转圆筒与加载架结合的示意图；\n[0017] 图3是本发明中夹支座的结构示意图；\n[0018] 图4是本发明中夹支座的分解示意图；\n[0019] 图5是本发明中扭转圆筒的结构示意图；\n[0020] 图6是本发明中支撑杆的结构示意图；\n[0021] 图7是本发明中扭转圆筒与钢丝绳的结合示意图；\n[0022] 图8是本发明的试验结果图。\n[0023] 其中：1.加载架；2.扭转圆筒；3.中空柱塞同步液压千斤顶；4.夹支座；5.钢丝绳；\n6.台座；7.立柱；8.反力梁；9.钢板一；10.钢管；11.内筒；12.外筒；13.圆环；14.加劲肋板；\n15.圆钢管一；16.螺栓杆；17.板件；18.钢板二；19.圆钢；20.圆钢管二；21.厚板底座；22.支柱；23.支撑杆；24.试验梁。\n具体实施方式\n[0024] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。\n[0025] 如图1-7所示，一种钢梁约束扭转试验装置，包括加载架1、扭转圆筒2、中空柱塞同步液压千斤顶3、夹支座4和钢丝绳5，所述的加载架1的两端分别设有夹支座4，夹支座4固定在台座6上，所述的加载架1的上、下反力梁8上均设有中空柱塞同步液压千斤顶3，加载架2的上、下反力梁8之间设有扭转圆筒2，扭转圆筒2内设有固定试验梁24的夹具，其中试验梁\n24穿过扭转圆筒2并由试验梁的夹具对其进行固定，试验梁的24两端均有夹支座4进行固定。\n[0026] 所述的加载架1包括两立柱7和上、下反力梁8，所述的两立柱7之间设有上、下反力梁8，所述的扭转圆筒2固定在上、下反力梁8之间的位置，其中所述的立柱7由钢管10构成，所述的反力梁8由两块钢板一9焊接而成供中空柱塞同步液压千斤顶3施加荷载；所述的夹支座4包括两支柱22和上、下支撑杆23，两支柱22之间设有上、下支撑杆23，所诉的上、下支撑杆23均由两根圆钢管二20、两块钢板二18和一根光滑的圆钢19焊接而成。所述的扭转圆筒2包括两个同心半径不等的两个圆筒即内筒11和外筒12，内筒11和外筒12之间通过加劲肋板14焊接，所述的外筒12的上、下筒面均焊接有固定钢丝绳5的圆钢管一15，所述的外筒\n12的前、后筒口均设有圆环13；所述的内筒11中设有固定试验梁24的夹具，所述固定试验梁\n24的夹具由六根高强度螺栓杆16与板件17组成；所述的钢丝绳5绕过外筒12沿切线方向延伸，与一个固定钢丝绳5横向位置的厚板形成放置中空柱塞同步液压千斤顶3的厚板底座\n21，所述的中空柱塞同步液压千斤顶3放置在反力梁8与厚板底座21之间，所述的厚板底座\n21上设有固定钢丝绳5的相应的缺口，缺口可以固定钢丝绳5。\n[0027] 具体试验时，将扭转圆筒2通过夹具夹住试验梁24的外缘，试验梁24的两端由夹支座4固定在台座6上，中空柱塞同步液压千斤顶3放置在反力梁8与厚板底座21之间，固定好钢丝绳5。当试验梁24发生扭转变形时，由于钢丝绳5始终与扭转圆筒2相切，因此能保证试验前后试验梁24仅承受扭矩作用。中空柱塞同步液压千斤顶3抬升给钢丝绳5施加拉力，钢丝绳5拉力方向始终与扭转圆筒2的外筒12相切，扭转圆筒2将绕自身圆心转动，从而带动试验梁24也发生扭转变形，通过两端夹支座4对试验梁24端部自由度的限制，试验梁24中间各截面沿纵向的位移将受到不同程度的约束作用，截面的翘曲变形受到约束将产生纵向翘曲正应力 。\n[0028] 图8是此试验装置可靠性的初步验证。研究表明，通过夹支座4对试验梁24两端的转动自由度限制，试验梁24中间各截面沿纵向的位移确实受到了不同程度的约束，试验梁\n24发生的是约束扭转变形。\n[0029] 以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本发明并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。