一种梁结构滞回试验的装置及方法与流程

1.本发明涉及试验装置技术领域，特别是涉及一种梁结构滞回试验装置及方法。


背景技术：

2.以往评估梁结构的后极限承载能力时，仅考虑单调载荷的作用，即梁结构在中垂弯矩载荷作用下发生崩溃折断。实际上，梁结构在进入塑性变形阶段后，在中垂和中拱载荷作用下均会产生塑性累积，梁结构的崩溃破坏是塑性累积的结果，进行梁结构的承载能力评估时考虑中垂和中拱弯矩循环作用更加符合实际的情况。
3.如在周期性的波浪载荷作用下，船体结构产生塑性变形和大变形累积，逐步削弱船体结构的承载能力，船体结构也会发生崩溃折断。研究梁结构在周期性载荷作用下的非线性承载能力之前，首先需要获得梁结构的在周期性载荷作用下的滞回特性曲线，具体指工程结构在往复周期载荷作用下的恢复力特性曲线，描述工程结构承载能力与变形之间的关系，为准确评估梁结构的后极限非线性承载能力提供依据。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种梁结构滞回试验的装置及方法，在延伸段的孔洞上施加向上或向下的力，通过圆撑的旋转支点作用在梁结构中部产生中垂或中拱弯矩，依次循环加载，得到梁结构在周期性载荷作用下的滞回特性。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种梁结构滞回试验装置，包括支撑架,所述支撑架并排设置有左右两个圆撑，每个圆撑分别贯穿连接有刚性延伸段，刚性延伸段的外端设置有孔洞，孔洞上分别通过加载绳连接有加载装置。
6.所述刚性延伸段之间通过固定螺栓连接待测梁结构。
7.所述加载装置包括底座上设置的两组立板支架，每组立板支架间通过横撑连接并由连接螺栓固定，横撑的中线位置套装有滑轮。
8.所述滑轮正下方设置有加载螺杆。
9.所述加载螺杆固定在底座内并贯穿加载盘顶部，加载盘与加载绳连接，并在加载盘的两侧分别安装上加载螺母与下加载螺母。
10.所述刚性延伸段外端孔洞与加载盘间的加载绳分为上下两段，两段加载绳之间由测力计连接。
11.所述刚性延伸段靠近测力计的一端安装位移计。
12.一种梁结构滞回试验的方法，包括以下步骤：
13.将待测梁结构与固定螺栓正确连接，并使加载绳通过滑轮系在加载盘上，调整加载盘的位置，保证加载绳处于竖直状态；
14.校正位移计和测力计的读数并进行归零操作；
15.根据滞回试验中的位移加载幅值δd
″
，旋转上加载螺母，推动加载盘与加载绳向下移动，在延伸段圆孔处产生垂直向上的拉力，最终在梁结构的中部形成中垂弯矩，记录此
加载步下的位移计读数δd和测力计读数δf；
16.调整加载绳的方向，使加载绳直接系在加载盘上，对梁结构施加中拱弯矩，根据下一个加载步的位移加载幅值进行加载，记录此加载步下位移计读数δd和测力计读数δf；
17.重复步骤(3)和(4)直至完成梁结构在预定周期内的中垂中拱循环加载；
18.将位移计读数δd和测力计读数δf转换为梁结构的转角变形θ和弯矩m，从而获得梁结构在周期往复载荷作用下的滞回特性曲线。
19.所述转角变形θ，当θ小于5
°
时，存在以下数学关系：
[0020][0021]
式中：θ为梁结构的转角变形，δd为位移计读数，l1为位移计测点到圆撑的距离。
[0022]
所述弯矩m可以表示为：
[0023]
m＝δf
×
l2[0024]
式中：δf为测力计读数，l2为垂向力测点到梁结构中心的距离。本发明的有益效果在于：
[0025]
1.本发明采用力载荷和位移载荷控制相结合的方法，更准确的捕捉梁结构发生塑性大变形之后承载路径的变化，获得梁结构在周期往复载荷作用下的滞回特性曲线。
[0026]
2.通过考虑梁结构发生大变形后产生的塑性累积，更准确的评估梁结构的后极限非线性承载能力，确保梁体结构的强度储备满足要求，保障人员和货物的安全。
附图说明
[0027]
图1为本发明提供的梁结构滞回试验装置示意图。
[0028]
图2为本发明提供的梁结构与延伸段连接处的放大示意图。
[0029]
图3为本发明提供的加载装置放大示意图。
[0030]
图4为本发明提供的滞回试验时施加中垂弯矩载荷示意图。
[0031]
图5为本发明提供的滞回试验时施加中拱弯矩载荷示意图。
[0032]
图6为本发明提供的滞回试验时滞回转换计算示意图。
[0033]
图7为本发明提供的梁结构载荷位移图。
[0034]
图8为实施例中工况1的滞回特性曲线。
[0035]
图9为实施例中工况2的滞回特性曲线。
[0036]
图10为实施例中工况3的滞回特性曲线。
[0037]
图中：1
‑
底座，2
‑
立板支架，3
‑
横撑，4
‑
滑轮，5
‑
连接螺栓，6
‑
圆撑，7
‑
梁结构，8
‑
固定螺栓，9
‑
刚性延伸段，10
‑
加载盘，11
‑
上加载螺母，12
‑
加载螺杆，13
‑
下加载螺母,14
‑
支撑架,15
‑
位移计，16
‑
测力计，17
‑
加载绳
具体实施方式
[0038]
下面结合附图进一步描述本发明的具体实施例，但要求保护的范围并不局限于此。
[0039]
本发明实施例提供一种梁结构滞回试验装置，如图1
‑
5所示，包括支撑架14,所述支撑架14并排设置有左右两个圆撑6，每个圆撑6分别贯穿连接有刚性延伸段9，刚性延伸段
9的外端设置有孔洞，孔洞上分别通过加载绳17连接有加载装置，刚性延伸段9之间通过固定螺栓8连接待测梁结构7，其中，待测梁结构、固定螺栓8与刚性延伸段9处于一条直线上。
[0040]
圆撑6贯穿连接有刚性延伸段9，一方面给整个试验段提供支撑，另一方面约束了梁结构的平动自由度，只开放梁结构绕圆撑的转动自由度，从而达到在梁结构上施加纯弯矩的目的。
[0041]
加载装置包括底座1上设置的两组立板支架2，每组立板支架间通过横撑3连接并由连接螺栓5固定，横撑3的中线位置套装有滑轮4，滑轮4正下方设置有加载螺杆12。加载螺杆12固定在底座1内并贯穿加载盘10顶部，加载盘10与加载绳17连接，并在加载盘10的两侧分别安装上加载螺母11与下加载螺母13，两个加载螺母的螺纹与加载螺杆12的螺纹相匹配，实现加载盘10在加载螺杆12上的位置调整
[0042]
刚性延伸段9外端圆孔与加载盘10间的加载绳分为上下两段，两段加载绳之间由测力计16连接，刚性延伸段9靠近测力计16的一端安装位移计15。
[0043]
移动加载装置使其一侧的滑轮4和加载螺杆12与刚性延伸段9上的孔洞处于同一竖直位置。通过测力计16和位移计15分别测量试验时施加在加载绳上的力和延伸段上标记位置发生的垂向位移。
[0044]
具体实施例：
[0045]
上述装置采用梁结构滞回试验方法，如图6所示，包括以下步骤：
[0046]
(1)将待测梁结构与固定螺栓正确连接，并使加载绳通过滑轮系在加载盘上，调整加载盘的位置，保证加载绳处于竖直状态；
[0047]
(2)校正位移计和测力计的读数并进行归零操作；
[0048]
(3)根据滞回试验中的位移加载幅值δd
″
，旋转上加载螺母，推动加载盘与加载绳向下移动，在延伸段圆孔处产生垂直向上的拉力，最终在梁结构的中部形成中垂弯矩，记录此加载步下的位移计读数δd和测力计读数δf；
[0049]
(4)调整加载绳的方向，使加载绳直接系在加载盘上，对梁结构施加中拱弯矩，根据下一个加载步的位移加载幅值进行加载，记录此加载步下位移计读数δd和测力计读数δf；
[0050]
(5)重复步骤(3)和(4)直至完成梁结构在预定周期内的中垂中拱循环加载；
[0051]
表1滞回试验中各工况的位移加载幅值δd
″
(mm)
[0052][0053]
(6)将位移计读数δd和测力计读数δf转换为梁结构的转角变形θ和弯矩m，从而获得梁结构在周期往复载荷作用下的滞回特性曲线。
[0054]
所述转角变形θ，当θ小于5
°
时，存在以下数学关系：
[0055][0056]
式中：θ为梁结构的转角变形，δd为位移计读数，l1为位移计测点到圆撑的距离。
[0057]
所述弯矩m可以表示为：m＝δf
×
l2[0058]
式中：δf为测力计读数，l2为垂向力测点到梁结构中心的距离。
[0059]
通过提供力载荷控制和位移载荷控制两种加载方式，如图7所示，当梁结构处于弹性变形阶段时，采用力载荷的控制方法，此时主要关注测力计的读数变化；梁结构进入塑性变形阶段后，改用位移载荷控制的加载方法，此时主要关注百分表读数的变化。
[0060]
如图8
‑
10所示，每个周期卸载结束后，梁结构的塑性变形在不断累积，当前周期的塑性变形构成了下一个周期的初始变形，使得梁结构的承载能力不断降低。该滞回试验更好地捕捉梁结构在周期性大载荷作用下非线性极限承载能力的变化，从而为评估梁结构的安全提供依据。