專利名稱：一種可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程中的結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，特別涉及一種可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置。
背景技術(shù)：
桁架結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、剛度大、整體性能好、外表美觀、制作和安裝方便等優(yōu)良性能。近年來，各類桁架結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外工程實踐中得到廣泛的應(yīng)用，如橋梁、展館、體育場、穹形結(jié)構(gòu)、機場航站樓、車站、高聳塔架等。一些大型場館如北京的國家體育館、國家大劇院、首都機場新航站樓；橋梁如四川忠縣長江大橋、南海紫洞大橋等，均采用了桁架結(jié)構(gòu)，并取得了良好的工程效果。節(jié)點是桁架結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部位，也是受力情況最為復(fù)雜的區(qū)域。節(jié)點的力學(xué)性能是桁架結(jié)構(gòu)安全的保障，因此，需要對桁架節(jié)點開展有針對性的力學(xué)試驗，對節(jié)點性能進行研究和評估。在傳統(tǒng)的單個節(jié)點試驗中，需要對節(jié)點的各個桿件施加相應(yīng)的荷載、位移邊界條件，并且往往需要實現(xiàn)對多個不同角度桿端的同步加載，以近似模擬節(jié)點的實際受力狀態(tài)。這給試驗操作帶來極大的難度，甚至難以有效實現(xiàn)。隨著結(jié)構(gòu)加工工藝的完善以及焊接技術(shù)、設(shè)備上的進步，桁架節(jié)點的形式(節(jié)點區(qū)桿件的數(shù)量、角度等)越來越多，相應(yīng)的，其荷載位移邊界條件也越來越復(fù)雜。如何實現(xiàn)對桁架節(jié)點復(fù)雜邊界的準(zhǔn)確模擬并方便的進行加載，對節(jié)點試驗提出了新的要求。因此，實踐中迫切需求一種傳力明確、操作簡便、經(jīng)濟可靠、可以準(zhǔn)確模擬節(jié)點實際受力狀態(tài)的桁架節(jié)點試驗裝置，來適應(yīng)科學(xué)研究和工程實踐的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出的一種可拆卸式桁架節(jié)點試驗裝置，該裝置可有效解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的操作繁瑣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、準(zhǔn)確性和可靠性不夠高、經(jīng)濟性差等缺點。為解決上述問題，本發(fā)明提出了如下的技術(shù)方案一種可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，包括試驗裝置主體I和待測試的桁架節(jié)點
2;所述的試驗裝置主體I包括裝置主桿9和裝置支桿10 ;所述的待測試的桁架節(jié)點2包括節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5 ；其中，所述的試驗裝置主體I和待測試的桁架節(jié)點2，通過法蘭4和法蘭6連接節(jié)點弦桿3和裝置主桿9由法蘭4通過螺栓連接，節(jié)點腹桿5和裝置支桿10由法蘭6通過螺栓連接；連接時，通過法蘭、螺栓定位，使得節(jié)點的桿件和裝置中相應(yīng)的桿件的軸線重合；法蘭和螺栓的具體規(guī)格應(yīng)根據(jù)桿件的最大抗拉強度確定，以保證連接能始終實現(xiàn)荷載的有效傳遞；在節(jié)點弦桿3的端部布置弦桿荷載傳感器7，在節(jié)點腹桿5的端部布置腹桿荷載傳感器8，以實時測試節(jié)點各桿件的內(nèi)力。、
在此基礎(chǔ)上，通過對試驗裝置主體I施加簡單的單向荷載，如壓荷載，即可通過各連接桿件對待測試的桁架節(jié)點2施加多重邊界條件，模擬其在實際結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)；同時可在節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5的相交點或附近，布置應(yīng)變計和位移計，以獲得節(jié)點的荷載-變形、荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線等實時響應(yīng)數(shù)據(jù)。試驗裝置主體I的祐1架形式可采用華倫式(Warren)祐1架、普拉特(Pratt)祐1架或芬克(Fink)桁架等其他常見形式；
試驗裝置主體I的桁架類型可采用鋼桁架或鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)桁架；所述節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5的橫截面為矩形、圓形、橢圓形、工字型、L型或槽型；所述節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5采用的鋼材材料是普通鋼材、高強鋼材或不銹鋼，采用的混凝土材料是普通混凝土或高強混凝土；所述待測試的桁架節(jié)點2可以為K形、T形、N形、KT形、Y形或X形；根據(jù)不同形式節(jié)點區(qū)的需求，通過調(diào)整桁架裝置的桿件來布置。本發(fā)明的有益效果為( I)和目前常用的單個節(jié)點試驗裝置相比，該可拆卸式桁架節(jié)點試驗裝置避免了多個千斤頂多角度的聯(lián)合作動、同步加載；通過該裝置，僅需要施加單向荷載，即可通過裝置桿件與待測試的桁架節(jié)點桿件之間的荷載傳遞，實現(xiàn)節(jié)點的復(fù)雜受力；因而操作簡便，大大降低了試驗難度；(2)該可拆卸式桁架節(jié)點試驗裝置，可以使節(jié)點的邊界條件與其在真實結(jié)構(gòu)中的一致，能更準(zhǔn)確地模擬待測試的桁架節(jié)點在桁架中的實際受力狀態(tài)，提高了力學(xué)實驗的準(zhǔn)確性和可靠性；(3)該桁架節(jié)點試驗裝置傳力明確，可以通過力學(xué)概念及相關(guān)軟件對節(jié)點桿件的荷載進行分析；同時，可以通過荷載傳感器、應(yīng)變計、位移計的配合使用，獲得詳實的節(jié)點試驗數(shù)據(jù)，利于對試驗結(jié)果的分析；(4)該桁架節(jié)點試驗裝置中，通過法蘭、螺栓與待測試的桁架節(jié)點連接，在節(jié)點破壞后，可將節(jié)點拆卸，連接新節(jié)點并進行試驗，達到重復(fù)使用的效果，經(jīng)濟性好；(5)該裝置適用于華倫式(Warren)祐1架、普拉特(Pratt)祐1架或芬克(Fink)祐1架等多種類型的桁架結(jié)構(gòu)，和K形、T形、N形、KT形等多種形狀、多種截面、多種材料的節(jié)點。


圖I為本發(fā)明的實施例I的K形桁架節(jié)點試驗裝置圖；圖2為本發(fā)明的實施例2的T形桁架節(jié)點試驗裝置圖；圖3為本發(fā)明的實施例3的N形桁架節(jié)點試驗裝置圖；圖4為本發(fā)明的實施例4的KT形桁架節(jié)點試驗裝置圖；圖5為本發(fā)明適用的華倫式(Warren)祐1架示意圖，圖中標(biāo)示的節(jié)點為K形節(jié)點；圖6為本發(fā)明適用的普拉特(Pratt)祐1架示意圖，圖中標(biāo)示的節(jié)點為N形節(jié)點；圖7為本發(fā)明適用的芬克(Fink)桁架示意圖，圖中標(biāo)示的節(jié)點有兩種，其中上部的節(jié)點為T形節(jié)點，下部的節(jié)點為K形節(jié)點；圖8為本發(fā)明所提供的裝置可用于測試的T形桁架節(jié)點示意圖9為本發(fā)明所提供的裝置可用于測試的K形桁架節(jié)點示意圖；圖10為本發(fā)明所提供的裝置可用于測試的N形桁架節(jié)點示意圖；圖11為本發(fā)明所提供的裝置可用于測試的KT形桁架節(jié)點示意具體實施例方式本發(fā)明提供了一種可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的說明。實施例I :圖I為本發(fā)明的實施例，測試K形桁架節(jié)點的試驗裝置示意圖。試驗裝置主體I的結(jié)構(gòu)按照K形節(jié)點應(yīng)用的華倫式(Warren)祐1架制作,在典型位置預(yù)留出K形節(jié)點的空間。同時，試驗裝置主體I的桿件截面強度和剛度應(yīng)為待測試的桁架節(jié)點2 (所述的待測試的桁架節(jié)點2包括節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5)的I. 5倍以上，以保證試驗最終獲得待測試的桁架節(jié)點2破壞的效果。待測試的K形桁架節(jié)點2由節(jié)點弦桿3和兩個節(jié)點腹桿5組成，為保證待測試的K形桁架節(jié)點2的節(jié)點區(qū)不受桿端荷載的影響，節(jié)點弦桿3的長度取節(jié)點弦桿3外徑的7 8倍；節(jié)點腹桿5的長度取節(jié)點腹桿5外徑的5 6倍。試驗裝置主體I和待測試的桁架節(jié)點2，通過3個法蘭4和4個法蘭6連接其中節(jié)點弦桿3和裝置主桿9由法蘭4通過螺栓連接，節(jié)點腹桿5桿和裝置支桿10由法蘭6通過螺栓連接；連接時，需通過法蘭、螺栓定位，使得節(jié)點的桿件和裝置中相應(yīng)的桿件的軸線重合，以保證桁架桿件軸力的有效傳遞。在節(jié)點弦桿3的端部，布置弦桿荷載傳感器7，在節(jié)點腹桿5的端部，布置腹桿荷載傳感器8，分別測試其在試驗過程的桿件內(nèi)力。在節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5的相交點或附近，布置應(yīng)變計和位移計，以獲得節(jié)點的荷載-變形、荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線等實時響應(yīng)數(shù)據(jù)。裝置安裝完成后，利用千斤頂或MTS作動器，對裝置上部主桿11施加壓荷載，通過桿件之間的荷載傳遞，模擬K形節(jié)點待測試的桁架節(jié)點2的實際工作狀態(tài)。試驗結(jié)束后，將K形節(jié)點待測試的桁架節(jié)點2拆卸，更換新的待測試的桁架節(jié)點，再次進行試驗。實施例2 圖2為本發(fā)明的實施例，測試T形桁架節(jié)點的試驗裝置示意圖。試驗裝置主體I的結(jié)構(gòu)按照T形節(jié)點應(yīng)用的桁架制作，試驗裝置主體I的桿件截面強度和剛度為待測試的桁架節(jié)點2 (所述的待測試的桁架節(jié)點2包括節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5)的I. 5倍以上，以保證試驗最終獲得待測試的桁架節(jié)點2破壞的效果。待測試的T形桁架節(jié)點2由節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5組成，兩者相互垂直，為保證待測試的T形桁架節(jié)點2的節(jié)點區(qū)不受桿端荷載的影響，節(jié)點弦桿3的長度取節(jié)點弦桿3外徑的7 8倍；節(jié)點腹桿5的長度取節(jié)點腹桿5外徑的5飛倍。試驗裝置主體I和待測試的桁架節(jié)點2，通過3個法蘭4和2個法蘭6連接其中節(jié)點弦桿3和裝置主桿9由法蘭4通過螺栓連接，節(jié)點腹桿5和裝置支桿10由法蘭6通過 螺栓連接；連接時，需通過法蘭、螺栓定位，使得節(jié)點的桿件和裝置中相應(yīng)的桿件的軸線重合，以保證桁架桿件軸力的有效傳遞。在節(jié)點弦桿3的端部，布置弦桿荷載傳感器7，在節(jié)點腹桿5的端部，布置腹桿荷載傳感器8，分別測試其在試驗過程的桿件內(nèi)力。在節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5的相交點或附近，布置應(yīng)變計和位移計，以獲得節(jié)點的荷載-變形、荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線等實時響應(yīng)數(shù)據(jù)。裝置安裝完成后，利用千斤頂或MTS作動器，對裝置上部主桿11施加壓荷載，通過桿件之間的荷載傳遞，模擬T形節(jié)點待測試的桁架節(jié)點2的實際工作狀態(tài)。試驗結(jié)束后，將T形節(jié)點待測試的桁架節(jié)點2拆卸，更換新的待測試的桁架節(jié)點2，再次進行試驗。實施例3 圖3為本發(fā)明的實施例，測試N形桁架節(jié)點的試驗裝置示意圖。試驗裝置主體I的結(jié)構(gòu)按照N形節(jié)點應(yīng)用的桁架制作，裝置I的桿件截面強度和剛度為待測試的桁架節(jié)點2 (所述的待測試的桁架節(jié)點2包括節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5)的
I.5倍以上，以保證試驗最終獲得待測試的桁架節(jié)點2破壞的效果。待測試的N形桁架節(jié)點2由節(jié)點弦桿3和兩個節(jié)點腹桿5組成，為保證待測試的N形桁架節(jié)點2的節(jié)點區(qū)不受桿端荷載的影響，節(jié)點弦桿3的長度取其外徑的71倍；節(jié)點腹桿5的長度取其外徑的5飛倍。試驗裝置主體I和待測試的桁架節(jié)點2，通過3個法蘭4和4個法蘭6連接其中節(jié)點弦桿3和裝置主桿9由法蘭4通過螺栓連接，節(jié)點腹桿5和裝置支桿10由法蘭6通過螺栓連接；連接時，需通過法蘭、螺栓定位，使得節(jié)點的桿件和裝置中相應(yīng)的桿件的軸線重合，以保證桁架桿件軸力的有效傳遞。在節(jié)點弦桿3的端部，布置弦桿荷載傳感器7，在節(jié)點腹桿5的端部，布置腹桿荷載傳感器8，分別測試其在試驗過程的桿件內(nèi)力。在節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5的相交點或附近，布置應(yīng)變計和位移計，以獲得節(jié)點的荷載-變形、荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線等實時響應(yīng)數(shù)據(jù)。節(jié)點、量測裝置安裝完成后，利用千斤頂或MTS作動器，對裝置上部主桿11施加壓荷載，通過桿件之間的荷載傳遞，模擬N形節(jié)點待測試的桁架節(jié)點2的實際工作狀態(tài)。試驗結(jié)束后，將N形節(jié)點待測試的桁架節(jié)點2拆卸，更換新的待測試的桁架節(jié)點，再次進行試驗。實施例4 圖4為本發(fā)明的實施例，測試KT形桁架節(jié)點的試驗裝置示意圖。試驗裝置主體I的結(jié)構(gòu)按照KT形節(jié)點應(yīng)用的桁架制作，裝置I的桿件截面強度和剛度為待測試的桁架節(jié)點2 (所述的待測試的桁架節(jié)點2包括節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5)的
I.5倍以上，以保證試驗最終獲得待測試的桁架節(jié)點2破壞的效果。待測試的KT形桁架節(jié)點2由節(jié)點弦桿3和三個節(jié)點腹桿5組成，為保證待測試的KT形桁架節(jié)點2的節(jié)點區(qū)不受桿端荷載的影響，節(jié)點弦桿3的長度取節(jié)點弦桿3外徑的7 8倍；節(jié)點腹桿5的長度取節(jié)點腹桿5外徑的5 6倍。試驗裝置主體I和待測試的桁架節(jié)點2，通過3個法蘭4和6個法蘭6連接其中節(jié)點弦桿3和裝置主桿9由法蘭4通過螺栓連接，節(jié)點腹桿5和裝置支桿10由法蘭6通過螺栓連接；連接時，需通過法蘭、螺栓定位，使得節(jié)點的桿件和裝置中相應(yīng)的桿件的軸線重合，以保證桁架桿件軸力的有效傳遞。在節(jié)點弦桿3的端部，布置弦桿荷載傳感器7，在節(jié)點腹桿5的端部，布置腹桿荷載傳感器8，分別測試其在試驗過程的桿件內(nèi)力。在節(jié)點弦桿3和節(jié)點腹桿5的相交點或附近，布置應(yīng)變計和位移計，以獲得節(jié)點的荷載-變形、荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線等實時響應(yīng)數(shù)據(jù)。節(jié)點、量測裝置安裝完成后，利用千斤頂或MTS作動器，對裝置上部主桿11施加壓荷載，通過桿件之間的荷載傳遞，模擬KT形節(jié)點待測試的桁架節(jié)點2的實際工作狀態(tài)。試 驗結(jié)束后，將KT形節(jié)點待測試的桁架節(jié)點2拆卸，更換新的待測試的桁架節(jié)點，再次進行試驗。
權(quán)利要求
1.一種可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置包括試驗裝置主體(I)和待測試的桁架節(jié)點(2)； 其中，所述的試驗裝置主體(I)和待測試的桁架節(jié)點(2)，通過法蘭(4)和法蘭(6)連接節(jié)點弦桿(3)和裝置主桿(9)由法蘭(4)通過螺栓連接，節(jié)點腹桿(5)和裝置支桿(10)由法蘭(6)通過螺栓連接；連接時，通過法蘭、螺栓定位，使得節(jié)點的桿件和裝置中相應(yīng)的桿件的軸線重合； 在節(jié)點弦桿(3)的端部布置弦桿荷載傳感器(7)，在節(jié)點腹桿(5)的端部布置腹桿荷載傳感器(8 )，用于實時測試節(jié)點各桿件的內(nèi)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，在節(jié)點弦桿(3)和節(jié)點腹桿(5)的相交點或附近，布置應(yīng)變計和位移計，用于獲得節(jié)點的荷載-變形、荷 載-應(yīng)變關(guān)系曲線的實時響應(yīng)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，所述的試驗裝置主體(I)的桁架形式采用華倫式桁架、普拉特桁架或芬克桁架。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，所述待測試的桁架節(jié)點(2)為K形、T形、N形、KT形、Y形或X形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，所述的試驗裝置主體(I)的桁架類型采用鋼桁架或鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)桁架。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，所述節(jié)點弦桿(3)和節(jié)點腹桿(5)的橫截面為矩形、圓形、橢圓形、工字型、L型和槽型中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，所述節(jié)點弦桿(3)和節(jié)點腹桿(5)采用的鋼材材料是普通鋼材、高強鋼材或不銹鋼，采用的混凝土材料是普通混凝土或高強混凝土。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，所述的試驗裝置主體(I)的桿件截面強度和剛度為待測試的桁架節(jié)點(2)的I. 5倍以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，所述的節(jié)點弦桿(3)的長度取節(jié)點弦桿(3)外徑的7 8倍；節(jié)點腹桿(5)的長度取節(jié)點腹桿(5)外徑的5 6倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，其特征在于，試驗結(jié)束后，將待測試的桁架節(jié)點(2)拆卸，更換新的待測試的桁架節(jié)點，再次進行試驗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種屬于土木工程中的結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的可拆卸式新型桁架節(jié)點試驗裝置，包括試驗裝置主體(1)和待測試的桁架節(jié)點(2)；試驗裝置主體(1)和待測試的桁架節(jié)點(2)，通過法蘭(4)和法蘭(6)連接節(jié)點弦桿(3)和裝置主桿(9)由法蘭(4)通過螺栓連接，節(jié)點腹桿(5)和裝置支桿(10)由法蘭(6)通過螺栓連接；節(jié)點弦桿(3)的端部布置弦桿荷載傳感器(7)，節(jié)點腹桿(5)的端部布置腹桿荷載傳感器(8)；通過對試驗裝置主體(1)施加簡單的單向荷載，即可通過各連接桿件對待測試的桁架節(jié)點(2)施加多重邊界條件，模擬其在實際結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)。本裝置傳力明確、操作簡便、經(jīng)濟可靠、可重復(fù)利用。
文檔編號G01M99/00GK102706682SQ20121019610
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者侯超, 韓林海 申請人:清華大學(xué)