本發(fā)明涉及的是一種竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心加載裝置及安裝方法，屬于竹木結(jié)構(gòu)領域。

背景技術(shù)：

竹木材料作為一種可再生、可降解的天然生物質(zhì)復合材料，可作為綠色建筑的首選建材。據(jù)清華大學和北京工業(yè)大學的研究報告指出，木結(jié)構(gòu)建筑比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能 5.3％，比混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)能 8.1％，它對環(huán)境的影響最小，是真正意義上的綠色建筑。隨后，GB 50005-2003《木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》的出臺，以及我國大力引進美、加等國的木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品與技術(shù)，從事木結(jié)構(gòu)建筑及其材料生產(chǎn)和銷售的公司紛紛涌現(xiàn)，相關科研單位及示范工程也在逐年增加。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國木結(jié)構(gòu)住宅的年產(chǎn)量約為8000套，并呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。2011年，我國首棟4層木結(jié)構(gòu)公寓在天津建成，它突破了現(xiàn)行規(guī)范，為國內(nèi)木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)向多層、甚至高層發(fā)展提供了很好的示范作用。

此外，我國是世界上最主要的產(chǎn)竹國，素有“竹子王國”之譽。竹材生長期短、環(huán)保性能高、強度效率和剛度效率高、能耗少。研究表明，就強度和成本而言，竹子被認為是自然界中效能最高的材料，其抗拉強度可達370MPa，相當于HRB400鋼材抗拉強度設計值（360MPa），其彈性模量可達20000MPa。因此，竹材制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有優(yōu)良的力學性能，若將其作為建筑承重材料，將拓寬竹材的應用領域并推進綠色環(huán)保建筑的發(fā)展。

竹木結(jié)構(gòu)通常采用梁柱式結(jié)構(gòu)體系，該體系具有自重輕、結(jié)構(gòu)剛度好、結(jié)構(gòu)多變、美觀性強、且能跨越較大空間的優(yōu)點，因此具有廣闊的發(fā)展空間。壓彎構(gòu)件是梁柱式結(jié)構(gòu)體系的主要承重構(gòu)件，其極限承載力與變形決定了結(jié)構(gòu)設計方案，而壓彎構(gòu)件通常同時承受軸壓和雙向彎矩的作用，即雙向偏心受壓，因此研究竹木壓彎構(gòu)件的雙向偏心受壓性能對推進竹木結(jié)構(gòu)發(fā)展具有重要意義。

然而，現(xiàn)行的竹木結(jié)構(gòu)雙向偏心受壓試驗研究方法未見報道。竹木材料也不同于鋼材、鋁材能夠直接進行焊接連接，也不同于混凝土可自行融合凝固連接，故附加牛腿不容易和構(gòu)件連接，而傳統(tǒng)的研究單向偏心的方法是施加軸壓的同時，在某一方向施加水平力作為彎矩，這種方法并不適用于雙向偏心。因此采用何種易于實現(xiàn)的雙向偏心加載方案，成為雙向偏心受壓研究能否實現(xiàn)的關鍵問題。本發(fā)明能有效改善上述關鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的是一種竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心加載裝置及安裝方法，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，易定位安裝，傳力清晰，整體性好，適用性廣等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心加載裝置，包括2個上下鏡面對稱的鋼柱套1，2個球鉸支座2，竹木壓彎構(gòu)件10；其中鋼柱套1座落在球鉸支座2上, 竹木壓彎構(gòu)件10插入鋼柱套1中的空心鋼筒3內(nèi)；

工作時，竹木壓彎構(gòu)件10將垂直插入鋼筒3內(nèi)，用A、B鋼填片填實，以螺栓固定，并通過球鉸支座2傳力；同時可移動球鉸，改變球鉸與柱套之間的相對位置，達到設計不同偏心距的目的。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1）結(jié)構(gòu)簡單。加載裝置的主體僅包括鋼柱套和球鉸支座兩部分，將壓彎構(gòu)件插入鋼筒內(nèi)，接著將壓彎構(gòu)件上的螺栓孔和鋼筒上的螺栓孔對齊，并用螺栓固定；最后在將球鉸支座安裝在鋼墊板上的選定位置，壓彎構(gòu)件另一端采用同樣步驟，即可形成一個竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心加載裝置；

2）易定位安裝。加載裝置的鋼筒內(nèi)徑可根據(jù)所需測試的壓彎構(gòu)件的內(nèi)徑制作，鋼筒每邊內(nèi)徑比構(gòu)件橫截面大1mm，這樣保證構(gòu)件可以插入鋼筒，多余縫隙可以通過在對應邊插入A、B鋼填片調(diào)整，因此既考慮了安裝的簡易性，又提供了因構(gòu)件尺寸偏差可能造成的誤差處理方法；另外球鉸支座和鋼墊板底面之間采用細密咬合齒連接，既可以根據(jù)試驗所需偏心距選定合適的位置，又保證了接觸面之間的摩擦力；

3）傳力清晰。試驗機作用力通過球鉸支座傳遞給鋼套筒，再由鋼墊板和螺栓傳遞給壓彎構(gòu)件，傳力路徑明確；

4）整體性好。和壓彎構(gòu)件連接的鋼套筒相當于一個固接在構(gòu)件兩端的附加牛腿，增大了受力區(qū)域，并避免柱頂可能出現(xiàn)的局部受壓，再通過球鉸支座連接到作動器，實現(xiàn)了構(gòu)件的鉸接，具有良好的整體性；

5）適用性廣。該裝置適用于所有竹木材料制成的壓彎構(gòu)件的雙向偏心承載力測試，僅需根據(jù)構(gòu)件橫截面選定空心鋼筒內(nèi)徑，并預留各自對應的螺栓孔即可。

附圖說明

附圖1是竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中的1是鋼柱套，2是球鉸支座，3是空心鋼筒，4是鋼肋板，5是A螺栓孔，6是鋼墊板，7是連接臺，8是鋼球，9是承壓臺，10是竹木壓彎構(gòu)件。

具體實施方式

如附圖所示，一種竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心加載裝置，包括2個上下鏡面對稱的鋼柱套1，2個球鉸支座2，竹木壓彎構(gòu)件10；其中鋼柱套1座落在球鉸支座2上,竹木壓彎構(gòu)件10插入鋼柱套1中的空心鋼筒3內(nèi)；

工作時，竹木壓彎構(gòu)件10將垂直插入鋼筒3內(nèi)，用A、B鋼填片填實，以螺栓固定，并通過球鉸支座2傳力；同時可移動球鉸，改變球鉸與柱套之間的相對位置，達到設計不同偏心距的目的。

所述的鋼柱套1包括1個空心鋼筒3，8個鋼肋板4，若干螺栓孔5，1個鋼墊板6，其中鋼筒3外表面與鋼墊6、鋼肋板4焊接，空心鋼筒3上開有螺栓孔5。

所述的所述球鉸支座2包括1個連接臺7，1個鋼球8及一個承壓臺9，其中連接臺7與鋼球8相接，鋼球8接在承壓臺9上。

所述的鋼柱套1的鋼墊板6底面預留細密咬合齒，另一面與空心鋼筒3、鋼肋板4焊接，空心鋼筒3的四個面預留螺栓孔5的位置兩兩對齊，鋼筒3、鋼墊6、鋼肋板4與插入其中的竹木壓彎構(gòu)件10形成剛性連接。

所述球鉸支座2的連接臺7的底面預留細密咬合齒，便于與鋼柱套1的咬合連接，連接臺7的頂面預留凹槽，承壓臺9頂面也預留凹槽，兩個凹槽用于嵌入鋼球8，預留凹槽半徑和鋼球8半徑一致，凹槽深度不超過鋼球8半徑1/2，以保證球鉸支座2的轉(zhuǎn)動角度。

所述的空心鋼筒3內(nèi)壁面的螺栓孔位置與A鋼填片、B鋼填片預留螺栓孔位置相對應，用于填充壓彎構(gòu)件10和鋼柱套1內(nèi)壁的空隙；竹木壓彎構(gòu)件10預留螺栓孔的位置與空心鋼筒3上預留螺栓孔位置相對應。

所述空心鋼筒內(nèi)壁須直角轉(zhuǎn)角，不得有倒角，保證竹木壓彎構(gòu)件可以完全插入套筒內(nèi)；適用于矩形截面構(gòu)件。

所述加載裝置的所有部件均采用鋼材制作，所述螺栓采用高強螺栓，每根螺栓須配置兩個墊片和螺帽。

所述兩個鋼柱套關于構(gòu)件跨中部位的面鏡面對稱。

竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心加載裝置的安裝方法，包括如下步驟：

1）將矩形壓彎構(gòu)件一端垂直插入鋼柱套的空心鋼筒內(nèi)，矩形壓彎構(gòu)件預留螺栓孔位置和對應空心鋼筒預留螺栓孔對齊，若矩形壓彎構(gòu)件某一側(cè)和套筒內(nèi)壁之前存在空隙，插入相應A、B鋼填片，鋼填片的選擇應和相應套筒內(nèi)壁對應，用螺栓穿過鋼筒、鋼填片和矩形壓彎構(gòu)件，螺栓兩端以螺帽擰緊固定；

2）將球鉸支座連接臺放置于鋼柱套鋼墊板上，根據(jù)偏心距調(diào)整連接臺位置，通過咬合齒固定，再將鋼球一面置入連接臺凹槽內(nèi)，鋼球另一面和承壓臺凹槽接觸，完成球鉸支座安裝；

3）矩形壓彎構(gòu)件另一端重復步驟1）、步驟2），將整個部件置于豎直壓力傳感器下，完成雙向偏心加載裝置的安裝。

螺栓排列及鋼板厚度可參考《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017-2003），應當滿足受力、構(gòu)造以及施工的方面的要求。

實施例

如圖1所示：鋼柱套的空心鋼筒壁厚5mm，內(nèi)壁截面為102mm×102mm，鋼筒高200mm，鋼筒上的螺栓孔徑為12mm；鋼肋板厚8mm，高180mm，與鋼筒外表面焊接，間距為80mm；鋼墊板厚20mm，長度×寬度為200mm×200mm。球鉸支座連接臺和承壓臺的圓柱形底座厚度為20mm，直徑為100mm，凹槽突出部分高8mm，凹槽內(nèi)徑為30mm；鋼球的直徑為30mm。鋼填片的厚度均為1mm，長度×寬度為200mm×100mm，鋼填片上的螺栓孔徑與鋼筒上的螺栓孔相對應。

工作過程

竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心加載裝置的工作原理是：壓彎構(gòu)件插入鋼柱套內(nèi)，通過鋼填片填實，以螺栓固定，形成剛性連接，增加構(gòu)件端部受力范圍，減小局部受壓可能，再通過連接球鉸支座實現(xiàn)構(gòu)件的兩端鉸接，最后置于豎直壓力傳感器下，形成一個竹木壓彎構(gòu)件雙向偏心受壓加載裝置。