一种测试结构接合部动态剪切性能的试验装置论文和设计-胡波

全文摘要

本实用新型涉及一种测试结构接合部动态剪切性能的试验装置。该装置包括试件的安装固定机构以及加载机构，所述试件包括第二连接部件以及分别位于第二连接部件两端的第一连接部件，所述第一连接部件与第二连接部件连接后形成哑铃型试件；所述安装固定机构包括压紧固定第一连接部件的安装台以及夹持在第二连接部件表面用于保护第二连接部件的夹具，第二连接部件与夹具共同构成加载对象。本实用新型通过安装台压紧固定第一连接部件，通过夹具夹持保护第二连接部件，可以使得第一连接部件与第二连接部件的结构接合部在发生动态剪切变形时，第一连接部件与第二连接部件自身都不会发生变形，从而获得更为准确的结构接合部动态剪切实验数据。

主设计要求

1.一种测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，其特征在于：包括试件(11)的安装固定机构以及加载机构，所述试件(11)包括第二连接部件(13)以及分别位于第二连接部件(13)两端的第一连接部件(12)，所述第一连接部件(12)与第二连接部件(13)连接后形成哑铃型试件(11)；所述安装固定机构包括压紧固定所述第一连接部件(12)的安装台以及夹持在所述第二连接部件(13)表面用于保护所述第二连接部件(13)的夹具(9)，所述第二连接部件(13)与夹具(9)共同构成加载对象。

设计方案

2.如权利要求1所述测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，其特征在于：所述安装台包括混凝土墩台(1)以及2个U型槽钢架(2)，所述U型槽钢架(2)的槽口朝下埋入混凝土墩台(1)内，2个所述U型槽钢架(2)与混凝土墩台(1)围成2个所述第一连接部件安装口，所述安装口内设有竖向限位钢板(3)与横向限位钢板(4)，所述竖向限位钢板(3)位于所述第一连接部件(12)顶面且向下将所述第一连接部件(12)压紧在混凝土墩台(1)上，所述横向限位钢板(4)位于所述第一连接部件(12)侧面且沿水平方向将所述第一连接部件(12)压紧在所述U型槽钢架(2)其中一个侧面上，所述竖向限位钢板(3)、横向限位钢板(4)上还分别垂直设有防止第一连接部件发生偏转的限位板条(23)，所述竖向限位钢板(3)上的限位板条(23)抵住所述第一连接部件(12)的远离所述第二连接部件(13)的侧面，所述横向限位钢板(4)上的限位板条(23)抵住所述第一连接部件(12)的靠近所述第二连接部件(13)的侧面。

3.如权利要求2所述测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，其特征在于：所述U型槽钢架(2)一侧槽边通过焊接栓钉(10)与所述混凝土墩台(1)连接为一体，所述U型槽钢架(2)另一侧槽边上安装有多个作用在所述横向限位钢板(4)上使得横向限位钢板(4)压紧第一连接部件(12)的横向限位螺杆(6)，所述U型槽钢架(2)的槽底部安装有多个作用在所述竖向限位钢板(3)上使得竖向限位钢板(3)压紧第一连接部件(12)的竖向限位螺杆(5)。

4.如权利要求2所述测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，其特征在于：所述夹具(9)由开口相对布置的第一U型夹头(14)与第二U型夹头(15)组装连接构成，所述夹具(9)的内轮廓与所述第二连接部件(13)的外轮廓安装吻合，所述夹具(9)的轴向尺寸稍小于所述第二连接部件(13)的轴向尺寸，所述第一U型夹头(14)正对加载机构布置，所述第二U型夹头(15)背对加载机构布置，所述第一U型夹头(14)外侧面设有饼状凸起(17)，所述加载机构通过作用在所述凸起(17)上而实现向所述第二连接部件(13)上施加载荷。

5.如权利要求4所述测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，其特征在于：所述加载机构包括入射杆(19)以及撞击杆(22)，所述入射杆(19)自然置于定位台上且所述入射杆(19)的轴向与加载方向重合同时与试件(11)轴向垂直，所述入射杆(19)一端与所述凸起(17)接触且所述入射杆(19)与所述凸起(17)同轴布置，所述撞击杆(22)通过撞击入射杆(19)向所述第二连接部件(13)上施加载荷。

6.如权利要求4所述测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，其特征在于：所述第一U型夹头(14)与第二U型夹头(15)上分别设有便于第一U型夹头(14)与第二U型夹头(15)进行螺栓(18)连接的挑耳(16)。

7.如权利要求5所述测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，其特征在于：所述入射杆(19)上安装有用于记录入射应变信号与反射应变信号的应变片(20)，所述夹具(9)背面安装有与所述第二U型夹头(15)连接的用于测量试件(11)结构接合部动态剪切变形数据的位移计(21)。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于结构接合部剪切性能测试领域，具体是涉及一种测试结构接合部动态剪切性能的试验装置。

背景技术

工程结构通常由两个或多个构件通过某种方式连接而成，如钢-混凝土组合梁中混凝土板与钢梁之间通过抗剪连接件连接，装配式混凝土结构中预制构件之间通过后浇混凝土和钢筋连接，钢构件之间通过焊缝连接等。这些连接所形成的结构接合部，需要可靠地传递构件间的荷载，是结构的关键部位。工程结构在其服役期内，可能遭受爆炸、车船撞击等冲击荷载作用。结构接合部在冲击荷载下的受力性能如何将直接影响所连接的构件甚至整体结构的表现。由于冲击荷载作用时间很短，结构接合部受力变形以剪切变形为主。因此，测试结构接合部在冲击荷载下的动态剪切强度和变形等性能指标，对结构抗冲击研究和设计具有重要意义。要想准确获得冲击荷载下结构接合部的动态剪切实验数据，必须使结构接合部发生动态剪切变形的同时，连接部件自身不发生变形。因此，如何固定连接部件是动态剪切实验中必须解决的首要问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种测试结构接合部动态剪切性能的试验装置。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，包括试件的安装固定机构以及加载机构，所述试件包括第二连接部件以及分别位于第二连接部件两端的第一连接部件，所述第一连接部件与第二连接部件连接后形成哑铃型试件；所述安装固定机构包括压紧固定所述第一连接部件的安装台以及夹持在所述第二连接部件表面用于保护所述第二连接部件的夹具，所述第二连接部件与夹具共同构成加载对象。

进一步的方案：所述安装台包括混凝土墩台以及2个U型槽钢架，所述U型槽钢架的槽口朝下埋入混凝土墩台内，2个所述U型槽钢架与混凝土墩台围成2个所述第一连接部件安装口，所述安装口内设有竖向限位钢板与横向限位钢板，所述竖向限位钢板位于所述第一连接部件顶面且向下将所述第一连接部件压紧在混凝土墩台上，所述横向限位钢板位于所述第一连接部件侧面且沿水平方向将所述第一连接部件压紧在所述U型槽钢架其中一个侧面上，所述竖向限位钢板、横向限位钢板上还分别垂直设有防止第一连接部件发生偏转的限位板条，所述竖向限位钢板上的限位板条抵住所述第一连接部件的远离所述第二连接部件的侧面，所述横向限位钢板上的限位板条抵住所述第一连接部件的靠近所述第二连接部件的侧面。

进一步的方案：所述U型槽钢架一侧槽边通过焊接栓钉与所述混凝土墩台连接为一体，所述U型槽钢架另一侧槽边上安装有多个作用在所述横向限位钢板上使得横向限位钢板压紧第一连接部件的横向限位螺杆，所述U型槽钢架的槽底部安装有多个作用在所述竖向限位钢板上使得竖向限位钢板压紧第一连接部件的竖向限位螺杆。

进一步的方案：所述夹具由开口相对布置的第一U型夹头与第二U型夹头组装连接构成，所述夹具的内轮廓与所述第二连接部件的外轮廓安装吻合，所述夹具的轴向尺寸稍小于所述第二连接部件的轴向尺寸，所述第一U型夹头正对加载机构布置，所述第二U型夹头背对加载机构布置，所述第一U型夹头外侧面设有饼状凸起，所述加载机构通过作用在所述凸起上而实现向所述第二连接部件上施加载荷。

进一步的方案：所述加载机构包括入射杆以及撞击杆，所述入射杆自然置于定位台上且所述入射杆的轴向与加载方向重合同时与试件轴向垂直，所述入射杆一端与所述凸起接触且所述入射杆与所述凸起同轴布置，所述撞击杆通过撞击入射杆向所述第二连接部件上施加载荷。

进一步的方案：所述第一U型夹头与第二U型夹头上分别设有便于第一U型夹头与第二U型夹头进行螺栓连接的挑耳。

进一步的方案：所述入射杆上安装有用于记录入射应变信号与反射应变信号的应变片，所述夹具背面安装有与所述第二U型夹头连接的用于测量试件结构接合部动态剪切变形数据的位移计。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型所述安装固定机构可实现对哑铃形试件进行固定，即通过安装台压紧固定第一连接部件，通过夹具夹持保护第二连接部件，可以使得第一连接部件与第二连接部件的结构接合部在发生动态剪切变形时，第一连接部件与第二连接部件自身都不会发生变形，从而获得更为准确的结构接合部动态剪切实验数据。

(2)本实用新型所述安装台中U型槽钢架具有抗冲击的特点，所述混凝土墩台一方面用于固定U型槽钢架，另一方面可以降低安装台的整体成本。所述竖向限位钢板与横向限位钢板可以根据第一连接部件的尺寸大小进行移动调整并压紧第一连接部件。本实用新型所述安装台具有保护第一连接部件并防止第一连接部件在试件进行动态剪切试验过程中发生变形的作用。

(3)本实用新型所述夹具的内轮廓与所述第二连接部件的外轮廓安装吻合，便于载荷全部被均匀施加在第二连接部件上。所述夹具的轴向尺寸稍小于所述第二连接部件的轴向尺寸，可以使得夹具更好保护第二连接部件不变形的同时，不会对第一连接部件与第二连接部件的结构接合部造成干涉，从而确保动态剪切试验过程的顺利进行。所述夹具由第一U型夹头与第二U型夹头通过螺栓连接构成，具有拆装方便的特点。

(4)由于目前现有测试结构接合部动态剪切性能主要通过落锤或摆锤实验，落锤和摆锤实验仅能测试中、低应变率下结构接合部的动态剪切性能，而爆炸、车船撞击等冲击荷载作用下，结构接合部的动态应变率主要为中、高应变率。而本实用新型所述加载机构与安装固定机构结合，可测试得到中、高应变率下结构接合部动态剪切强度和变形等实验数据。

附图说明

图1(a)为本实用新型安装固定机构立体示意图。

图1(b)为本实用新型安装固定机构后视图。

图1(c)为本实用新型安装固定机构俯视图。

图2为试件示意图。

图3为夹具示意图。

图4(a)为本实用新型整体结构俯视图。

图4(b)为本实用新型整体结构主视图。

图5(a)为钢-混凝土组合梁接合的试件立体示意图。

图5(b)为钢-混凝土组合梁接合的试件主视图。

图5(c)为钢-混凝土组合梁接合的试件俯视图。

图6(a)为装配式混凝土结构新老混凝土接合的试件立体示意图。

图6(b)为装配式混凝土结构新老混凝土接合的试件主视图。

图6(c)为装配式混凝土结构新老混凝土接合的试件俯视图。

图7(a)为钢结构正面角焊缝接合的试件立体示意图。

图7(b)为钢结构正面角焊缝接合的试件主视图。

图7(c)为钢结构正面角焊缝接合的试件俯视图。

图8(a)为钢结构侧面角焊缝接合的试件立体示意图。

图8(b)为钢结构侧面角焊缝接合的试件主视图。

图8(c)为钢结构侧面角焊缝接合的试件俯视图。

附图中标记的含义如下：

1-混凝土墩台，2-刚架，3-竖向限位钢板，4-横向限位钢板，5-竖向限位螺杆，6-横向限位螺杆，7-竖向紧固螺母，8-横向紧固螺母，9-夹具，10-栓钉，11-试件，12-第一连接部件，13-第二连接部件，14-第一U型夹头，15-第二U型夹头，16-挑耳，17-凸起，18-螺栓，19-入射杆，20-应变片，21-位移计，22-撞击杆，23-限位板条。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型技术方案做出更为具体的说明：

本实用新型测试结构接合部动态剪切性能的试验装置，包括试件11的安装固定机构以及加载机构；

如图2所示：所述试件11包括第二连接部件13以及分别位于第二连接部件13两端的第一连接部件12，所述第一连接部件12与第二连接部件13连接后形成哑铃型试件11；

所述安装固定机构包括压紧固定所述第一连接部件12的安装台以及夹持在所述第二连接部件13表面用于保护所述第二连接部件13的夹具9，所述第二连接部件13与夹具9共同构成加载对象。

如图1(a)、1(b)、1(c)所示：所述安装台包括混凝土墩台1以及2个U型槽钢架2，所述U型槽钢架2的槽口朝下埋入混凝土墩台1内，2个所述U型槽钢架2与混凝土墩台1围成2个所述第一连接部件安装口，所述安装口内设有竖向限位钢板3与横向限位钢板4，所述竖向限位钢板3位于所述第一连接部件12顶面且向下将所述第一连接部件12压紧在混凝土墩台1上，所述横向限位钢板4位于所述第一连接部件12侧面且沿水平方向将所述第一连接部件12压紧在所述U型槽钢架2其中一个侧面上，所述竖向限位钢板3、横向限位钢板4上还分别垂直设有防止第一连接部件发生偏转的限位板条23，所述竖向限位钢板3上的限位板条23抵住所述第一连接部件12的远离所述第二连接部件13的侧面，所述横向限位钢板4上的限位板条23抵住所述第一连接部件12的靠近所述第二连接部件13的侧面。

所述U型槽钢架2一侧槽边通过焊接栓钉10与所述混凝土墩台1连接为一体，所述U型槽钢架2另一侧槽边上安装有多个作用在所述横向限位钢板4上使得横向限位钢板4压紧第一连接部件12的横向限位螺杆6，所述U型槽钢架2的槽底部安装有多个作用在所述竖向限位钢板3上使得竖向限位钢板3压紧第一连接部件12的竖向限位螺杆5。

如图3所示：所述夹具9由开口相对布置的第一U型夹头14与第二U型夹头15组装连接构成，所述夹具9的内轮廓与所述第二连接部件13的外轮廓安装吻合，所述夹具9的轴向尺寸稍小于所述第二连接部件13的轴向尺寸，所述第一U型夹头14正对加载机构布置，所述第二U型夹头15背对加载机构布置，所述第一U型夹头14外侧面设有饼状凸起17，所述加载机构通过作用在所述凸起17上而实现向所述第二连接部件13上施加载荷。

所述第一U型夹头14与第二U型夹头15上分别设有便于第一U型夹头14与第二U型夹头15进行螺栓18连接的挑耳16。

如图4(a)、4(b)所示：所述加载机构包括入射杆19以及撞击杆22，所述入射杆19自然置于定位台上且所述入射杆19的轴向与加载方向重合同时与试件11轴向垂直，所述入射杆19一端与所述凸起17接触且所述入射杆19与所述凸起17同轴布置，所述撞击杆22通过撞击入射杆19向所述第二连接部件13上施加载荷。

所述入射杆19上安装有用于记录入射应变信号与反射应变信号的应变片20，所述夹具9背面安装有与所述第二U型夹头15连接的用于测量试件11结构接合部动态剪切变形数据的位移计21。

基于所述测试结构接合部动态剪切性能的试验装置的方法包括以下步骤：

步骤1，通过所述应变片20记录的入射应变信号和反射应变信号，计算得到试件11结构接合部的动态剪切强度τ(t)，

τ(t)＝EA(ε_{i<\/sub>+ε_{r<\/sub>)\/4A_s<\/sub>}}

式中，E为入射杆19的弹性模量，A为入射杆19的截面面积，ε_{i<\/sub>为应变片20记录的入射应变信号，ε_{r<\/sub>为应变片20记录的反射应变信号，A_{s<\/sub>为试件11结构接合部单侧剪切面积；}}}

步骤2，根据所述动态剪切强度τ(t)和动态剪切变形数据，分析获得试件11结构接合部的动态剪切性能。

下面结合图5至图8的四个试件对本实用新型所述方法进行说明：

如图5(a)、5(b)和5(c)所示为钢-混凝土组合梁结构接合的试件，其中：第一连接部件12为钢筋混凝土板，第二连接部件13为钢梁，第一连接部件12和第二连接部件13之间通过两侧抗剪连接件连接。本实用新型通过粘贴在入射杆19上的应变片20分别测得的入射应变信号ε_{i<\/sub>和反射应变信号ε_{r<\/sub>，然后按下式计算得到钢-混凝土组合梁结构接合的试件的动态剪切强度τ(t)，}}

τ(t)＝EA(ε_{i<\/sub>+ε_{r<\/sub>)\/4bl}}

式中，b和l分别为钢梁翼缘的宽度和长度，A_{s<\/sub>＝b l。}

如图6(a)、6(b)和6(c)所示为装配式混凝土结构新老混凝土接合的试件，其中：第一连接部件12为预制钢筋混凝土部件，第二连接部件13为后浇筑钢筋混凝土部件，第一连接部件12和第二连接部件13之间通过两侧钢筋和齿槽连接。本实用新型通过粘贴在入射杆19上的应变片20分别测得的入射应变信号ε_{i<\/sub>和反射应变信号ε_{r<\/sub>，然后按下式计算得到装配式混凝土结构新老混凝土接合的试件的动态剪切强度τ(t)，}}

τ(t)＝EA(ε_{i<\/sub>+ε_{r<\/sub>)\/4bh}}

式中，b和h分别为后浇钢筋混凝土部件截面的宽度和高度，A_{s<\/sub>＝b h。}

如图7(a)、7(b)和7(c)所示为钢结构正面角焊缝接合的试件，其中：第一连接部件12和第二连接部件13均为钢块，第一连接部件12和第二连接部件13之间通过两条正面角焊缝连接，通过粘贴在入射杆19上的应变片20分别测得的入射应变信号ε_{i<\/sub>和反射应变信号ε_{r<\/sub>，然后按下式计算得到钢结构正面角焊缝接合的试件的动态剪切强度τ(t)，}}

τ(t)＝EA(ε_{i<\/sub>+ε_{r<\/sub>)\/4h_e<\/sub>l}}

式中，h_{e<\/sub>和l分别为每条正面角焊缝的有效厚度和长度，A_{s<\/sub>＝h_e<\/sub>l。}}

如图8(a)、8(b)和8(c)所示为钢结构侧面角焊缝接合的试件，其中，第一连接部件12和第二连接部件13均为钢块，第一连接部件12和第二连接部件13之间通过四条侧面角焊缝连接，通过粘贴在入射杆19上的应变片20分别测得的入射应变信号ε_{i<\/sub>和反射应变信号ε_{r<\/sub>，然后按下式计算得到钢结构侧面角焊缝接合的试件的动态剪切强度τ(t)，}}

τ(t)＝EA(ε_{i<\/sub>+ε_{r<\/sub>)\/8h_e<\/sub>l}}

式中，h_{e<\/sub>和l分别为每条侧面角焊缝的有效厚度和长度，A_{s<\/sub>＝2h_e<\/sub>l。}}

设计图

一种测试结构接合部动态剪切性能的试验装置论文和设计

一种测试结构接合部动态剪切性能的试验装置论文和设计-胡波

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