[发明专利]矩形钢板面内受压试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程专业的教学和科研试验装置，特别适合于土木工程结构中矩形受压钢板的力学性能试验。

背景技术

随着我国国民经济水平的发展，钢结构在我国工程建设中得到了更加广泛的应用。在建筑、桥梁等钢结构中，面内受压是钢板最常见的受力方式。与受拉相比，板件受压除了需考虑强度问题之外，还存在发生屈曲破坏的潜在可能性。单块板件作为钢结构的一个基本元件，其受压力学性能对整个结构的安全起到至关重要的作用，并受初弯曲、开孔率、加劲肋刚度等因素影响明显。因此，以工程中常见的完善板、开孔板、加劲板、波纹板等矩形板件为对象，开展应力分布、屈曲模态、抗压承载力等力学性能试验成为一种科研需求且具有工程现实意义。另一方面，在日益重视实践教学的背景下，钢板受压模型试验也是结构试验教学的一个重要环节，对于提高学生对专业知识的认知和理解程度有着积极意义。

然而，查阅现有文献结果表明，国内外关于钢板力学性能试验的报道甚少，主要原因在于试验装置的设计和实施有较大难度，具体表现为难以合理模拟钢板的边界条件和荷载条件。一般来讲，实际工程中的钢板受到与之垂直的相邻板件约束，处于简支和固定之间的弹性约束状态，科学试验可偏安全的按四边简支考虑。钢板的受力状态则多表现为平面内单轴轴压应力与弯曲应力的叠加，试验加载同样可简化为面内单轴均匀受压。但即便如此，如何在一个试验装置内同时实现这两个简化条件仍然是个棘手的问题。如进一步考虑不同试件参数的批量试验，则更增加了试验装置的复杂程度。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种矩形钢板面内单轴均匀受压试验装置，在一个试验装置内同时实现钢板面内单轴均匀加载和面外四边简支约束条件。

为实现上述的目的，本发明所述的一种矩形钢板面内受压试验装置，包括口字型主框架，所述主框架由纵向H型钢和横向H型钢构成，并平放支承在底座H型钢之上；所述底座H型钢上水平放置液压千斤顶；所述千斤顶与钢板试件之间设置导荷刚性块，该刚性块由刚性块夹具固定在主框架的纵向H型钢上；所述纵向H型钢、横向H型钢及导荷刚性块的翼板外侧面设置上部楔形支撑板和下部楔形支撑板；所述纵向H型钢、横向H型钢及导荷刚性块的上方设置盖板，并通过紧固螺栓连接牢固，盖板与上部楔形支撑板之间通过反力螺栓顶紧。

所述主框架用纵向H型钢和横向H型钢由螺栓连接而成，主框架支承在两个底座H型钢之上并与其中之一焊接固定，底座H型钢通过地脚螺栓锚固在地面上。

所述H型钢内部设置横向加劲板，以防止H型钢在加载时发生局部屈曲。

所述纵向H型钢两端焊接开有螺孔的端板以便与横向H型钢螺栓连接，且型钢腹板和内侧翼缘分别开有条形槽孔和圆孔，供紧固螺栓穿过。

所述主框架内放置液压千斤顶以提供试验加载压力，千斤顶平放于底座H型钢之上。

所述千斤顶与钢板试件之间设置导荷刚性块，以使钢板加载边承受均匀压力。

所述导荷刚性块与纵向H型钢等高，横向宽度与其两侧楔形支撑板之间的横向间距相等，由上下四个刚性块夹具连接在主框架上，并可利用纵向H型钢腹板上的条形槽孔实现沿加载方向自由滑动。

所述刚性块夹具由钢板与圆钢焊接而成，并通过螺栓轻度紧固在主框架纵向H型钢的上、下表面，从而防止导荷刚性块上下移动，采用圆钢接触并轻度紧固的目的是减小刚性块纵向滑动时的摩擦阻力。

所述主框架及导荷刚性块在与钢板试件四边对应的部位设置上部和下部楔形支撑板，以实现面外四边简支的约束条件。采用楔形钢板支撑的目的是保证试件与支撑板之间为线接触，同时允许试件在支撑边发生转动。

所述楔形支撑板开有多个圆形或矩形螺孔，用来穿过定位螺栓。该螺孔在支撑板楔形侧的一定深度范围(如半板厚)内进行扩孔处理，使紧固后的定位螺栓头部完全位于螺孔以内，从而保证导荷刚性块沿纵向移动时不被螺栓头部阻挡。

所述下部楔形支撑板由定位螺栓紧固在主框架及刚性块侧面之后，再沿支撑板底边及两侧边与之焊接牢固，以承受钢板的面外约束力。下部楔形支撑板的固定位置以钢板试件与H型钢腹板大致对齐为准。

所述上部楔形支撑板为可拆卸式，同样采用定位螺栓与主框架及刚性块侧面紧固，并利用矩形螺栓孔来实现上下位置调整以适应不同厚度的钢板试件，钢板的面外反力则通过上部楔形支撑板顶部的反力螺栓传递至盖板及主框架。

所述盖板通过紧固螺栓固定在主框架纵向H型钢顶面，盖板上开有多个螺纹孔，并通过拧入反力螺栓将钢板试件的面外反力传递至主框架。