[發明專利]一種矩形管翼緣曲線組合梁彎扭屈曲試驗系統及試驗方法

在審

• 申請號: 202310074524.4
• 申請日: 2023-01-19
• 公開（公告）號: CN116086989A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 朱經緯;毛一波;劉曜華;賈春雨;吳宇峰;王漢臣;付濤;崔楠楠;王明;潘雨
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01N3/02;G01M13/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 高志光

一種矩形管翼緣曲線組合梁彎扭屈曲試驗系統及試驗方法，屬于試驗加載裝置。為了解決現有的試驗加載系統無法或精確測得不同曲率半徑下矩形管翼緣曲線組合梁彎扭屈曲破壞性能及彎扭屈曲承載力等問題。本發明通過支撐底座和豎向、側向限位機構的設置可以對適用的不同曲率半徑、不同截面尺寸的試驗梁的梁端端部進行豎向支撐、扭轉限位和側向限位，避免上翼緣與腹板發生相對扭轉，防止端部截面產生畸變變形，同時軸承和彈性墊片的使用可以最大程度避免試驗梁縱向多余約束；通過可橫向自由滑動加載千斤頂和加載點下刀鉸支座的設置使加載點處無多余約束，從而確保試驗梁隨荷載的增加可自由發生彎扭屈曲破壞形態，使試驗梁達到理想的彎扭屈曲破壞效果。

技術領域

本發明屬于試驗加載裝置，尤其涉及一種矩形管翼緣曲線組合梁彎扭屈曲試驗系統及試驗方法。

背景技術

鋼-混組合結構符合綠色、高性能、可持續工程的發展理念，其具有鋼材輕型美觀、施工便利和可回收利用等特點，同時兼具組合材料各張其長的力學性能優勢。矩形管翼緣曲線組合梁是由帶有一定曲率的矩形管代替傳統工字鋼梁平板上翼緣而形成的一種新型結構，其中矩形管中澆筑有混凝土，矩形管翼緣曲線組合梁在繼承傳統工字鋼梁技術經濟性能優勢的基礎上，極大改善了傳統工字鋼梁穩定性不足的缺陷，顯著提高的彎扭屈曲強度使其尤其適用于彎扭耦合效應突出的曲線組合梁橋的建設需求。

現有的試驗加載系統僅用于在有側向約束的鋼梁在單點加載作用下整體穩定承載力試驗研究，例如公開號“CN204694463U”公開了“有側向約束鋼梁在單點加載作用下整體穩定試驗加載系統”的中國專利，此專利通過側向約束裝置限制加載點處試驗鋼梁的側向位移及扭轉，通過豎向滾動軸承的豎向滾動和水平轉動裝置的水平轉動釋放加點處鋼梁平面內外的彎曲約束及豎向位移約束。雖然此種試驗加載系統適用于有側向約束工字鋼梁整體穩定承載力的試驗，但是因為曲線組合梁彎扭耦合的受力特點，其并不適用于矩形管翼緣曲線組合梁的單點加載的彎扭屈曲性能試驗。

對于矩形管翼緣曲線組合梁彈塑性彎扭屈曲承載力的判定是通過彎扭屈曲破壞試驗測得的，而在跨中豎向荷載作用下引發的彎扭耦合效應是加劇其彎扭屈曲破壞風險的關鍵因素。矩形管翼緣曲線組合梁彎扭屈曲破壞試驗嚴格要求在保證梁端支撐位置橫截面無橫向位移、扭轉和畸變變形出現的前提條件下，試驗梁在跨中豎向載荷作用下能夠自由產生包括豎向位移、橫向位移和橫截面扭轉的彎扭屈曲破壞形態。上述及常規試驗加載系統對試驗梁的加載點產生的側向約束以及加載裝置對試驗梁彎扭屈曲破壞形態的限制，會導致矩形管翼緣曲線組合梁無法自由產生橫向位移和橫截面扭轉現象，進而導致試驗梁受試驗系統的約束影響而無法產生彎扭屈曲破壞形態，無法獲得需求的試驗結果。同時，由于矩形管翼緣曲線組合梁上翼緣扭轉剛度遠大于腹板扭轉剛度，在承受豎向荷載時端截面更易于發生上翼緣與腹板的相對扭轉變形，此為該種新型組合梁區別于傳統梁結構的特有技術問題，傳統梁結構由于翼緣與腹板扭轉剛度接近，在端截面二者間并無明顯相對扭轉變形發生。因此，相較于傳統梁結構，矩形管翼緣曲線組合梁的彎曲屈曲試驗對梁端支撐位置邊界條件有著十分嚴苛的保障要求，必須對其端截面進行有效約束，以達到試驗需求的理想邊界條件。上述及常規試驗加載系統對試驗梁的端部未進行有效約束，將導致試驗過程中試驗梁端部的上翼緣鋼管相對腹板發生扭轉，造成試驗梁端截面發生畸變屈曲，影響試驗梁整體彎扭屈曲破壞狀態。

上述及常規試驗加載系統存在的局限將導致單點加載下矩形管翼緣曲線組合梁無法發生理想的彎扭屈曲破壞形態，最終無法或精確通過試驗測得矩形管翼緣曲線組合梁在彎扭屈曲破壞下的應力應變響應規律、承載力及剛度發展、極限承載力等彎扭屈曲性能。因此，研究及應用實踐中迫切需要一種可以真實、精確測得不同曲率半徑的矩形管翼緣曲線組合梁彎扭屈曲性能的試驗系統及試驗方法。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是：現有的試驗加載系統對試驗梁的約束限制致使矩形管翼緣曲線組合梁無法產生需求的彎扭屈曲破壞形態，故而無法或精確獲得矩形管翼緣曲線組合梁彎扭屈曲性能，以及無法針對性解決矩形管翼緣曲線組合梁特有的管翼緣與腹板相對扭轉問題和試驗梁具有不同曲率半徑時加載系統的適用性問題，進而提供一種矩形管翼緣曲線組合梁彎扭屈曲試驗系統及試驗方法。