[实用新型]一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于建筑模拟试验装置技术领域，具体涉及一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置。

背景技术

金属建筑系统中屋面檩条是重要的次结构构件，搁置在屋面主结构上，其上一般铺设金属屋面板。屋面檩条主要承受屋面竖向荷载，有时也兼作主结构的平面外约束系杆，保证结构的整体性。通常9m柱距左右的檩条，采用冷弯型钢C、Z型形式，经济性良好；当建筑柱距大于12m时，冷弯型钢C、Z型檩条无法通过计算，此时需要承载能力更高的檩条形式。传统上，焊接H型钢、高频焊H型钢或托梁、托架等由于其设计成熟和制作工艺简单是首选形式，但却显得笨重而不经济，施工不方便，特别是当柱距较大时（超过20m）。实腹式檩条已不能满足高速铁路旅客站台雨篷结构设计的需要。因此在大柱距空间下有必要采用经济而高效的新型桁架式檩条体系来替代目前常用的实腹式檩条，不仅具有重要的科学意义，更具有很好的工程实用价值。

然而国内目前对桁架式檩条结构体系的研究尚处于起步阶段，美建、欧本、巴特勒等公司正着力将此技术从国外引入，现主要应用于重型钢结构厂房，但在民用建筑中应用很少。究其原因，除了民用建筑中大跨度空间结构数量较少外，主要是由于目前国内尚无成熟而统一的关于桁架式檩条结构体系的设计方法和标准，严重制约其推广使用。

总体来说，桁架式檩条结构体系的设计主要存在以下几方面的问题：

1. 桁架式檩条所采用的冷弯型钢壁厚较薄，存在冷作硬化效应，尤其在型钢断面的拐角处更为明显，具体表现为钢材的强度、硬度和屈强比提高，而韧性下降、塑性储备减少。因此有必要对钢材的冷作硬化效应进行材料及焊接性能试验，确认其对结构质量及安全性的影响程度。

2. 桁架式檩条的主要受力构件（弦杆）采用的是M型冷弯薄壁型钢，该截面形式比较复杂，且板件宽厚比较大，在外荷载作用下，受压弦杆板件极易发生弹性局部屈曲。国内外设计此类截面目前有两种方法：有效宽度法和直接强度法。有效宽度法是最通用而有效的设计方法，但板件有效宽度计算时均按独立的单板考虑，没有考虑板组效应的影响，即不考虑板组相关屈曲问题，在理论上存在缺陷。而目前我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）在有效宽度法的基础上考虑了板组效应的影响，但主要是基于薄壁稳定理论计算结果并与箱形截面、卷边槽形截面、槽形截面构件试验结果拟合回归而得出的，对M型截面板件局部屈曲稳定系数计算是否适用尚存在疑问。直接强度法计算构件局部屈曲时能较好的考虑板组效应影响，但需借助数值方法（有限元、有限条），计算过于繁琐，不利于设计者操作。

3. 桁架式檩条弦杆与腹杆的连接节点刚度较弱，属于半刚性节点，按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取弦杆和腹杆计算长度是否合理尚有待进一步验证。同时，不同的屋面形式能否对檩条上弦平面外提供有效约束还应进行相关的试验研究工作。

4. 桁架式檩条通常跨度较大，整体运输不便，有必要降低超长构件的道路运输难度，因此需根据要求将桁架式檩条分段运输、现场拼装（采用高强度螺栓）。拼接点的选择和相关连接构造要求与桁架式檩条结构体系整体受力性能密切相关。

5. 桁架式檩条兼作主结构刚架刚性系杆时，檩条下弦承受压力，此时荷载效应应明确并进行相关校核，否则应采用适当构造方法来保证。

6. 桁架式檩条的支撑、隅撑、支座节点等设计除保证有足够的承载能力以外，还应方便工厂加工和现场安装，同时尽量避免节点处出现相互搭接及空间交汇点偏心的情况，改善节点性能。另外，风吸力效应对节点性能的影响也不应忽视。

7. 桁架式檩条结构体系除应能满足任意屋面坡度要求外，也应满足在结构上悬挂适当荷载的要求。为方便标准化生产以及个别需要，应有不同形式的构配件以供选择。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，为桁架式檩条结构体系的受力计算和构造设计提供试验数据。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种关于桁架式檩条结构体系受力性能的试验装置，其特征在于：

包括钢门架、千斤顶、荷载分配梁体系、液压伺服作动器和檩条；

所述钢门架包括四根呈矩形分布的钢柱，前后对应的钢柱上部之间分别设置第一横梁和第二横梁，前后对应的钢柱下部内侧之间设置第三横梁和第四横梁；

第一横梁和第二横梁底面中部之间横向固定一道门架横梁，千斤顶安装于门架横梁底面，荷载分配梁体系设置于千斤顶底部；