[发明专利]圆钢管超低周疲劳试验装置及塑性变形采集方法

说明书

本发明涉及一种圆钢管超低周疲劳试验装置及塑性变形采集方法。本试验装置用于圆钢管的超低周疲劳破坏试验，其主要包括反力架装置、FCS电液伺服结构试验系统、限位装置、螺栓球和钢管组合试件、边界固接系统。本试验操作步骤简单，作动器固定于门式反力架，施加荷载时通过三向水平限位支架保证作动器作用于螺栓球与圆钢管组合结构的力为轴向力，FCS电液伺服结构试验系统对高强螺栓管球组配构件施加循环往复荷载，并收集杆端力与位移的数据，整个装置安全稳定性好，提高试验结果的准确性与稳定性，可实现对圆钢管在超低周疲劳下的试验研究。

技术领域

本发明涉及一种大位移轴向加载试验装置，尤其涉及一种圆钢管与螺栓球组合试件的超低周疲劳试验装置及钢管塑性变形采集方法。

背景技术

大跨度螺栓球网格结构公共建筑除完成日常的公共活动功能外，还要求其承担地震避难所的功能，螺栓球网格结构的抗震性能具有很好的研究价值。历次震害表明，强震下螺栓球网格结构的破坏表现为杆件屈曲或拉断、杆中形成塑性铰并伴随断裂等，这些破坏的杆件经历了数次循环塑性应变的过程，其破坏形态具有超低周疲劳破坏的特征。试验是研究圆钢管在往复荷载作用下的性能的常用方法，但目前有关开展圆钢管超低周疲劳试验的试验装置和塑性采集方法尚未见到报道。

所述螺栓球和钢管组合试件包括上螺栓球、套筒、顶丝、高强螺栓、圆钢管、下螺栓球，上螺栓球通过高强螺栓、套筒与圆钢管一端的封板实现连接，下螺栓球通过高强螺栓、套筒与圆钢管另一端的封板实现相连接。

发明内容

本发明的目的是提供一种对圆钢管施加大位移循环往复加载的试验装置，并对圆钢管发生塑性变形的区域进行划定，进一步对塑性变形数据进行采集。

本发明解决其技术问题所采用如下技术方案：圆钢管超低周疲劳试验装置，包括门式反力架、位于门式反力架后方正中的加载支架以及包含有作动器的电液伺服结构试验系统；作动器竖直连接在门式反力架的横梁中部下方，作动器的端头朝下且连接有联系梁，门式反力架的左、右竖直架以及加载支架上均设有竖向的滑槽；所述联系梁左右两侧分别通过一个限位支架滑动连接在门式反力架的左、右竖直架上的滑槽内；联系梁的后侧也通过一个限位支架滑动连接在加载支架上的滑槽内；限位支架均呈水平设置且长度可调；联系梁的底部连接有上支座，位于上支座正下方的地面上安装有高度可调的底支座，上支座和底支座上均开有用于连接螺栓球与圆钢管的组合试件的螺栓孔。

采用本装置可有效开展钢管在超低周疲劳下的破坏形态研究和塑性变形研究。使用时，螺栓球与圆钢管的组合试件通过高强螺栓连接于上下支座。

所述作动器、联系梁、上部支座、底支座的重心连线与地表垂直，保证圆钢管受轴心往复荷载作用。

所述门式反力装置满足加载试验刚度的要求，由H型钢柱和箱型梁通过地脚锚栓和高强螺栓连接。滑槽设在H型钢珠的横段上。

所述加载装置的作动器底座通过长杆高强螺栓固定于门式反力架的箱型横梁上，作动器头部（端头）通过高强螺栓连接联系梁，联系梁三向侧面连接限位支架，上表面连接作动器，下表面连接上支座，将动力装置与试件有效的组合在一起。

所述限位支架中间设有法兰圆盘，有效调节限位支架与滑槽的间距，限位支架一端连接联系梁，另一端焊有抱钩与连接于门式反力架和加载支架上的滑槽连接。

所述的垫板设有地脚螺母并调节至水平，垫板满足试验刚度要求，底支座钻孔通过高强螺栓连接垫板形成刚性固定边界。

本发明还提供一种圆钢管塑性变形采集方法，该方法包括：

圆钢管塑性变形通过截面形状的变化表现出来，由未加载的圆形截面变为加载后的椭圆形截面，用截面椭圆度来衡量圆钢管发生塑性变形的范围；

a、预先将圆钢管沿轴向以杆件中点截面为始点上下300mm范围内每20mm取一个截面，共31个截面，每个截面标定四个等分点，并保持每层截面四等分点竖向保持一条直线；