本發(fā)明涉及一種板件靜載和穩(wěn)定試驗的裝置。

背景技術：

板式結構是工程結構常用的結構形式，既能承受面外荷載，也能承受面內荷載。當板承受面外荷載或面內拉伸荷載時，當荷載達到一定程度，表面纖維應力超過材料的極限拉伸強度，板會發(fā)生拉伸破壞；當板承受面內壓荷載時，一種情況是板的寬厚比較小，當荷載加至表面纖維應力達到材料的極限壓縮強度，板會發(fā)生壓縮破壞；另一種情況是板的寬厚比較大，當荷載加至一定程度，表面纖維應力還沒有達到材料的極限壓縮強度時，板會突然發(fā)生較大變形而失去承載能力，這種現(xiàn)象稱為屈曲或失穩(wěn)。

在研究或實際結構設計中，經常通過試驗來驗證板式結構的極限強度或穩(wěn)定系數(shù)，加載方式和邊界條件的模擬直接影響試驗結果的準確性。

一般來講，試驗機的加載方向主要是豎向拉或壓。在進行板件的靜載和穩(wěn)定試驗時，通常采用豎向加載的方式，荷載很難作用于板面，即曲面的法線方向，往往會存在偏心，這不符合板件的實際受力狀態(tài)。由于板件失穩(wěn)瞬間位移突然增大，其與試驗機接觸部位、與板件下端模擬鉸接的裝置之間都有可能會發(fā)生滑動，導致板件被擠出而危及設備和人員安全。對于曲板結構，除了這兩方面的問題外，板件下端必須設置強大的工裝以抵抗板件的水平力。

在進行板件的靜載和穩(wěn)定試驗時，邊界條件的模擬至關重要。典型邊界條件主要有簡支、固定和自由三種。若試驗用板件為實際板式結構中的一部分，兩側為非自由邊時，則將其邊界條件假定為簡支，板件上端和下端設置為鉸接，在上端進行加載。一般在板件的上、下兩端焊接特制工裝以模擬其鉸接邊界條件，但是試驗時經常在板件與工裝之間首先破壞，從而不能滿足試驗目的。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種板件靜載和穩(wěn)定試驗的裝 置，其實現(xiàn)了模擬板件四邊約束，不同厚度和寬度的板件通用，直板、曲板試件通用的目標。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種板件靜載和穩(wěn)定試驗的裝置，包括：

整體框架，其由鋼板焊接而成，呈口字形，且水平放置，所述整體框架通過4個立柱固定在地面上，整體框架具有足夠的強度和剛度，能夠保證在板件破壞之前所述整體框架不會發(fā)生強度破壞，且不會發(fā)生影響試驗結果的整體或局部變形。

沿所述整體框架的長度方向，其內部依次設有千斤頂、前端加載塊和后端約束板，板件放置在前端加載塊和后端約束板之間，且板件的兩側分別設置有簡支夾具；所述千斤頂和前端加載塊均放置于托架上，所述托架上方設有千斤頂限位件，用以限制千斤頂在試驗過程中左右滾動。

進一步的，所述板件為鋼、鋁或復合材料制成的平板或曲板，或為鋼、鋁或復合材料制成的帶加勁肋的平板或曲板，所述板件前端和后端的邊緣均為半圓形狀。

進一步的，所述前端加載塊由鋼板焊接而成，具有足夠的強度和剛度，能夠保證將千斤頂?shù)耐饬鶆蜃饔弥涟寮吘?。所述后端約束板通過高強度螺栓固定在整體框架上，能夠將來自板件、垂直于板面的力轉遞至整體框架。

所述前端加載塊和后端約束板靠板件的側面上均開有底部為半圓形、喇叭口形狀的凹槽，與板件的半圓形邊緣相匹配，模擬鉸接邊界條件，保證板件的前端和后端能夠自由轉動，且保證前端加載塊或后端約束板不會發(fā)生垂直于板面的變形，且能始終將荷載作用在板面內。

若板件帶加勁肋，則所述前端加載塊和后端約束板在與板件加勁肋對應位置開設凹槽。

進一步的，所述托架為帶加勁肋的鋼板，用于支撐千斤頂和前端加載塊，保證千斤頂?shù)闹行膶拾寮男涡?，所述托架通過托架連接件和高強度螺栓固定在整體框架上，所述托架的高度可通過墊入不同厚度的鋼板上、下調節(jié)。

進一步的，千斤頂限位件和托架之間設有聚四氟乙烯板，可減小千斤頂與托架之間的摩擦，保證千斤頂前后活動自如。

進一步的，所述立柱由鋼板焊接而成，所述立柱的頂端通過立柱連接件和高強度螺栓連接整體框架，所述立柱的底端通過地錨螺栓固定于地面。

進一步的，整體框架與簡支夾具之間設有寬度調節(jié)塊，適應于不同寬度的板件；所述寬度調節(jié)塊由鋼板焊接而成，通過高強度螺栓連接整體框架與簡支夾具。

進一步的，所述千斤頂限位件采用角鋼或鋼板制成。

進一步的，板件兩側的簡支夾具由焊接有圓鋼棒的夾具組成，模擬板件兩側的簡支邊界條件。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)所述裝置采用口字形整體框架作為承載結構進行板件的靜載和穩(wěn)定試驗，來自千斤頂?shù)耐饬椭Х戳υ谡w框架內自平衡，不受試驗場地和試驗加載設備的限制。

(2)所述裝置采用水平加載的方式進行板件的試驗，減少了用于安裝防護的工裝，降低了試驗時板件突然破壞對設備和人員安全形成的風險。

(3)所述裝置的板件前端和后端制成半圓形狀，分別與前端加載塊和后端約束板的凹槽相匹配，其可將荷載均勻地施加于板件端截面的中性軸，且保證板件的前端和后端能夠自由轉動，從而真實地模擬了板件前后兩端的鉸接邊界條件。

(4)所述裝置采用可調節(jié)高度的托架支撐千斤頂，保證千斤頂?shù)暮奢d能夠有效作用于板件端截面的中性軸。同時采用寬度調節(jié)塊，能夠適用于不同寬度和厚度的板件，也可適用于帶加勁肋的板件。

(5)所述裝置在托架上設置聚四氟乙烯板可減小千斤頂與托架之間的摩擦。

(6)所述裝置在托架上設置千斤頂限位件防止千斤頂試驗時左右滾動。

(7)所述裝置設置立柱將整體框架支撐起來，方便板件安裝和布置傳感器。

(8)本發(fā)明所述裝置剛性好、剛度大，各部件之間通過焊接或螺栓連接，結構緊湊，操作方便，試驗時變形小，傳力明確，試驗數(shù)據(jù)可靠。

(9)本發(fā)明所述裝置模擬了板件四邊約束受力，且側面以簡支約束模擬，使其可以自由變形，與實際情況相比具有較好的擬合性。

(10)本發(fā)明所述裝置使用范圍廣泛，不僅適用于不同板厚的試件試驗，而且適用于曲板試件的試驗，打破了以往雙邊約束試驗和用直板代替曲板試驗的局面，彌補了板件四邊約束試驗和曲板試驗的空缺，從而大大提高了板件試驗結果的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述板件靜載和穩(wěn)定試驗的裝置俯視結構示意圖；

圖2為圖1中A-A位置的剖面圖；

圖3為圖1中B-B位置的剖面圖；

圖4為圖1中C-C位置的剖面圖；

圖5為圖1中D-D位置的剖面圖；

圖6為圖1中E-E位置的剖面圖；

圖7為圖1中F-F位置的剖面圖；

圖8為圖1中G-G位置的剖面圖；

圖9為圖1中H-H位置的剖面圖；

圖10為圖1中設有寬度調節(jié)塊時C-C位置的截面圖；

圖11a～圖11e為不同試驗板件結構示意圖；

其中，1-整體框架、2-前端加載塊、3-后端約束板、4-簡支夾具、5-板件、6-千斤頂、7-托架、71-托架連接件、8-聚四氟乙烯板、9-千斤頂限位件、10-立柱、101-立柱連接件、11-寬度調節(jié)塊。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種板件靜載和穩(wěn)定試驗的裝置，如圖1所示，包括：整體框架1，其由鋼板焊接而成，呈口字形，且水平放置，所述整體框架1通過4個立柱10固定在地面上；所述立柱10由鋼板焊接而成，所述立柱10的頂端通過立柱連接件101和高強度螺栓連接整體框架1，所述立柱10的底端通過地錨螺栓固定于地面。

沿所述整體框架1的長度方向，其內部依次設有千斤頂6、前端加載塊2和后端約束板3，板件5放置在前端加載塊2和后端約束板3之間，且板件5的兩側分別設置有簡支夾具4；所述千斤頂6和前端加載塊2均放置于托架7上，所述托架7上方設有千斤頂限位件9，用以限制千斤頂6在試驗過程中左右滾動。

所述板件5為鋼、鋁或復合材料制成的平板或曲板，或為鋼、鋁或復合材料制成的帶加勁肋的平板或曲板，所述板件5前端和后端的邊緣均為半圓形狀。

所述前端加載塊2由鋼板焊接而成，所述后端約束板3通過高強度螺栓固定在整體框架1上；

所述前端加載塊2和后端約束板3靠板件5的側面上均開有底部為半圓形、喇叭口形狀的凹槽，與板件5的半圓形邊緣相匹配。

若板件5帶加勁肋，則所述前端加載塊2和后端約束板3在與板件加勁肋對應位置開設凹槽。

所述托架7為帶加勁肋的鋼板，用于支撐千斤頂6和前端加載塊2，所述托架7通過托架連接件71和高強度螺栓固定在整體框架1上，所述托架7的高度可通過墊入不同厚度的鋼板上、下調節(jié)。

千斤頂限位件9和托架之間設有聚四氟乙烯板8。

整體框架1與簡支夾具4之間設有寬度調節(jié)塊11，適應于不同寬度的板件5；所述寬度調節(jié)塊11由鋼板焊接而成，通過高強度螺栓連接整體框架1與簡支夾具4。

所述千斤頂限位件9采用角鋼或鋼板制成。

如圖1所示，所述整體框架由兩個外框架后頂板和兩個外框架側板依次焊接而成，所述外框架頂板和外框架側板均豎立放置；所述整體外框架內部兩側還設有兩個支架鋼板，所述支架鋼板連接兩個外框架頂板且與所述外框架側板平行設置，均豎立放置；所述整體框架內部兩側設有水平布置的鋼架主板，所述鋼架主板與所述外框架頂板、外框架側板和支架鋼板均焊接連接，具體的，鋼架主板設于支架鋼板與所述支架鋼板臨近的外框架側板之間，鋼架主板分別連接所述外框架頂板和外框架側板的中部；所述整體框架內還焊 接有外框架主板加勁板，所述外框架主板加勁板連接兩個外框架側板且與所述前端加載塊的位置平齊。

兩側簡支夾具4設置在兩個支架鋼板之間。

所述后端約束板3的后端還連接后端受力裝置。

所述后端受力裝置的兩側分別為支架鋼板，所述后端受力裝置的前后分別由后受力裝置前頂板和后受力裝置后頂板與所述支架鋼板焊接連接，所述后受力裝置前頂板和后受力裝置后頂板分別平行于外框架頂板設置，且所述后受力裝置后頂板與外框架后頂板的位置平齊，所述后受力裝置前頂板和后受力裝置后頂板之間還焊接有后受力裝置主鋼板，所述后受力裝置主鋼板水平布置；所述后受力裝置前頂板和后受力裝置后頂板之間焊接有若干個后受力裝置加勁板，且平行于支架鋼板布置。

所述千斤頂6的前端還設有前端受力裝置。

所述前端受力裝置的兩側分別為支架鋼板，所述前端受力裝置的前后分別由前受力裝置前頂板和前受力裝置后頂板與所述支架鋼板焊接連接，所述前受力裝置前頂板和前受力裝置后頂板分別平行于外框架后頂板設置，且所述前受力裝置后頂板與外框架后頂板的位置平齊。所述前受力裝置前頂板和前受力裝置后頂板之間還焊接有若干個前受力裝置加勁板，且平行于支架鋼板布置。

如本發(fā)明適用于圖11a～圖11e所示的試驗板件結構，其中，圖11a為曲面外側帶肋板，圖11b為曲面內側帶肋板，圖11c為平面外側帶肋板，圖11d為曲板，圖11e為平板。

兩側簡支夾具沿每個支架鋼板的上下兩側分別固定有上夾具和下夾具；

所述上夾具包括上立板和上平板，且所述上立板和上平板焊接成直角形，直角形內焊接有若干個平行設置的上加勁板，所述上加勁板分別與上立板、上平板焊接連接；上平板的下表面焊接有上圓鋼棒；

所述下夾具包括下立板和下平板，且所述下立板和下平板焊接成直角形，直角形內焊接有若干個平行設置的下加勁板，所述下加勁板分別與下立板、下平板焊接連接；下平板的上平面焊接有下圓鋼棒；

板件放置于上平板和下平板之間且嵌入上圓鋼棒和下圓鋼棒之間。

上平板、下平板、上圓鋼棒、下圓鋼棒可為水平的也可呈弧形，適應于直板紙件或不同曲率的曲板試件。上立板上設有橢圓形高強度螺栓孔，以調整上夾具的位置適應于不同板厚試件。

試驗時所述裝置的安裝步驟為：

(1)將后端約束板通過高強度螺栓固定于整體框架上；

(2)將板件頂在后端約束板上后，安裝完成兩側簡支夾具，初步定位；

(3)安裝前端加載塊，初步定位；

(4)安裝千斤頂，就位后啟動千斤頂，施加外力，使得前端加載塊頂緊板件，板件頂緊后端約束板；

(5)板件安裝就位，可以進行試驗。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。