CN106124179A - 一种竹木压弯构件双向偏心加载装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种竹木压弯构件双向偏心加载装置及安装方法，包括2个上下镜面对称的钢柱套，2个球铰支座，竹木压弯构件；其中钢柱套座落在球铰支座上，竹木压弯构件插入钢柱套中的空心钢筒内。优点：1）结构简单易安装，加载装置的主体仅包括钢柱套和球铰支座两部分，安装步骤简易；2）传力清晰、整体性好，钢柱套可视为固定在构件两端的附加牛腿，扩大端面受力范围，球铰支座实现构件的铰接；3）偏心位置灵活可控，球铰与钢柱套之间通过咬合齿连接，可移动球铰改变钢柱套与球铰之间的相对位置，从而容易实现不同偏心距的设计；4）适用性广，任何矩形竹木构件均可利用钢填片及预留螺栓孔与装置连接，可进行多种竹木材料的双向偏心受压试验。

Description

一种竹木压弯构件双向偏心加载装置及安装方法

技术领域

本发明涉及的是一种竹木压弯构件双向偏心加载装置及安装方法，属于竹木结构领域。

背景技术

竹木材料作为一种可再生、可降解的天然生物质复合材料，可作为绿色建筑的首选建材。据清华大学和北京工业大学的研究报告指出，木结构建筑比钢结构节能 5.3％，比混凝土结构节能 8.1％，它对环境的影响最小，是真正意义上的绿色建筑。随后，GB 50005-2003《木结构设计规范》的出台，以及我国大力引进美、加等国的木结构产品与技术，从事木结构建筑及其材料生产和销售的公司纷纷涌现，相关科研单位及示范工程也在逐年增加。据不完全统计，目前我国木结构住宅的年产量约为8000套，并呈现逐年增长的趋势。2011年，我国首栋4层木结构公寓在天津建成，它突破了现行规范，为国内木结构建筑技术向多层、甚至高层发展提供了很好的示范作用。

此外，我国是世界上最主要的产竹国，素有“竹子王国”之誉。竹材生长期短、环保性能高、强度效率和刚度效率高、能耗少。研究表明，就强度和成本而言，竹子被认为是自然界中效能最高的材料，其抗拉强度可达370MPa，相当于HRB400钢材抗拉强度设计值（360MPa），其弹性模量可达20000MPa。因此，竹材制成的结构构件具有优良的力学性能，若将其作为建筑承重材料，将拓宽竹材的应用领域并推进绿色环保建筑的发展。

竹木结构通常采用梁柱式结构体系，该体系具有自重轻、结构刚度好、结构多变、美观性强、且能跨越较大空间的优点，因此具有广阔的发展空间。压弯构件是梁柱式结构体系的主要承重构件，其极限承载力与变形决定了结构设计方案，而压弯构件通常同时承受轴压和双向弯矩的作用，即双向偏心受压，因此研究竹木压弯构件的双向偏心受压性能对推进竹木结构发展具有重要意义。

然而，现行的竹木结构双向偏心受压试验研究方法未见报道。竹木材料也不同于钢材、铝材能够直接进行焊接连接，也不同于混凝土可自行融合凝固连接，故附加牛腿不容易和构件连接，而传统的研究单向偏心的方法是施加轴压的同时，在某一方向施加水平力作为弯矩，这种方法并不适用于双向偏心。因此采用何种易于实现的双向偏心加载方案，成为双向偏心受压研究能否实现的关键问题。本发明能有效改善上述关键问题。

发明内容

本发明提出的是一种竹木压弯构件双向偏心加载装置及安装方法，旨在克服现有技术所存在的上述问题，具有结构简单，易定位安装，传力清晰，整体性好，适用性广等优点。

本发明的技术解决方案：一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，包括2个上下镜面对称的钢柱套1，2个球铰支座2，竹木压弯构件10；其中钢柱套1座落在球铰支座2上, 竹木压弯构件10插入钢柱套1中的空心钢筒3内；

工作时，竹木压弯构件10将垂直插入钢筒3内，用A、B钢填片填实，以螺栓固定，并通过球铰支座2传力；同时可移动球铰，改变球铰与柱套之间的相对位置，达到设计不同偏心距的目的。

本发明的优点：

1）结构简单。加载装置的主体仅包括钢柱套和球铰支座两部分，将压弯构件插入钢筒内，接着将压弯构件上的螺栓孔和钢筒上的螺栓孔对齐，并用螺栓固定；最后在将球铰支座安装在钢垫板上的选定位置，压弯构件另一端采用同样步骤，即可形成一个竹木压弯构件双向偏心加载装置；

2）易定位安装。加载装置的钢筒内径可根据所需测试的压弯构件的内径制作，钢筒每边内径比构件横截面大1mm，这样保证构件可以插入钢筒，多余缝隙可以通过在对应边插入A、B钢填片调整，因此既考虑了安装的简易性，又提供了因构件尺寸偏差可能造成的误差处理方法；另外球铰支座和钢垫板底面之间采用细密咬合齿连接，既可以根据试验所需偏心距选定合适的位置，又保证了接触面之间的摩擦力；

3）传力清晰。试验机作用力通过球铰支座传递给钢套筒，再由钢垫板和螺栓传递给压弯构件，传力路径明确；

4）整体性好。和压弯构件连接的钢套筒相当于一个固接在构件两端的附加牛腿，增大了受力区域，并避免柱顶可能出现的局部受压，再通过球铰支座连接到作动器，实现了构件的铰接，具有良好的整体性；

5）适用性广。该装置适用于所有竹木材料制成的压弯构件的双向偏心承载力测试，仅需根据构件横截面选定空心钢筒内径，并预留各自对应的螺栓孔即可。

附图说明

附图1是竹木压弯构件双向偏心加载装置的结构示意图。

附图中的1是钢柱套，2是球铰支座，3是空心钢筒，4是钢肋板，5是A螺栓孔，6是钢垫板，7是连接台，8是钢球，9是承压台，10是竹木压弯构件。

具体实施方式

如附图所示，一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，包括2个上下镜面对称的钢柱套1，2个球铰支座2，竹木压弯构件10；其中钢柱套1座落在球铰支座2上,竹木压弯构件10插入钢柱套1中的空心钢筒3内；

工作时，竹木压弯构件10将垂直插入钢筒3内，用A、B钢填片填实，以螺栓固定，并通过球铰支座2传力；同时可移动球铰，改变球铰与柱套之间的相对位置，达到设计不同偏心距的目的。

所述的钢柱套1包括1个空心钢筒3，8个钢肋板4，若干螺栓孔5，1个钢垫板6，其中钢筒3外表面与钢垫6、钢肋板4焊接，空心钢筒3上开有螺栓孔5。

所述的所述球铰支座2包括1个连接台7，1个钢球8及一个承压台9，其中连接台7与钢球8相接，钢球8接在承压台9上。

所述的钢柱套1的钢垫板6底面预留细密咬合齿，另一面与空心钢筒3、钢肋板4焊接，空心钢筒3的四个面预留螺栓孔5的位置两两对齐，钢筒3、钢垫6、钢肋板4与插入其中的竹木压弯构件10形成刚性连接。

所述球铰支座2的连接台7的底面预留细密咬合齿，便于与钢柱套1的咬合连接，连接台7的顶面预留凹槽，承压台9顶面也预留凹槽，两个凹槽用于嵌入钢球8，预留凹槽半径和钢球8半径一致，凹槽深度不超过钢球8半径1/2，以保证球铰支座2的转动角度。

所述的空心钢筒3内壁面的螺栓孔位置与A钢填片、B钢填片预留螺栓孔位置相对应，用于填充压弯构件10和钢柱套1内壁的空隙；竹木压弯构件10预留螺栓孔的位置与空心钢筒3上预留螺栓孔位置相对应。

所述空心钢筒内壁须直角转角，不得有倒角，保证竹木压弯构件可以完全插入套筒内；适用于矩形截面构件。

所述加载装置的所有部件均采用钢材制作，所述螺栓采用高强螺栓，每根螺栓须配置两个垫片和螺帽。

所述两个钢柱套关于构件跨中部位的面镜面对称。

竹木压弯构件双向偏心加载装置的安装方法，包括如下步骤：

1）将矩形压弯构件一端垂直插入钢柱套的空心钢筒内，矩形压弯构件预留螺栓孔位置和对应空心钢筒预留螺栓孔对齐，若矩形压弯构件某一侧和套筒内壁之前存在空隙，插入相应A、B钢填片，钢填片的选择应和相应套筒内壁对应，用螺栓穿过钢筒、钢填片和矩形压弯构件，螺栓两端以螺帽拧紧固定；

2）将球铰支座连接台放置于钢柱套钢垫板上，根据偏心距调整连接台位置，通过咬合齿固定，再将钢球一面置入连接台凹槽内，钢球另一面和承压台凹槽接触，完成球铰支座安装；

3）矩形压弯构件另一端重复步骤1）、步骤2），将整个部件置于竖直压力传感器下，完成双向偏心加载装置的安装。

螺栓排列及钢板厚度可参考《钢结构设计规范》（GB50017-2003），应当满足受力、构造以及施工的方面的要求。

实施例

如图1所示：钢柱套的空心钢筒壁厚5mm，内壁截面为102mm×102mm，钢筒高200mm，钢筒上的螺栓孔径为12mm；钢肋板厚8mm，高180mm，与钢筒外表面焊接，间距为80mm；钢垫板厚20mm，长度×宽度为200mm×200mm。球铰支座连接台和承压台的圆柱形底座厚度为20mm，直径为100mm，凹槽突出部分高8mm，凹槽内径为30mm；钢球的直径为30mm。钢填片的厚度均为1mm，长度×宽度为200mm×100mm，钢填片上的螺栓孔径与钢筒上的螺栓孔相对应。

工作过程

竹木压弯构件双向偏心加载装置的工作原理是：压弯构件插入钢柱套内，通过钢填片填实，以螺栓固定，形成刚性连接，增加构件端部受力范围，减小局部受压可能，再通过连接球铰支座实现构件的两端铰接，最后置于竖直压力传感器下，形成一个竹木压弯构件双向偏心受压加载装置。

Claims (9)

1.一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，其特征是包括2个上下镜面对称的钢柱套，2个球铰支座，竹木压弯构件；其中钢柱套座落在球铰支座上，竹木压弯构件插入钢柱套中的空心钢筒内；

工作时，竹木压弯构件将垂直插入钢筒内，用A、B钢填片填实，以螺栓固定，并通过球铰支座传力；同时可移动球铰，改变球铰与柱套之间的相对位置，达到设计不同偏心距的目的。

2.根据权利要求1所述的一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，其特征是所述的钢柱套包括1个空心钢筒，8个钢肋板，若干螺栓孔，1个钢垫板，其中钢筒外表面与钢垫、钢肋板焊接，空心钢筒上开有螺栓孔。

3.根据权利要求1所述的一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，其特征是所述的所述球铰支座包括1个连接台，1个钢球及1个承压台，其中连接台与钢球相接，钢球接在承压台上。

4.根据权利要求2所述的一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，其特征是所述的钢柱套的钢垫板底面预留细密咬合齿，另一面与空心钢筒、钢肋板焊接，空心钢筒的四个面预留螺栓孔的位置两两对齐，钢筒、钢垫、钢肋板与插入其中的竹木压弯构件形成刚性连接。

5.根据权利要求3所述的一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，其特征为：所述球铰支座的连接台的底面预留细密咬合齿，便于与钢柱套的咬合连接，连接台的顶面预留凹槽，承压台顶面也预留凹槽，两个凹槽用于嵌入钢球，预留凹槽半径和钢球半径一致，凹槽深度不超过钢球半径1/2，以保证球铰支座的转动角度。

6.根据权利要求2所述的一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，其特征为：所述的空心钢筒内壁面的螺栓孔位置与A钢填片、B钢填片预留螺栓孔位置相对应，用于填充压弯构件和钢柱套内壁的空隙；竹木压弯构件预留螺栓孔的位置与空心钢筒上预留螺栓孔位置相对应。

7.述空心钢筒内壁须直角转角，不得有倒角，保证竹木压弯构件可以完全插入套筒内；适用于矩形截面构件。

8.根据权利要求1所述的一种竹木压弯构件双向偏心加载装置，其特征为：所述钢柱套的空心钢筒壁厚5mm，内壁截面为102mm×102mm，空心钢筒高200mm，空心钢筒上的螺栓孔径为12mm；钢肋板厚8mm，高180mm，与空心钢筒外表面焊接，间距为80mm；钢垫板厚20mm，长度×宽度为200mm×200mm；球铰支座连接台和承压台的圆柱形底座厚度为20mm，直径为100mm，凹槽突出部分高8mm，凹槽内径为30mm；钢球的直径为30mm；钢填片的厚度均为1mm，长度×宽度为200mm×100mm，钢填片上的螺栓孔径与空心钢筒上的螺栓孔相对应。

9.如权利要求1所述的一种竹木压弯构件双向偏心加载装置的安装方法，其特征是包括如下步骤：

1）将矩形压弯构件的一端垂直插入钢柱套的空心钢筒内，矩形压弯构件预留螺栓孔位置和对应空心钢筒预留螺栓孔对齐，若矩形压弯构件某一侧和套筒内壁之前存在空隙，插入相应A、B钢填片，钢填片的选择应和相应套筒内壁对应，用螺栓穿过钢筒、钢填片和矩形压弯构件，螺栓两端以螺帽拧紧固定；

2）将球铰支座连接台放置于钢柱套钢垫板上，根据偏心距调整连接台位置，通过咬合齿固定，再将钢球一面置入连接台凹槽内，钢球另一面和承压台凹槽接触，完成球铰支座安装；

3）矩形压弯构件的另一端重复步骤1）、步骤2），将整个部件置于竖直压力传感器下，完成双向偏心加载装置的安装。