一種鋼梁試驗模型測量裝置及其試驗方法與流程

本發明涉及鋼結構工程技術領域，尤其涉及一種鋼梁試驗模型測量裝置及其試驗方法。

背景技術：

鋼梁是一種常見的鋼結構構件，在建筑、橋梁、港口等工程中得到廣泛的應用。鋼梁作為鋼結構中重要的構件，大跨度和異性截面鋼梁的受力變形的研究一直受到國內外的重視。

在鋼結構工程中，進行現場鋼梁的原型試驗不僅需要大量的人力、物力，而且存在試驗器械、試驗場地、試驗安全性等諸多問題的限制。這也促使了研究者把對鋼梁性能的研究集中到實驗室里。它不僅為鋼梁的理論研究提供了試驗數據和試驗論證，而且為工程結構設計起到了參考作用。

現有的鋼梁模型測量試驗過程中，鋼梁模型的變形值通常采用百分表測定，在試驗過程中需不停的調整百分表位置，且不能保證百分表觸頭始終與鋼梁表面垂直，極易導致測量結果準確性降低。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種節約成本，操作靈活，測量精度高，工作效率高的一種鋼梁試驗模型測量裝置及其試驗方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種鋼梁試驗模型測量裝置，包括鋼梁模型、支座、反力架系統、載荷加載系統、應變值測定系統和變形值測定系統；

支座豎直設置在地面上，鋼梁模型水平放置在支座之間，鋼梁模型為由上翼緣、腹板和下翼緣組合而成的工字型鋼，上翼緣和下翼緣上下呈水平狀態設置，腹板豎直設置在上翼緣和下翼緣之間，且上翼緣和下翼緣的中部分別連接腹板的上下兩端，鋼梁模型的橫截面形狀為工字形，

用于測定鋼梁模型載荷值的載荷加載系統設置在鋼梁模型跨中上翼緣中心，

反力架系統的下端固定在地面上，上端與鋼梁模型跨度中心線垂直設置，且反力架系統上端的兩端以鋼梁模型橫截面上翼緣的中心位置為中心對稱設置，載荷加載系統的上表面與反力架系統上端的下表面貼合設置，

用于測定鋼梁模型應變值的應變值測定系統與腹板相連接，

用于測定鋼梁模型變形值的變形值測定系統與上翼緣、下翼緣或者腹板相連接。

進一步：反力架系統包括反力架橫梁、反力架立柱和反力架底座；反力架底座與地面固定連接，反力架立柱設有兩個，兩個反力架立柱設置在腹板高度方向中心線的兩側，兩個反力架立柱的下端對稱設置在反力架底座的兩端，上端豎直向上延伸，兩個反力架立柱上端之間設有放置高度可調節的反力架橫梁，反力架橫梁與反力架底座平行設置，且與鋼梁模型橫截面上翼緣的長度方向水平設置。

進一步：載荷加載系統包括剛性壓條、千斤頂、荷載傳感器和數值測力儀；剛性壓條設置在上翼緣的上表面的中心位置處，千斤頂設置在剛性壓條上表面的中心位置處，荷載傳感器設置在千斤頂上表面的中心位置處，荷載傳感器的上表面與反力架橫梁的下表面貼合設置，荷載傳感器通過導線連接有數值測力儀。

進一步：應變值測定系統包括電阻應變片、程控靜態應變儀和第一數據處理電腦；電阻應變片設有多個，多個電阻應變片間隔設置在腹板高度方向的中心線上，電阻應變片通過導線連接程控靜態應變儀，程控靜態應變儀通過導線連接用于記錄鋼梁模型應變值的第一數據處理電腦。

進一步：變形值測定系統包括激光位移傳感器、夾頭式底座、平底式磁力底座、信號轉換器和第二數據處理電腦；激光位移傳感器、夾頭式底座和平底式磁力底座設有多個，激光位移傳感器分別與對應的夾頭式底座的一端或平底式磁力底座的一端相連接，夾頭式底座的另一端與上翼緣或者下翼緣的邊緣處相連接，平底式磁力底座的另一端與腹板或者下翼緣的下表面相連接，激光位移傳感器通過導線與實現測量數據的接收和轉換的信號轉換器相連接，信號轉換器通過導線與記錄鋼梁模型變形值的第二數據處理電腦相連接。

進一步：激光位移傳感器的下端設有配重塊。

進一步：還包括用于使鋼梁模型精確對中的光面反射裝置；光面反射裝置包括豎直設置的豎向反射板、水平設置的水平向反射板、重錘和水準器，豎向反射板為矩形板，且設有兩個，兩個豎向反射板分別與兩個反力架立柱相連接，且對稱設置，豎向反射板的下端通過軟鋼絲繩連接用于使豎向反射板始終處于豎直狀態的重錘，豎向反射板上設有水準器；水平向反射板為矩形板，水平向反射板設置在反力架底座的上表面，且位于鋼梁模型跨中下翼緣的正下方，水平向反射板的四邊中點處均設置有水準器。

進一步：水平向反射板的四個直角處均設置有用于調整水平向反射板平整度的微調螺桿，水平向反射板與反力架底座通過微調螺桿相連接。

進一步：反力架立柱上套設有第一限位圈，第一限位圈與反力架立柱的外壁固定連接，第一限位圈上在靠近豎向反射板的一側設有單鉸，豎向反射板上在靠近第一限位圈的一側設有另一單鉸，第一限位圈與豎向反射板通過兩個單鉸相連接。

進一步：一種鋼梁試驗模型測量裝置的試驗方法，包括如下步驟：

S1：將貼裝有電阻應變片的鋼梁模型以簡支梁的形式設置在反力架系統的中部；

S2：定位反力架橫梁的高度；

S3：安裝荷載傳感器，并固定千斤頂，在鋼梁模型和千斤頂之間設置剛性壓條；

S4：依次將平底式磁力底座和夾頭式底座設置在鋼梁模型的測點位置，再將激光位移傳感器夾持在平底式磁力底座和夾頭式底座上，并保證激光位移傳感器能自由旋轉；

S5：安裝光面反射裝置，將豎向反射板固定在反力架立柱上，通過軟鋼絲繩將重錘吊裝在豎向反射板的下端；

S6：將電阻應變片、程控靜態應變儀和第一數據處理電腦通過導線依次連接；將荷載傳感器和數值測力儀通過導線相連接；將激光位移傳感器、信號轉換器和第二數據處理電腦通過導線依次連接；

S7：通過荷載傳感器與數值測力儀，實現千斤頂的精準分級加載，激光位移傳感器精確測定鋼梁模型的變形值，通過第二數據處理電腦分析和顯示變形值數據；程控靜態應變儀測的鋼梁模型的應變值，通過第一數據處理電腦分析和顯示應變值數據。

基于上述技術方案，本發明的有益效果是：

1、本發明的一種鋼梁試驗模型測量裝置，解決了以前鋼梁試驗研究必須借助大型試驗設備才可進行的弊端，節約成本，測量精度高，工作效率高，大大縮短工期，且極大地提高了鋼梁變形量測定的精度，保證試驗過程中鋼梁荷載值、應變值、變形值數據保持較好的同步性；

2、本發明的一種鋼梁試驗模型測量裝置，激光位移傳感器所發射的激光束集中性較好，可以始終保持水平或豎直狀態，不需試驗過程中去不停的調節，且數據讀取間隔可以按試驗要求選取；

3、本發明的一種鋼梁試驗模型測量裝置，光面反射裝置可以對鋼梁模型起到定位和保證鋼梁模型假設后的精確對中。

附圖說明

圖1為本發明的主視圖的結構示意圖；

圖2為本發明的側視圖的結構示意圖；

圖3是本發明激光位移傳感器兩種激光發射方向的結構示意圖；

圖4是本發明平底式磁力底座的結構示意圖；

圖5是本發明夾頭式底座的結構示意圖；

圖6是本發明豎向反射板和第一限位圈的結構示意圖；

圖7是本發明水平向反射板的結構示意圖；

圖8是本發明U型卡扣的結構示意圖；

圖9是本發明第一限位圈的結構示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1、鋼梁模型，2、剛性壓條，3、千斤頂，4、荷載傳感器，5、反力架橫梁，6、反力架立柱，7、第二限位圈，8、反力架底座，9、地腳螺栓孔，10、激光位移傳感器，11、夾頭式底座，12、緊固螺母，13、平底式磁力底座，14、電阻應變片，15、豎向反射板，16、第一限位圈，17、鋼絲繩預留孔，18、軟鋼絲繩，19、重錘，20、微調螺桿，21、水平向反射板，22、程控靜態應變儀，23、第一數據處理電腦，24、導線，25、信號轉換器，26、數值測力儀，27、水準器，28、U型卡扣，29、單鉸，30、配重塊，31、第二數據處理電腦。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。

如圖1所示，一種鋼梁試驗模型測量裝置，包括鋼梁模型1、支座、反力架系統、載荷加載系統、應變值測定系統和變形值測定系統；

支座豎直設置在地面上，鋼梁模型1水平放置在支座之間，鋼梁模型1為由上翼緣、腹板和下翼緣組合而成的工字型鋼，上翼緣和下翼緣上下呈水平狀態設置，腹板豎直設置在上翼緣和下翼緣之間，且上翼緣和下翼緣的中部分別連接腹板的上下兩端，鋼梁模型1的橫截面形狀為工字形，

用于測定鋼梁模型1載荷值的載荷加載系統設置在鋼梁模型1跨中上翼緣中心，

反力架系統的下端固定在地面上，上端與鋼梁模型1跨度中心線垂直設置，且反力架系統上端的兩端以鋼梁模型1橫截面上翼緣的中心位置為中心對稱設置，載荷加載系統的上表面與反力架系統上端的下表面貼合設置，

用于測定鋼梁模型1應變值的應變值測定系統與腹板相連接，

用于測定鋼梁模型1變形值的變形值測定系統與上翼緣、下翼緣或者腹板相連接。

進一步：反力架系統包括反力架橫梁5、反力架立柱6和反力架底座8；反力架底座8與地面固定連接，反力架底座8通過地腳螺桿穿過所述反力架底座預留的地腳螺栓孔9固定于水平地面上，反力架立柱6設有兩個，兩個反力架立柱6設置在腹板高度方向中心線的兩側，兩個反力架立柱6的下端對稱設置在反力架底座8的兩端，上端豎直向上延伸，兩個反力架立柱6上端之間設有放置高度可調節的反力架橫梁5，反力架橫梁5與反力架底座8平行設置，且與鋼梁模型1橫截面上翼緣的長度方向水平設置。

反力架橫梁5通過設置在反力架立柱6上的上下兩個第二限位圈7固定。

載荷加載系統包括剛性壓條2、千斤頂3、荷載傳感器4和數值測力儀26；剛性壓條2設置在上翼緣的上表面的中心位置處，千斤頂3設置在剛性壓條2上表面的中心位置處，荷載傳感器4設置在千斤頂3上表面的中心位置處，荷載傳感器4的上表面與反力架橫梁5的下表面貼合設置，荷載傳感器4通過導線24連接有數值測力儀26。剛性壓條2、千斤頂3和荷載傳感器4的中心線在同一條垂線上。

應變值測定系統包括電阻應變片14、程控靜態應變儀22和第一數據處理電腦23；電阻應變片14設有多個，多個電阻應變片14間隔設置在腹板高度方向的中心線上，電阻應變片14通過導線24連接程控靜態應變儀22，程控靜態應變儀22通過導線24連接用于記錄鋼梁模型1應變值的第一數據處理電腦23。

變形值測定系統包括激光位移傳感器10、夾頭式底座11、平底式磁力底座13、信號轉換器25和第二數據處理電腦31；激光位移傳感器10、夾頭式底座11和平底式磁力底座13設有多個，激光位移傳感器10分別與對應的夾頭式底座11的一端或平底式磁力底座13的一端相連接，夾頭式底座11的另一端與上翼緣或者下翼緣的邊緣處相連接，平底式磁力底座13的另一端與腹板或者下翼緣的下表面相連接，激光位移傳感器10通過導線24與實現測量數據的接收和轉換的信號轉換器25相連接，信號轉換器25通過導線24與記錄鋼梁模型1變形值的第二數據處理電腦31相連接。

夾頭式底座11插入鋼梁模型1上翼緣或者下翼緣后通過緊固螺母12固定住，平底式磁力底座13則依靠自身的磁力吸附在鋼梁模型1表面。

激光位移傳感器10的下端設有配重塊30。

水平向的激光位移傳感器10沿激光發射方向的底部設有配重塊30，豎向的激光位移傳感器10垂直于激光發射方向的出口部設有配重塊30，配重塊30是為了保證鋼梁模型1在變形過程中激光的投射方向始終保持不變，提高了測量的精準度，簡便易操作。

還包括用于使鋼梁模型1精確對中的光面反射裝置；光面反射裝置包括豎直設置的豎向反射板15、水平設置的水平向反射板21、重錘19和水準器27，豎向反射板15為矩形板，且設有兩個，兩個豎向反射板15分別與兩個反力架立柱6相連接，且對稱設置，豎向反射板15的下端通過軟鋼絲繩18連接用于使豎向反射板15始終處于豎直狀態的重錘19，豎向反射板15上設有水準器27，若水準器27中的氣泡明顯居中，說明豎向反射板15處于豎直狀態；水平向反射板21為矩形板，水平向反射板21設置在反力架底座8的上表面，且位于鋼梁模型1跨中下翼緣的正下方，水平向反射板21的四邊中點處均設置有水準器27，若水準器27中的起泡明顯據居中，則水平向反射板21處于水平狀態。

豎向反射板15的下端設有鋼絲繩預留孔17，軟鋼絲繩18的活動端穿出鋼絲繩預留孔17，并通過U型卡扣28扣緊拉直。

水平向反射板21的四個直角處均設置有用于調整水平向反射板21平整度的微調螺桿20，水平向反射板21與反力架底座8通過微調螺桿20相連接。

反力架立柱6上套設有第一限位圈16，第一限位圈16與反力架立柱6的外壁固定連接，第一限位圈16上在靠近豎向反射板15的一側設有單鉸29，豎向反射板15上在靠近第一限位圈16的一側設有另一單鉸29，第一限位圈16與豎向反射板15通過兩個單鉸29相連接。

第一限位圈16包括兩個半圓形的鋼圈，兩個鋼圈的一端鉸接，另一端通過扣件連接。

一種鋼梁試驗模型測量裝置的試驗方法，包括如下步驟：

S1：將貼裝有電阻應變片14的鋼梁模型1以簡支梁的形式設置在反力架系統的中部；

S2：定位反力架橫梁5的高度；

S3：安裝荷載傳感器4，并固定千斤頂3，在鋼梁模型1和千斤頂3之間設置剛性壓條2；

S4：依次將平底式磁力底座13和夾頭式底座11設置在鋼梁模型1的測點位置，再將激光位移傳感器10夾持在平底式磁力底座13和夾頭式底座11上，并保證激光位移傳感器10能自由旋轉；

S5：安裝光面反射裝置，將豎向反射板15固定在反力架立柱6上，通過軟鋼絲繩18將重錘19吊裝在豎向反射板15的下端；

S6：將電阻應變片14、程控靜態應變儀22和第一數據處理電腦23通過導線24依次連接；將荷載傳感器4和數值測力儀26通過導線24相連接；將激光位移傳感器10、信號轉換器25和第二數據處理電腦31通過導線24依次連接；

S7：通過荷載傳感器與數值測力儀26，實現千斤頂3的精準分級加載，激光位移傳感器10精確測定鋼梁模型1的變形值，通過第二數據處理電腦31分析和顯示變形值數據；程控靜態應變儀22測的鋼梁模型1的應變值，通過第一數據處理電腦23分析和顯示應變值數據。

本發明的一種鋼梁試驗模型測量裝置，解決了以前鋼梁試驗研究必須借助大型試驗設備才可進行的弊端，節約成本，測量精度高，工作效率高，大大縮短工期，且極大地提高了鋼梁變形量測定的精度，保證試驗過程中鋼梁荷載值、應變值、變形值數據保持較好的同步性；激光位移傳感器10所發射的激光束集中性較好，可以始終保持水平或豎直狀態，不需試驗過程中去不停的調節，且數據讀取間隔可以按試驗要求選取；光面反射裝置可以對鋼梁模型1起到定位和保證鋼梁模型1架設后的精確對中。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。