专利名称：超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及试验数据自动采集装置，特别是涉及一种超大径圆钢机械连接接头单 向拉伸试验数据自动采集装置。
背景技术：
近年来，城市超高层建筑方兴未艾，对超高层建筑物的抗风抗震要求也随之而高。 对于结构有特殊的要求，以前是采用型钢代替钢筋的混凝土结构，这种型钢混凝土结构虽 然能够满足技术上的要求，但不免会导致造价成本高，施工难度大和工期长等方面的不足， 于是人们便尝试一种用超大径圆钢取代钢筋和型钢。事实上，在现代建筑工程中采用超大 径圆钢作为混凝土柱劲性结构筋已日见成势，对超大径圆钢的用量增长和其结构连接的研 究也势在必行。采用超大径圆钢作为混凝土结构的劲性结构筋，其机械连接技术成为建筑 结构设计、加工及施工工艺的关键因素，连接技术水平直接影响到工程质量、施工速度、经 济效益和施工安全性等。这种连接技术的质量是否满足结构设计要求，须经过检验合格后 方能使用。由于超大径圆钢的连接接头单向型拉伸的检验需用大吨位的拉力机、且对夹头 及夹持长度、夹头间的间距都有一定特殊要求。目前，能完成超大径圆钢机械连接接头单向 拉伸型检试验的设备装置圆径最大仅为Φ60，难以满足Φ75径圆钢的连接接头单向拉伸 型检试验的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有试验的不足，提供一种大吨位拉力、可装固大直径和 长试件的加力试验装置，能满足较高测量准确度，可实现超大径圆钢机械连接接头单向拉 伸试验的数据自动采集装置。本发明的目的通过下述方案实现超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置，包括加力架、固定螺 帽、连接接头试件、连接接头、千斤顶、加力油泵、油压传感器、大位移计、第一引伸计、第二 引伸计、夹具、千分表、应变片、第一 2000标准负荷测量仪、第二 2000标准负荷测量仪、第三 2000标准负荷测量仪、第四2000标准负荷测量仪、3817动态应变仪、第一计算机、第二计算 机；所述加力架包括四根圆钢捧与两块带通孔的钢板；两钢板位于两端，通过四根圆钢捧 连接；所述连接接头试件由连接接头将两段直径大于或等于75mm的圆钢连接组成；所述千 斤顶位于加力架的一侧，连接接头试件依次穿过千斤顶的中心孔及加力架的通孔，其两端 由固定螺帽紧固；千斤顶通过油管连接加力油泵；油压传感器安设在千斤顶连接油管的油 咀位置，并与第一 2000标准负荷仪连接；多个应变片分别粘贴在连接接头的中部以及位于 连接接头两端的连接接头试件的两段圆钢段中部，多个应变片分别连接3817动态应变仪， 3817动态应变仪连接第二计算机；大位移计的拉线端部固定在千斤顶油缸伸出端、大位移 计的机体固定在加力架上，大位移计与第二 2000标准负荷仪连接；千分表安固在标准长度 夹具上，夹具和第二引伸计安装在连接接头两端的圆钢上下对称位置，第二引伸计与第四2000标准负荷仪相接；第一引伸计安装在连接接头试件一侧圆钢中部，并与第三2000标准 负荷测量仪连接；第一 2000标准负荷测量仪、第二 2000标准负荷测量仪、第三2000标准负 荷测量仪和第四2000标准负荷测量仪分别与第一计算机连接。为进一步实现本发明目的，所述油压传感器选用CYYlll型油压感器。所述千斤顶为YCW-400型千斤顶。
所述夹具包括开口圆环、短柱和圆棒；两个用螺钉紧固的开口圆环顶部设有带小 圆孔的短柱，两短柱中间固定有圆棒，千分表固定在圆棒的一端；所述应变片为6片，分别粘贴在连接接头试件两段圆钢中间部位沿母线方向上下 对称位置和连接接头中间部位沿母线方向上下对称位置上。相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果1、本发明装置具有构造简单，空间范围宽大，承载能力强等优点，可以满足超大径 圆钢连接接头单向拉伸型检试验要求；2、本发明的加力架为水平卧式结构，试件就位、调整和更换极为方便，可实现试件 安装、调试和拆卸捷便；3、本发明装置为多种应变、位移方法及力值的测试，能完成实时同步数据自动采 集和绘图的功能，实现一次试验多组数据测取；4、本发明装置及方法测试各“物理量”的仪器与测量系统为各自独立，试验测试数 据的准确度易于提高，以满足试验的要求。
图1是超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置及方法示意图。图2是应变片粘贴位置示意图。图3是图1中加力架结构示意图。图4是图1中夹具结构示意图。图中示意加力架1、固定螺帽2、连接接头试件3、连接接头4、千斤顶5、加力油泵 6、油压传感器7、大位移计8、第一引伸计9-1、9-2、夹具10、千分表11、应变片12、第一 2000 标准负荷测量仪13-1、第二 2000标准负荷测量仪13-2、第三2000标准负荷测量仪13_3、第 四2000标准负荷测量仪13-4、3817动态应变仪14、第一计算机15_1、第二计算机15_2。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不 局限于实施例表示的范围。如图1所示，超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置包括加力 架1、固定螺帽2、连接接头试件3、连接接头4、千斤顶5、加力油泵6、油压传感器7、大位移 计8、第一引伸计9-1、第二引伸计9-2、夹具10、千分表11、应变片12、第一 2000标准负荷 测量仪13-1、第二 2000标准负荷测量仪13-2、第三2000标准负荷测量仪13_3、第四2000 标准负荷测量仪13-4、3817动态应变仪14、第一计算机15_1、第二计算机15_2。千斤顶5 位于加力架1的钢板左侧，连接接头试件3依次穿过千斤顶5中心孔和加力架1钢板通孔， 并用固定螺帽2紧固；千斤顶5进油管油咀处安设有油压传感器7，油压传感器7通过第一2000标准负荷测量仪13-1连接第一计算机15-1，加力油泵6的油管连接千斤顶5。如图 2所示，多片(6片)应变片12分别粘贴在连接接头试件3上，其中两段圆钢中间部位上 下端(沿母线方向上下端)对称贴4片应变片、连接接头4中间部位上下端(沿母线方向 上下端)对称贴2片应变片，各应变片12接线端通过3817动态应变仪14连接第二计算机 15-2 ；大位移计8的拉线端部安固在千斤顶5油缸伸出端，其机体部分固定在加力架1上， 大位移计8通过第二 2000标准负荷测量仪13-2连接第一计算机15-1 ；将装有千分表11的 标准长度夹具10和第二引伸计9-2对称安装在连接接头4两端的圆钢上，第二引伸计9-2 通过第四2000标准负荷测量仪13-4与第一计算机15-1连接；将第一引伸计9_1安装在 连接接头试件3左边圆钢中间部位，并通过第三2000标准负荷测量仪13-3与第一计算机 15-1连接。 如图3所示，加力架1是试验装置承载主骨架，由四根圆钢捧与两块带通孔的钢板 焊拼成的承载装置；两钢板位于两端，通过四根圆钢捧连接。固定螺帽2是用于将连接接头试件3紧固在加力架1上，可选用外径120mm、长度 100mm，内孔M75螺牙的螺母。连接接头试件3是试验对象，由连接接头4将两段45A钢(如 d = 75mm)带有M75X 100螺纹的紧固而成，成试件后有效长度为3350mm(要求试件有效长 度L2彡L+8d = 190+875 = 790mm)。连接接头4是起连接作用，将两段圆钢连接，为45A钢、 长度L = 190mm、圆筒外径D = 120mm、内孔为M75螺牙纹。千斤顶5是产生拉力的力源体，为穿心式千斤顶；可选用YCW-400型千斤顶，柳州 欧维姆机械股份有限公司生产。加力油泵6是将油箱里油加压进千斤顶5油缸形成油压产生拉力，可选用ZB4-500 型油泵，由柳州欧维姆机械股份有限公司生产。油压传感器7是实现将千斤顶油缸的工作油压“传换”为电压量的传感器件，可选 用CYYlll型油压感器，由广州通力传感器厂生产。大位移计8是一种光电转换的位移计，其由拉线端、连线和旋转光电转码器(机体 部分)组成。工作时拉线端被固定在可移动物上、旋转光电转码器固定在不动物上，可选用 0VW2-25-2MD型位移计，由广州材料试验机厂生产。第一引伸计9-1是长度微变量测量的电子式引伸计，其标距长为200mm，可选用 AWY200-25型，由长春市奥维精密试验设备有限公司生产。第二引伸计9-2是长度微变量测量的电子式引伸计，其标距长为500mm，可选用 AWY500-25型，由长春市奥维精密试验设备有限公司生产。安装时，可用橡皮筋将其引杆脚 固紧在圆钢上。如图4所示，夹具10配装有千分表11，是测量一定标准长度距离内长度量变化。 夹具标距长度应为L1 = L+4d, L为连接接头长度，d为圆钢直径，当L = 190mm、d = 75mm, 即L1 = 490mm。夹具10由两个可用螺钉紧固的开口圆环、圆环顶部设有带小圆孔的短柱， 短柱上的圆孔用于固定圆棒，千分表11固定在圆棒的一端；使用时，用螺钉按L1的长度要 求将两圆环分别紧固在连接接头试件中段(跨连接接头)圆钢上；圆环短柱上的小圆孔分 别固定小径8mm圆棒和千分表，并使表针顶压小径圆棒端面(表针顶压程量约2mm)。千分 表U是测长度量变化量的具量，程为0 3mm、分辨率为0. OOlmm,由成都成量工具集团有 限公司生产。
千分表11是测量长度的量具，量程为0 3mm、分辨率为0. OOlmm,由成都成量工
具集团有限公司生产。如图2所示，应变片12是测量应变粘贴在被测物上的感受元件。应变片12分别粘贴在连接接头试件两段圆钢中间部位沿母线方向上下(180° )对称位置(计4片) 和连接接头4中间部位沿母线方向上下(180° )对称位置上(计2片)。可选用型号为 BX 120-100AA，分辨率为0. OOlmm的电阻式应变片，由浙江黄岩双立工程传感器厂生产。第一 2000标准负荷仪13-1、第二 2000标准负荷仪、第三2000标准负荷测量仪 和第四2000标准负荷仪是实现输入电量放大、量化和显示的高精仪器，可选用的型号为 2000A，北京弘基源科技发展中心生产。3817动态应变仪14是用于测量应变的仪器，可选用型号为DH3817，由江苏东华测 试技术有限公司生产。第一计算机15-1和第二计算机15-2可选用型号为X40，IBM公司生产。测试时，先将第一 2000标准负荷测量仪13-1、第二 2000标准负荷测量仪13_2、第 三2000标准负荷测量仪13-3和第四2000标准负荷测量仪13_4调置“零位”。然后，开动 加力油泵6，调节加力油泵6的进油阀，将油箱液压油送进千斤顶5油缸，在加力架1反力承 载作用下千斤顶5工作对连接接头试件3产生拉力。加载力从零载加至连接接头试件3材 料屈服强度标准值fyk的0. 6倍后，卸载至fyk的0. 02倍；再加载至fyk的0. 6倍；重复3次， 具体加载力进程为0 — 0. 6fyk — 0. 02fyk — 0. 6fyk — 0. 02fyk — 0. 6fyk。此后，加载至试验 最大拉力(不小于试件材料标准强度值fuk)。测试数据的采集为油压传感器7将千斤顶5 油缸内油压“物理量”转为电压量，经第一 2000标准负荷测量仪13-1高精电量放大、量化， 由第一计算机15-1采集拉力数据、示值和绘图，即可完成测取荷载拉力值；大位移计8将连 接接头试件3受力后变形“物理量”转为电压量，经第二 2000标准负荷测量仪13-2高精电 量放大、量化，由第一计算机15-1采集变形数据、示值和绘图，即可完成测取试件总变形量 值；第一引伸计9-1将连接接头试件3圆钢段变形“物理量”转为电压量，经第三2000标准 负荷测量仪13-3高精电量放大、量化，由第一计算机15-1采集圆钢段变形数据、示值和绘 图，即可完成测取试件标距内变形量值；第二引伸计9-2将连接接头4标距段内的变形“物 理量”转为电压量，经第四2000标准负荷测量仪13-4高精电量放大、量化，由第一计算机 15-1采集连接接头4标距段内变形数据、示值和绘图，即可完成测取试件连接接头标距段 内变形量；多片应变片12将粘贴所在部位受力后应变量“物理量”转为电压量，经3817动 态应变仪14测量出该部位应变值，由第二计算机15-2采集所测部位受力应变数据、示值和 绘图，即可完成测取连接接头试件3各粘贴应变片12部位的变量值；由千分表11读取夹具 10所测长度内伸长变形量，即可测取连接接头4标距段内永久变形量。各测量采集数据汇 集(即多路“信号”输人计算机)，完成一次试验可实时同步数据自动采集和绘特征图(力 与伸长量、力与应变和力与总伸长量的特征图)的功能。如上所述，便可较好地实现本发明。
权利要求
超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置，其特征在于包括加力架、固定螺帽、连接接头试件、连接接头、千斤顶、加力油泵、油压传感器、大位移计、第一引伸计、第二引伸计、夹具、千分表、应变片、第一2000标准负荷测量仪、第二2000标准负荷测量仪、第三2000标准负荷测量仪、第四2000标准负荷测量仪、3817动态应变仪、第一计算机、第二计算机；所述加力架包括四根圆钢捧与两块带通孔的钢板；两钢板位于两端，通过四根圆钢捧连接；所述连接接头试件由连接接头将两段直径大于或等于75mm的圆钢连接组成；所述千斤顶位于加力架的一侧，连接接头试件依次穿过千斤顶的中心孔及加力架的通孔，其两端由固定螺帽紧固；千斤顶通过油管连接加力油泵；油压传感器安设在千斤顶连接油管的油咀位置，并与第一2000标准负荷仪连接；多个应变片分别粘贴在连接接头的中部以及位于连接接头两端的连接接头试件的两段圆钢段中部，多个应变片分别连接3817动态应变仪，3817动态应变仪连接第二计算机；大位移计的拉线端部固定在千斤顶油缸伸出端、大位移计的机体固定在加力架上，大位移计与第二2000标准负荷仪连接；千分表安固在标准长度夹具上，夹具和第二引伸计安装在连接接头两端的圆钢上下对称位置，第二引伸计与第四2000标准负荷仪相接；第一引伸计安装在连接接头试件一侧圆钢中部，并与第三2000标准负荷测量仪连接；第一2000标准负荷测量仪、第二2000标准负荷测量仪、第三2000标准负荷测量仪和第四2000标准负荷测量仪分别与第一计算机连接。
2.根据权利要求1所述的超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置， 其特征在于所述油压传感器选用CYYlll型油压感器。
3.根据权利要求1所述的超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置 及方法，其特征在于所述千斤顶为YCW-400型千斤顶。
4.根据权利要求1所述的超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置， 其特征在于所述夹具包括开口圆环、短柱和圆棒；两个用螺钉紧固的开口圆环顶部设有 带小圆孔的短柱，两短柱中间固定有圆棒，千分表固定在圆棒的一端；
5.根据权利要求1所述的超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置， 其特征在于所述应变片为6片，分别粘贴在连接接头试件两段圆钢中间部位沿母线方向 上下对称位置和连接接头中间部位沿母线方向上下对称位置上。
全文摘要
本发明公开了超大径圆钢机械连接接头单向拉伸试验数据自动采集装置，该装置的加力架包括四根圆钢捧与两块带通孔的钢板；两钢板位于两端，通过四根圆钢捧连接；连接接头试件由连接接头将两段直径大于或等于75mm的圆钢连接组成；千斤顶位于加力架的一侧，连接接头试件依次穿过千斤顶的中心孔及加力架的通孔，其两端由固定螺帽紧固；多个应变片分别粘贴在连接接头的中部以及位于连接接头两端的连接接头试件的两段圆钢段中部，多个应变片分别连接3817动态应变仪；千分表安固在标准长度夹具上，夹具和第二引伸计安装在连接接头两端的圆钢上下对称位置。该装置具有实用简便，测数可靠和多点数据实时自动采集特点。
文档编号G01N3/06GK101806688SQ20101013102
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者张汉平, 王涛, 许光辉, 钟穗东 申请人:华南理工大学