[发明专利]往复位移式疲劳试验机

说明书

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种往复位移式疲劳试验机。

背景技术

疲劳问题是工程界至今尚未很好解决的问题。研究疲劳问题的最有效途径之一是疲劳试验。但到目前为止，疲劳试验机都是以作用力定点定向、作用力大小脉冲变化来模拟工程上的疲劳荷载。这种模拟方法可以高效率地测试受弯构件正应力（拉、压应力）变化引起的疲劳承载能力。但无法测试受弯构件腹板剪应力变号引起主应力截面拉、压逆反而造成的疲劳问题。而目前工程实际中受弯构件腹板的疲劳破坏实例比翼缘受拉、压疲劳破坏实例多得多。为了解决工程中存在的实际问题，针对受弯构件在承受活动轮压时腹板受剪区剪应力随轮压位移而变号，从而引起主应力截面拉应力突变为压应力这一现象，发明了往复位移式疲劳试验机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种往复位移式疲劳试验机。

本发明所述的往复位移式疲劳试验机，由被测试钢梁1、作用轮2、连杆3、双作用油缸4、油缸支座5、吊杆6、荷载重力块7、工作平台8和液压泵 9组成，其中：作用轮2一侧通过连杆3连接双作用油缸4一侧，双作用油缸4另一侧连接油缸支座5，双作用油缸连接液压泵9，液压泵9连接控制系统；吊杆6一端与作用轮2的轮轴相连，吊杆6能以作用轮2的轮轴的轴心来回摆动，吊杆6另一端连接荷载重力块7；作用轮2位于被测试钢梁1上方，且能在被测试钢梁1上左右来回运动；所述荷载重力块7插入工作平台8内空间位置。

本发明中，选择荷载重力块7决定作用轮的压力大小，由液压泵9及控制系统控制双作用油缸4的行程、频率和作用次数，即可对被测梁1进行腹板因剪应力变号引起的抗疲劳承载能力测试。

本发明原理如下：

当作用轮的轮压在梁上作往复位移时，轮压点左侧的剪力和右侧的剪力恰好反向，由此造成斜截面上正应力由拉应力变成压应力。斜截面上主应力变化的应力幅达到剪应力变化值，即剪应力的两倍。如果腹板设计由剪应力控制，又有疲劳问题，则因为材料的允许应力幅比抗剪设计强度小得多，所以往往是很危险的。原有的疲劳试验机的脉冲力作用点不变，所以不能反映轮压位置变化过程中剪应力逆反及斜截面上主应力的逆反过程。而本试验机则能够真实地反映这种钢梁腹板疲劳破坏机理。

本发明的优点是：

1.   克服以往疲劳试验机只能测试正应力变化引起疲劳的局限，本发明能够测试受弯构件腹板剪应力逆反造成的疲劳问题。

2. 液压泵及控制系统所要克服作用轮的滚动摩擦力很小，试验能耗很小。

3.  当吊杆6较长时，荷载重力块7几乎不随作用轮2而运动，而作用轮2的惯性力较小，液压系统需要克服的惯性力小，节约能耗。

附图说明

图1为往复位移式疲劳试验机原理图。

图2为钢梁受到轮压位移时两侧腹板受力单元体剪应力方向及斜截面正应力方向逆反示意图。

图中标号：1为被测钢梁，2为作用轮，3为连杆，4为双作用油缸，5为油缸支座，6为吊杆，7为荷载重力块，8为工作平台，9为液压泵和控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1，由被测试钢梁1、作用轮2、连杆3、双作用油缸4、油缸支座5、吊杆6、荷载重力块7、工作平台8和液压泵 9组成，作用轮2通过连杆3连接双作用油缸4，双作用油缸4连接油缸支座5，双作用油缸连接液压泵9，液压泵9连接控制系统；吊杆6一端与作用轮2的轮轴相连，吊杆6另一端连接荷载重力块7；作用轮2位于被测试钢梁1上方，且能在被测试钢梁1上左右来回运动；所述荷载重力块7插入工作平台8内空间位置。按所要测试的钢梁设计被测试钢梁1，并按所需测试的腹板剪力状况布置梁的支座位置和作用轮2中心位置。按需测试的剪力大小确定荷载值，并将荷载重力块7固定在连杆6一端上，用螺栓紧固。按荷载重复的次数确定双作用油缸4的作用次数，按滚动摩擦力及克服作用轮2惯性的要求确定双作用油缸4的作用力大小。按照梁截面的高度规定油缸行程。即可进行钢梁腹板抗疲劳试验。

当作用轮2的轮压在梁上移动时梁腹板上作用轮2压左、右两侧的应力单元体如图2所示。两单元体之剪应力恰为相反，两单元体之斜载面上的主应力也相反：左侧为拉应力、右侧为压应力。表示当作用轮2轮压经过钢梁某一点时，梁腹板上的剪应力逆转，斜截面上的主应力也逆转，主应力逆转的疲劳应力幅为剪应力的两倍。

本发明可通过试验对钢梁腹板因轮压滚动引起剪应力递反而造成的疲劳问题进行真实的模拟，从而发现其内在规律以指导设计工作。