一种梁构件扭转试验装置及扭转试验方法

1.本技术涉及结构工程技术领域，特别是涉及一种梁构件扭转试验装置及扭转试验方法。


背景技术：

2.在结构工程中，构件的五种基本受力状态为弯曲、剪切、扭转、拉伸、压缩。扭转作为五种基本受力状态之一，在构件的设计中是需要着重考虑的；且对于混凝土梁而言，其扭转破坏形态复杂，加载荷载大，不易控制，扭转角极小，不易测量。现有技术中，人们通常借助扭转试验装置来对梁构件在扭矩作用下的力学行为、破坏机理进行深入的研究。但是，现有的扭转试验装置一般是在加载端扭转平面内设置伸臂装置，并配合千斤顶进行加载，这种加载荷载的方法不易控制，且扭心容易发生偏转；同时，现有的扭转试验一般采用间接测量方法测量梁构件的扭转角，这种测量方法换算过程复杂，且由于试验梁在试验时扭转角极小，容易出现较大误差。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种梁构件扭转试验装置及扭转试验方法，以解决现有技术中存在的梁构件扭转试验装置不易加载载荷和扭转角不易测量的技术问题。
4.为此，根据本技术的一个方面，提供了一种梁构件扭转试验装置，该梁构件扭转试验装置包括：
5.夹持结构，包括轮盘、多个连接套筒和多个扭转杆，轮盘具有通道，轮盘上沿周向依次间隔设置有多个连通通道的通孔，梁构件的一端部能够伸入通道内且该端部上对应多个通孔设置有多个连接套筒，扭转杆插设在通道内且扭转杆的一端连接于连接套筒；
6.连接件，一端连接于轮盘；
7.施力件，具有施力端，施力端和连接件远离轮盘的一端连接，施力件能够通过连接件向轮盘施力以带动梁构件扭转；以及
8.角度测量结构，用于测量梁构件的扭转角。
9.可选地，角度测量结构包括：
10.刻度盘，设置在轮盘沿梁构件轴线方向的一侧并相对地面固定，刻度盘和轮盘同轴设置，刻度盘上设置有以梁构件的轴线为中心的角度标识；以及
11.指针，沿轮盘的径向延伸并连接于轮盘，指针能够跟随轮盘转动以指向不同的角度标识。
12.可选地，角度测量结构还包括安装在地面上的底座，刻度盘和底座可拆卸地连接在一起。
13.可选地，刻度盘呈扇形结构，至少部分刻度盘凸出于轮盘，角度标识位于刻度盘凸出轮盘的边缘部分。
14.可选地，至少梁构件连接有轮盘的端部沿轴线设置有型钢，梁构件扭转试验装置
还包括设置有扭转中心限位孔的支架，型钢的端部可转动地安装在扭转中心限位孔内。
15.可选地，支架包括固定在地面上的立柱和设置在立柱顶部的伸缩件，伸缩件能够沿竖直方向伸缩，扭转中心限位孔形成在伸缩件上。
16.可选地，扭转杆为伸缩杆。
17.可选地，施力件为卷扬机，连接件为钢索。
18.可选地，梁构件扭转试验装置还包括拉力传感器，连接件包括连接于卷扬机的第一分段和连接于轮盘的第二分段，拉力传感器连接在第一分段和第二分段之间。
19.本技术提供的梁构件扭转试验装置的有益效果在于：与现有技术相比，本技术的梁构件扭转试验装置包括夹持结构、连接件、施力件和角度测量结构，夹持结构通过轮盘、多个连接套筒和多个扭转杆夹持梁构件的一端，施力端通过连接件和轮盘连接来带动梁构件扭转；如此，与施力件直接扭转梁构件相比较，扭转杆和梁构件组合形成轮轴结构，可以加长施力件所施加的载荷的力臂，从而实现施加较小的载荷即可获得较大的扭矩，加载省力；角度测量结构增大直径放大梁构件的扭转变化，降低了扭转角的测量难度，提高了测量精度。
20.根据本技术的另一个方面，提供了一种梁构件扭转试验方法，应用于如上述的梁构件扭转试验装置，该梁构件扭转试验方法包括如下步骤：
21.制作梁构件，梁构件的两端分别为固定端和加载端，在加载端预埋型钢和连接套筒；
22.加载端穿过轮盘的通道后分别架设加载端和固定端；
23.通过扭转杆将轮盘和加载端连接在一起；
24.安装角度测量结构；
25.安装施力件和连接件，通过连接件连接施力件和轮盘；
26.启动施力件来扭转梁构件；
27.通过角度测量结构测量梁构件的扭转角度。
28.本技术提供的梁构件扭转试验方法的有益效果在于：与现有技术相比，本技术的梁构件扭转试验方法应用于如上述的梁构件扭转试验装置，通过轮轴原理实现施加较小的载荷即可获得较大的扭矩，加载省力；梁构件的扭转角的测量难度低，测量精度高。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本技术一个实施例提供的梁构件扭转试验装置的立体结构示意图；
31.图2为本技术另一个实施例提供的梁构件扭转试验装置的立体结构示意图；
32.图3为本技术另一个实施例提供的梁构件扭转试验装置的立体结构示意图；
33.图4为本技术一个实施例提供的梁构件扭转试验方法的流程示意图。
34.附图标记说明：
35.10、夹持结构；110、轮盘；111、通道；120、连接套筒；130、扭转杆；
36.20、连接件；210、第一分段；220、第二分段；
37.30、施力件；
38.40、角度测量结构；410、刻度盘；411、角度标识；420、指针；430、底座；
39.50、支架；510、立柱；520、伸缩件；521、扭转中心限位孔；
40.60、拉力传感器；
41.1、梁构件；101、固定端；102、加载端；103、纯扭段；104、型钢；2、地面。
具体实施方式
42.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
43.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
46.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
48.根据本技术的一个方面，请一并参阅图1至图3，本技术的实施例提供了一种梁构件扭转试验装置，该梁构件扭转试验装置包括夹持结构10、连接件20、施力件30和角度测量结构40，夹持结构10包括轮盘110、多个连接套筒120和多个扭转杆130，轮盘110具有通道
111，轮盘110上沿周向依次间隔设置有多个连通通道111的通孔，梁构件1的一端部能够伸入通道111内且该端部上对应多个通孔设置有多个连接套筒120，扭转杆130插设在通道111内且扭转杆130的一端连接于连接套筒120；连接件20一端连接于轮盘110；施力件30具有施力端，施力端和连接件20远离轮盘110的一端连接，施力件30能够通过连接件20向轮盘110施力以带动梁构件1扭转；角度测量结构40用于测量梁构件1的扭转角。
49.本技术实施例中，该梁构件扭转试验装置包括夹持结构10、连接件20、施力件30和角度测量结构40，夹持结构10通过轮盘110、多个连接套筒120和多个扭转杆130夹持梁构件1的一端，施力端通过连接件20和扭转杆130连接来带动梁构件1扭转；如此，与施力件30直接扭转梁构件1相比较，扭转杆130和梁构件1组合形成轮轴结构，可以加长施力件30所施加的载荷的力臂，从而实现施加较小的载荷即可获得较大的扭矩，加载省力；角度测量结构40增大直径放大梁构件1的扭转变化，降低了扭转角的测量难度，提高了测量精度。
50.其中，本技术的梁构件1为方形梁、圆柱梁或箱梁，轮盘110呈外圆内圆形或者外圆内方形。可以理解的是，梁构件1和轮盘110的具体形状根据实际试验需要进行选择，在此不做唯一限定。
51.示例性地，请参阅图1，本技术一个实施例的梁构件1为方形梁，轮盘110呈外圆内圆形。
52.示例性地，请参阅图3，本技术另一个实施例的梁构件1为方形梁，轮盘110呈外圆内方形。
53.在一个实施例中，请参阅图1，角度测量结构40包括刻度盘410和指针420，刻度盘410设置在轮盘110沿梁构件1轴线方向的一侧并相对地面2固定，刻度盘410和轮盘110同轴设置，刻度盘410上设置有以梁构件1的轴线为中心的角度标识411；指针420沿轮盘110的径向延伸并连接于轮盘110，指针420能够跟随轮盘110转动以指向不同的角度标识411。
54.通过如上设置，刻度盘410和指针420相互配合可以直接读取梁构件1的扭转角，扭转角可以比较直观展示出来，减少了计算过程，提高了测量效率和测量精度。
55.进一步地，角度测量结构40还包括安装在地面2上的底座430，刻度盘410和底座430可拆卸地连接在一起。
56.在其它的实施例中，刻度盘410设置有多个，不同的刻度盘410具有不同的直径。可以理解的是，直径越大的刻度盘410的轴向边缘的长度更长，可以设置的刻度线也更多，进而扭转角的测量精度也越高。
57.在一个更为具体的实施例中，请参阅图1，刻度盘410呈扇形结构，至少部分刻度盘410凸出于轮盘110，角度标识411位于刻度盘410凸出轮盘110的边缘部分。
58.如此，扇形结构的刻度盘410使用的材料较少，减轻了刻度盘410的重量，降低了刻度盘410的制作成本。
59.而至少部分刻度盘410凸出于轮盘110，角度标识411位于刻度盘410凸出轮盘110的边缘部分，可以避免轮盘110遮挡住角度标识411。
60.在其他的实施例中，底座430的顶部设置有固定圆环，固定圆环和轮盘110同轴设置且固定圆环和轮盘110可转动地连接在一起，刻度盘410设置在固定圆环上。
61.具体地，固定圆环和轮盘110之间通过轴承连接在一起。
62.如此，固定圆环可以对轮盘110起到一定的径向限位作用，减少试验过程中梁构件
1扭转面发生偏转的可能，实现梁构件1的纯扭加载，提高了扭转试验的准确性，整个扭转试验安全可靠。
63.在一些实施例中，请一并参阅图1和图3，至少梁构件1连接有轮盘110的端部沿轴线设置有型钢104，梁构件扭转试验装置还包括设置有扭转中心限位孔521的支架50，型钢104的端部可转动地安装在扭转中心限位孔521内。
64.通过如上设置，扭转中心限位孔521实现梁构件1轴心与轮盘110旋转中心重合，可以进一步地减少试验过程中梁构件1扭转面发生偏转的可能，实现梁构件1的纯扭加载，提高了扭转试验的准确性，整个扭转试验安全可靠。
65.在一个具体的实施例中，请一并参阅图1至图3，支架50包括固定在地面2上的立柱510和设置在立柱510顶部的伸缩件520，伸缩件520能够沿竖直方向伸缩，扭转中心限位孔521形成在伸缩件520上。
66.如此，支架50可沿竖直方向伸缩，以适应不同高度的梁构件1.
67.在另一个实施例中，扭转杆130为伸缩杆。
68.在此需要说明的是，不同的梁构件1具有不同的截面尺寸，轮盘110的通道111的截面尺寸大于所有的梁构件1的截面尺寸，以使本技术的试验装置可以对不同截面尺寸的梁构件1均能进行试验。
69.通过如上设置，扭转杆130为伸缩杆，可以适配不同截面尺寸的梁构件1。
70.在另一个实施例中，请一并参阅图1至图3，施力件30为卷扬机，连接件20为钢索。
71.进一步地，轮盘110和卷扬机上都预先缠绕有部分钢索，以便于卷扬机能够更好地拉动轮盘110旋转。
72.在一个具体的实施例中，请一并参阅图1至图3，梁构件扭转试验装置还包括拉力传感器60，连接件20包括连接于卷扬机的第一分段210和连接于轮盘110的第二分段220，拉力传感器60连接在第一分段210和第二分段220之间。
73.可以理解的是，通常情况下，卷扬机、第一分段210、拉力传感器60和第二分段220可以视为一个组合结构，该组合结构兼具施加拉力和测量拉力的功能。
74.在本技术的一个实施例中，请一并参阅图1和图2，组合结构由一个卷扬机、一个第一分段210、一个拉力传感器60和一个第二分段220组成，梁构件扭转试验装置设置有一个组合结构。
75.在本技术的另一个实施例中，请参阅图2，组合结构由一个卷扬机、一个第一分段210、一个拉力传感器60和一个第二分段220组成，梁构件扭转试验装置设置有两个组合结构，两个组合结构相对梁构件1呈中心对称布置并分别和轮盘110相对的两边连接，以使两个组合结构带动梁构件1向同一方向扭转。如此，卷扬机设置有两个，可以给梁构件1施加更大的扭转力。
76.在其他的实施例中，组合结构由一个卷扬机、一个第一分段210、一个拉力传感器60和一个第二分段220组成，梁构件扭转试验装置设置有三个、四个或其它更多数量的组合结构，每个组合结构均带动梁构件1向同一方向扭转。组合结构的具体数量根据实际需要进行选择，在此不做唯一限定。如此，卷扬机设置有多个，可以进一步地给梁构件1施加更大的扭转力。
77.在本技术的另一个实施例中，请参阅图3，组合结构由一个卷扬机、两个第一分段
210、两个拉力传感器60和两个第二分段220组成，卷扬机可以正反转，卷扬机的两端分别依次连接一个第一分段210、一个拉力传感器60和一个第二分段220。如此，通过一个卷扬机的正反转，无需频繁地搬运设备，就可以方便地带动梁构件1分别向两个不同的方向扭转。
78.根据本技术的另一个方面，请参阅图4，本技术的实施例还提供了一种梁构件扭转试验方法，应用于如上述的梁构件扭转试验装置，该梁构件扭转试验方法包括如下步骤：
79.步骤s10：制作梁构件1，梁构件1的两端分别为固定端101和加载端102，固定端101和加载端102之间为纯扭段103，在加载端102预埋型钢104和连接套筒120。
80.步骤s20：加载端102穿过轮盘110的通道111后分别架设加载端102和固定端101；其中，梁构件1的固定端101利用夹具固定，梁构件1的加载端102上的型钢104插设在支架50上的扭转中心限位孔521内。
81.步骤s30：通过扭转杆130将轮盘110和加载端102连接在一起，先将轮盘110套在加载端102并使轮盘110的多个通孔和加载端102上的多个连接套筒120一一对应，然后再将扭转杆130插入轮盘110的通孔中并将扭转杆130的端部和连接套筒120连接。
82.步骤s40：安装角度测量结构40，调整刻度盘410和梁构件1同轴后将刻度盘410固定在地面2上，将指针420安装在轮盘110上。
83.进一步地，在步骤s40中还包括支架50安装在地面2上，将梁构件1的型钢104安装在支架50上，以使梁构件1在扭转时不偏离扭转面。
84.步骤s50：安装施力件30和连接件20，通过连接件20连接施力件30和轮盘110。
85.进一步地，在步骤s50中还包括在连接件20上安装拉力传感器60。
86.步骤s60：启动施力件30来扭转梁构件1，通过拉力传感器60可以准确读取施力件30所施加的载荷的大小，施力件30施加合适的载荷，并利用轮轴原理在轮盘110和扭转杆130的配合下将荷载放大，从而实现施加较小的荷载即可获得较大的扭矩。
87.步骤s70：通过角度测量结构40测量梁构件1的扭转角度，利用刻度盘410可以比较直观、精准地读取扭转角。
88.本技术实施例中，该梁构件扭转试验方法应用于如上述的梁构件扭转试验装置，通过轮轴原理实现施加较小的载荷即可获得较大的扭矩，加载省力；梁构件1的扭转角的测量难度低，测量精度高。
89.综上，实施本实施例提供的梁构件扭转试验装置及试验方法，至少具有以下有益技术效果：
90.加载方便，施力件30为提供动力的卷扬机，可为双轮或单轮，根据所需扭矩的大小确定；
91.适用性广，轮盘110连接在试验梁扭转端，配合可伸缩的扭转杆130可以适用于不同的截面类型；
92.省力，利用轮轴原理在轮盘110和扭转杆130的配合下将荷载放大，从而实现施加较小的荷载即可获得较大的扭矩，加载省力；
93.测量精度高，利用刻度盘410可以比较直观、精准地读取扭转角，降低扭转角的测量难度，提高扭转角的测量精度。
94.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存
在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
95.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种梁构件扭转试验装置，用于对梁构件进行扭转试验，其特征在于，所述梁构件扭转试验装置包括：夹持结构，包括轮盘、多个连接套筒和多个扭转杆，所述轮盘具有通道，所述轮盘上沿周向依次间隔设置有多个连通所述通道的通孔，所述梁构件的一端部能够伸入所述通道内且该端部上对应多个所述通孔设置有多个所述连接套筒，所述扭转杆插设在所述通道内且所述扭转杆的一端连接于所述连接套筒；连接件，一端连接于所述轮盘；施力件，具有施力端，所述施力端和所述连接件远离所述轮盘的一端连接，所述施力件能够通过所述连接件向所述轮盘施力以带动所述梁构件扭转；以及角度测量结构，用于测量所述梁构件的扭转角。2.根据权利要求1所述的梁构件扭转试验装置，其特征在于，所述角度测量结构包括：刻度盘，设置在所述轮盘沿所述梁构件轴线方向的一侧并相对地面固定，所述刻度盘和所述轮盘同轴设置，所述刻度盘上设置有以所述梁构件的轴线为中心的角度标识；以及指针，沿所述轮盘的径向延伸并连接于所述轮盘，所述指针能够跟随所述轮盘转动以指向不同的所述角度标识。3.根据权利要求2所述的梁构件扭转试验装置，其特征在于，所述角度测量结构还包括安装在所述地面上的底座，所述刻度盘和所述底座可拆卸地连接在一起。4.根据权利要求2所述的梁构件扭转试验装置，其特征在于，所述刻度盘呈扇形结构，至少部分所述刻度盘凸出于所述轮盘，所述角度标识位于所述刻度盘凸出所述轮盘的边缘部分。5.根据权利要求2-4任一项所述的梁构件扭转试验装置，其特征在于，至少所述梁构件连接有所述轮盘的端部沿轴线设置有型钢，所述梁构件扭转试验装置还包括设置有扭转中心限位孔的支架，所述型钢的端部可转动地安装在所述扭转中心限位孔内。6.根据权利要求5所述的梁构件扭转试验装置，其特征在于，所述支架包括固定在地面上的立柱和设置在所述立柱顶部的伸缩件，所述伸缩件能够沿竖直方向伸缩，所述扭转中心限位孔形成在所述伸缩件上。7.根据权利要求1所述的梁构件扭转试验装置，其特征在于，所述扭转杆为伸缩杆。8.根据权利要求1所述的梁构件扭转试验装置，其特征在于，所述施力件为卷扬机，所述连接件为钢索。9.根据权利要求8所述的梁构件扭转试验装置，其特征在于，所述梁构件扭转试验装置还包括拉力传感器，所述连接件包括连接于所述卷扬机的第一分段和连接于所述轮盘的第二分段，所述拉力传感器连接在所述第一分段和所述第二分段之间。10.一种梁构件扭转试验方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的梁构件扭转试验装置，所述梁构件扭转试验方法包括如下步骤：制作梁构件，梁构件的两端分别为固定端和加载端，在加载端预埋型钢和连接套筒；加载端穿过轮盘的通道后分别架设加载端和固定端；通过扭转杆将轮盘和加载端连接在一起；安装角度测量结构；安装施力件并通过连接件连接施力件和轮盘；
启动施力件来扭转梁构件；通过角度测量结构测量梁构件的扭转角度。

技术总结
本申请涉及一种梁构件扭转试验装置及扭转试验方法，属于结构工程技术领域，该梁构件扭转试验装置包括夹持结构、连接件、施力件和角度测量结构，夹持结构包括轮盘、多个连接套筒和多个扭转杆；施力件具有施力端，施力端和连接件远离轮盘的一端连接，施力件能够通过连接件向轮盘施力以带动梁构件扭转；角度测量结构用于测量梁构件的扭转角。本申请提供的梁构件扭转试验装置及扭转试验方法，扭转杆和梁构件组合形成轮轴结构，从而通过轮轴原理实现施加较小的载荷即可获得较大的扭矩，加载省力，梁构件的扭转角的测量难度低，测量精度高。测量精度高。测量精度高。


技术研发人员：周聪 陈继涛 肖宏涛 周之栋 汪建群
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/25