矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置，矩形杆件空间结构的待破坏节点处的矩形杆件靠近待破坏节点的部分切除两腹板和下翼缘，采用初始失效装置替代矩形杆件的切除部分，初始失效装置包括开口矩形管，相互配合的第一电磁铁和第二电磁铁以及弹簧，开口矩形管设置在矩形杆件本体和装配式空心毂节点之间，并位于切除部分上翼缘的下方；第一电磁铁设置在开口矩形管的开口内，第二电磁铁设置在切除部分上翼缘的下表面；弹簧设置在开口矩形管与切除部分上翼缘之间。本发明专利技术利用电磁铁通电有强磁，断电失去磁力的原理，实现矩形杆件和装配式节点连接处的自动失效，可以有效的模拟杆件失效、节点失效和连接失效。

【技术实现步骤摘要】
矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置
本专利技术涉及空间结构、钢结构、结构试验技术，特别涉及一种矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置。
技术介绍
近年来，结构抗连续性倒塌已经成为工程研究的热点问题，结构抗连续倒塌的设计和分析也因此受到更多关注。实际工程中涉及的结构类型繁多且复杂，不同结构均存在连续倒塌的风险，大量难题亟待解决。在结构连续倒塌试验过程中，通常引入一种初始失效装置来模拟结构内部关键构件或节点因偶然因素发生的破坏。对于大跨空间结构，通常采用人工锯断、钢夹等方式引入初始化失效装置。这些机械式初始破坏装置往往只能模拟圆钢管杆件的初始失效，且触发时需要人工操作，很难保证试验的准确性和安全性。在此基础上，部分研究学者提出了钢夹式电磁铁初始破坏装置，可以模拟杆件中部的初始破坏，但上述初始破坏装置主要适用于圆形截面杆件，无法应用于矩形截面杆件，也无法模拟节点失效以及节点与杆件的连接失效。为了能更加准确的模拟矩形杆件空间结构初始失效构件以及周围杆件的受力状态，需研发一套适用于矩形杆件空间结构连续倒塌试验的初始失效装置，可以有效的模拟杆件失效、节点失效和连接失效，保证试验的准确性、安全性和可重复性。
技术实现思路
本专利技术基于装配式空心毂节点单层柱面网壳连续倒塌试验研究，为了能更加准确的模拟矩形杆件空间结构初始失效构件以及周围杆件的受力状态，提供一套适用于矩形杆件空间结构连续倒塌试验的初始失效装置，利用电磁铁通电有强磁，断电失去磁力的原理，实现矩形管和装配式节点连接处的自动失效，可以有效的模拟杆件失效、节点失效和连接失效，保证试验的准确性、安全性和可重复性。本专利技术所采用的技术方案是：一种矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置，所述矩形杆件空间结构的待破坏节点包括装配式空心毂节点和与所述装配式空心毂节点相连接的矩形杆件，所述矩形杆件靠近待破坏节点的部分切除除上翼缘外的两腹板和下翼缘，形成矩形杆件本体和与所述矩形杆件本体相连接的切除部分上翼缘；采用所述初始失效装置替代所述矩形杆件的切除部分；所述初始失效装置包括：开口矩形管，所述开口矩形管设置在所述矩形杆件本体和所述装配式空心毂节点之间，并位于所述切除部分上翼缘的下方；所述开口矩形管的下表面和所述切除部分上翼缘的上表面均设置有加劲肋；相互配合的第一电磁铁和第二电磁铁，所述第一电磁铁设置在所述开口矩形管的开口内，所述第二电磁铁设置在所述切除部分上翼缘的下表面，并与所述第一电磁铁相对布置；所述第一电磁铁和所述第二电磁铁能在通电时相互吸合，使得所述开口矩形管连接所述矩形杆件本体和所述装配式空心毂节点；以及，弹簧，所述弹簧设置在所述开口矩形管与所述切除部分上翼缘之间，使得所述初始失效装置在断电后与所述矩形杆件本体、所述装配式空心毂节点分离，实现矩形杆件与装配式空心毂节点的连接失效。进一步地，所述开口矩形管的截面尺寸与所述矩形杆件的切除部分的截面尺寸相同，使得所述开口矩形管在连接所述矩形杆件本体与所述装配式空心毂节点时，所述开口矩形管与所述切除部分上翼缘的共同截面尺寸与所述矩形杆件本体的截面尺寸相同。进一步地，所述初始失效装置还包括相互配合的第一滑槽和第二滑槽，所述第一滑槽设置在所述矩形杆件本体的端部，所述第二滑槽设置在所述开口矩形管与所述矩形杆件本体相对一侧的端部；所述第一滑槽能在所述第一电磁铁和所述第二电磁铁相互吸合时插入至所述第二滑槽内，实现所述开口矩形管与所述矩形杆件本体的连接。进一步地，所述初始失效装置还包括与所述装配式空心毂节点的端部杆件封板相配合的第三滑槽，所述第三滑槽设置在所述开口矩形管与所述装配式空心毂节点相对一侧的端部；所述杆件封板能在所述第一电磁铁和所述第二电磁铁相互吸合时插入至所述第三滑槽内，实现所述开口矩形管与所述装配式空心毂节点的连接。进一步地，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁吸合后的整体高度不大于所述开口矩形管的开口高度。进一步地，所述弹簧与所述开口矩形管垂直布置。本专利技术的有益效果是：本专利技术初始失效装置基于装配式空心毂节点单层柱面网壳连续倒塌试验研究，公开了一种矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置，该失效装置由种滑槽、电磁铁、弹簧、开口矩形管和加劲肋组成。其中三种滑槽尺寸根据矩形管自主设计，弹簧和电磁铁型号根据矩形管在工作过程中所受到的拉力(压力)选择，开口矩形管开口深度根据电磁铁尺寸确定，为方便安装，开口矩形管两侧可根据需要设置安装孔，加劲肋长度由矩形管开口深度决定。本初始失效装置与矩形杆件、节点通过滑槽相互连接，电磁铁通电时，初始失效装置连同矩形杆件正常工作，断电后初始失效装置与矩形杆件分离，具有自动化程度高、安装方便安全、可以保证轴向受力性能和可重复使用的优点。本专利技术初始失效装置与现有技术相比主要有以下优势：(1)本专利技术初始失效装置适合采用矩形钢管的结构。(2)本专利技术初始失效装置可用于模拟杆件失效、节点与矩形杆件的连接失效，当所有杆件与节点连接处均设置初始失效装置时，也可有效模拟节点失效。(3)本专利技术初始失效装置由滑槽、加劲肋、弹簧、矩形管和电磁铁组成，制作简单、安装方便。(4)本专利技术初始失效装置保证了在轴力作用下该失效装置与被替换杆件有相同的受力性能。(5)电磁铁通电，初始失效装置连同矩形杆件正常工作，断电后初始失效装置与矩形管分离，自动化程度较高。(6)该装置可以精确的模拟初始失效构件以及周围杆件的受力状态，可重复程度较高。附图说明图1a：本专利技术矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置正视图；图1b：本专利技术矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置俯视图；图2a：本专利技术的第一滑槽正视图；图2b：本专利技术的第一滑槽侧视图；图2c：本专利技术的第一滑槽俯视图；图3a：本专利技术的第二滑槽正视图；图3b：图3a的A-A剖面图图3c：本专利技术的第二滑槽侧视图；图3d：本专利技术的第二滑槽俯视图；图4a：本专利技术的第三滑槽正视图；图4b：图4a的B-B剖面图图4c：本专利技术的第三滑槽侧视图；图4d：本专利技术的第三滑槽俯视图；图5a：本专利技术装配完成后的矩形杆件、自动化初始失效装置和装配式空心毂节点正视图；图5b：本专利技术装配完成后的矩形杆件、自动化初始失效装置和装配式空心毂节点俯视图；图6a：本专利技术的第一滑槽模型图；图6b：本专利技术的第二滑槽模型图；图6c：本专利技术的第三滑槽模型图；图6d：本专利技术的弹簧模型图；附图标注：1——矩形杆件；11——矩形杆件本体；12——切除部分上翼缘；13——杆件封板；2——装配式空心毂节点；3——初始失效装置；31——开口矩形管；32——第一电磁铁；33——第二电磁铁；34——弹簧；35——第一滑槽；36——第二滑槽；37——第三滑槽；38——本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置(3)，所述矩形杆件空间结构的待破坏节点包括装配式空心毂节点(2)和与所述装配式空心毂节点(2)相连接的矩形杆件(1)，其特征在于，所述矩形杆件(1)靠近待破坏节点的部分切除除上翼缘外的两腹板和下翼缘，形成矩形杆件本体(11)和与所述矩形杆件本体(11)相连接的切除部分上翼缘(12)；采用所述初始失效装置(3)替代所述矩形杆件(1)的切除部分；所述初始失效装置(3)包括：/n开口矩形管(31)，所述开口矩形管(31)设置在所述矩形杆件本体(11)和所述装配式空心毂节点(2)之间，并位于所述切除部分上翼缘(12)的下方；所述开口矩形管(31)的下表面和所述切除部分上翼缘(12)的上表面均设置有加劲肋(4)；/n相互配合的第一电磁铁(32)和第二电磁铁(33)，所述第一电磁铁(32)设置在所述开口矩形管(31)的开口内，所述第二电磁铁(33)设置在所述切除部分上翼缘(12)的下表面，并与所述第一电磁铁(32)相对布置；所述第一电磁铁(32)和所述第二电磁铁(33)能在通电时相互吸合，使得所述开口矩形管(31)连接所述矩形杆件本体(11)和所述装配式空心毂节点(2)；以及，/n弹簧(34)，所述弹簧(34)设置在所述开口矩形管(31)与所述切除部分上翼缘(12)之间，使得所述初始失效装置(3)在断电后与所述矩形杆件本体(11)、所述装配式空心毂节点(2)分离，实现矩形杆件(1)与装配式空心毂节点(2)的连接失效。/n...

【技术特征摘要】
1.一种矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置(3)，所述矩形杆件空间结构的待破坏节点包括装配式空心毂节点(2)和与所述装配式空心毂节点(2)相连接的矩形杆件(1)，其特征在于，所述矩形杆件(1)靠近待破坏节点的部分切除除上翼缘外的两腹板和下翼缘，形成矩形杆件本体(11)和与所述矩形杆件本体(11)相连接的切除部分上翼缘(12)；采用所述初始失效装置(3)替代所述矩形杆件(1)的切除部分；所述初始失效装置(3)包括：
开口矩形管(31)，所述开口矩形管(31)设置在所述矩形杆件本体(11)和所述装配式空心毂节点(2)之间，并位于所述切除部分上翼缘(12)的下方；所述开口矩形管(31)的下表面和所述切除部分上翼缘(12)的上表面均设置有加劲肋(4)；
相互配合的第一电磁铁(32)和第二电磁铁(33)，所述第一电磁铁(32)设置在所述开口矩形管(31)的开口内，所述第二电磁铁(33)设置在所述切除部分上翼缘(12)的下表面，并与所述第一电磁铁(32)相对布置；所述第一电磁铁(32)和所述第二电磁铁(33)能在通电时相互吸合，使得所述开口矩形管(31)连接所述矩形杆件本体(11)和所述装配式空心毂节点(2)；以及，
弹簧(34)，所述弹簧(34)设置在所述开口矩形管(31)与所述切除部分上翼缘(12)之间，使得所述初始失效装置(3)在断电后与所述矩形杆件本体(11)、所述装配式空心毂节点(2)分离，实现矩形杆件(1)与装配式空心毂节点(2)的连接失效。


2.根据权利要求1所述的一种矩形杆件空间结构连续倒塌试验自动化初始失效装置(3)，其特征在于，所述开口矩形管(31)的截面尺寸与所述矩形杆件(1)的切除部分的截面尺寸相同，使得所述开口矩形管(31)在连接所述矩形杆件...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐颖，张晓宁，韩庆华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12