一种有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统：包括反力架，由反力柱和反力梁组成；侧向约束装置，由竖向滚动装置、水平滚动装置组成；荷载施加装置：由千斤顶、加载框组成；荷载采集装置和水平转动装置。本发明的有益效果在于能很好的模拟侧向有约束钢梁整体稳定试验中，加载点处钢梁的约束情况，使试验结果更加准确。具体来讲，本发明通过侧向约束装置限制加载点处试验钢梁的侧向位移及扭转，通过竖向滚动轴承的竖向滚动和水平转动装置的水平转动释放加点处钢梁平面内外的弯曲约束及竖向位移约束。
1.一种有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统，其特征在于：包括试验钢梁（70）、反力架（10）、荷载施加装置（20）、竖向滚动装置（30）、水平滚动装置（40）、荷载采集装置（50）和水平转动装置（60）；
所述反力架（10）包括两根竖向、并固定于水平地面的反力柱（11），以及架设在两根反力柱（11）之间的、水平的反力梁（12）；
试验钢梁（70）穿过反力柱（11）之间；所述反力架（10）的两端各有一个支座；所述试验钢梁（70）的两端分别支撑在这两个支座上；
所述荷载施加装置（20）包括千斤顶（21）和加载框（22）；所述千斤顶（21）固定在反力梁（12）的下表面；所述千斤顶（21）的伸缩杆垂直于水平面，其伸长方向冲下；
所述加载框（22）是位于两根反力柱（11）之间的矩形金属框，由上横梁、下横梁、左立柱和右立柱拼接而成；所述加载框（22）的上端连接在千斤顶（21）的伸缩杆上；所述试验钢梁（70）穿过加载框（22）；
所述加载框（22）的上横梁和下横梁上，各设置有两个竖向滚动装置（30）；所述竖向滚动装置（30）由一个竖向轴承（31）和竖向轴承保持架（32）组成：设置在上横梁的竖向滚动装置（30）中，所述竖向轴承保持架（32）的下端连接在上横梁的上表面，上端伸到上横梁上方、并连接竖向轴承（31）的内圈；所述竖向轴承（31）的轴向平行于试验钢梁（70）的长度方向；所述竖向轴承（31）的外圈与反力柱接触，将所述加载框（22）限制在两反力柱（11）之间，所述竖向轴承（31）能够自由转动；
设置在下横梁的竖向滚动装置（30）中，所述竖向轴承保持架（32）的上端连接在下横梁的下表面，下端伸到下横梁下方、并连接竖向轴承（31）的内圈；所述竖向轴承（31）的轴向平行于试验钢梁（70）的长度方向；所述竖向轴承（31）的外圈与反力柱接触，将所述加载框（22）限制在两反力柱（11）之间，所述竖向轴承（31）能够自由转动；
所述加载框（22）的左立柱和右立柱上，各设置有两个水平滚动装置（40）；所述水平滚动装置由一个水平轴承（41）、水平轴承保持架（42）组成：所述水平轴承保持架（42）与所述加载框（22）的左立柱或右立柱相连，能跟随所述加载框（22）一起竖向移动，所述水平轴承保持架（42）另一端连接水平轴承（41）的内圈；所述水平轴承（41）的轴向垂直于所述试验钢梁（70）的长度方向，并竖直向下，所述水平轴承（41）的外圈分别于所述试验钢梁（70）的上、下翼缘接触，并能自由转动；所述水平滚动装置（40）限制所述试验钢梁（70）的侧向位移及扭转；
所述水平转动装置（60）为一个推力圆锥滚子轴承，放置于所述试验钢梁（70）上表面中心，推力圆锥滚子轴承轴向垂直于所述试验钢梁（70）长度方向，并垂直向下，通过绕其轴向的转动适应所述试验钢梁（70）侧向弯曲；
所述荷载采集装置（50）包含力传感器（51）、连接螺杆（52）；通过连接螺杆（52）将荷载采集装置（50）安装于加载装置（20）与水平转动装置（60）之间；所述荷载采集装置（50）用于采集施加在所属试验钢梁（70）上的载荷大小。
2.根据权利要求1所述的一种有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统，其特征在于：所述千斤顶（21）通过上夹板（23）和上螺杆（25）连接在反力梁（12）上，加载框（22）通过中夹板（24）、中螺杆（26）连接在千斤顶（21）上。
3.根据权利要求1所述的一种有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统，其特征在于：所述竖向滚动装置（30）的固定方式是：通过高强螺栓（33）分别连接在加载框（22）的上下横梁上。
4.根据权利要求1所述的一种有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统，其特征在于：所述水平滚动装置（40）的固定方式是：通过连接螺杆（43）和夹板（45）连接在加载框（22）左右立柱上其间距通过调节螺栓（44）调节。
5.根据权利要求1所述的一种有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统，其特征在于：包括一个推力圆锥滚子轴承，放置于所述试验钢梁（70）上表面。
有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统
技术领域
[0001] 本发明涉及钢结构技术领域，特别涉及一种跨中有侧向约束钢梁单点加载作用下整体稳定承载力试验的加载装置。
背景技术
[0002] 由于钢材具有较高的强度，钢结构构件截面往往做的较小，所用钢板也较薄，这导致钢结构构件承载力往往是由整体稳定起控制作用，钢梁也不例外。对钢梁整体稳定承载力的研究是目前最具活力的方向之一。
[0003] 对于如图1所示跨中有一个侧向约束并承担集中荷载作用的简支梁，其整体失稳后的变形如图1中的虚线所示。从变形图可以看出，钢梁在荷载作用点处应能绕水平轴（x轴）、竖向轴（y轴）转动，并能沿竖向轴平动，但不能绕纵轴（z轴）转动，亦不能沿水平轴平动。
[0004] 对此种受力形式钢梁整体稳定试验传统的加载方法多采用千斤顶直接加载，具有以下缺点：
[0005] ①千斤顶与钢梁间接触面较大，压紧后有很大的摩擦力，限制了钢梁绕竖向轴的转动；
[0006] ②钢梁沿水平轴的平动靠千斤顶的侧向刚度约束，但千斤顶类似一悬臂构件，侧向约束刚度明显不足；
[0007] ③无法提供钢梁绕纵轴扭转的可靠约束。
[0008] 以上缺点导致试验结果不准确。
发明内容
[0009] 本发明的目的是为解决在有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定承载力试验研究中，传统的加载方法导致试验结果不准确的问题。
[0010] 为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，设计了一种有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统，其特征在于：包括试验钢梁、反力架、荷载施加装置、竖向滚动装置、水平滚动装置、水平转动装置和荷载采集装置。
[0011] 所述反力架包括两根竖向、并固定于水平地面的反力柱，以及架设在两根反力柱之间的、水平的反力梁。
[0012] 试验钢梁穿过反力柱之间。所述反力架的两端各有一个支座。所述试验钢梁的两端分别支撑在这两个支座上。
[0013] 所述荷载施加装置包括千斤顶和加载框。所述千斤顶固定在反力梁的下表面。所述千斤顶的伸缩杆垂直于水平面，其伸长方向冲下。
[0014] 所述加载框是位于两根反力柱之间的矩形金属框，由上横梁、下横梁、左立柱和右立柱拼接而成。所述加载框的上端连接在所述千斤顶的伸缩杆上。所述试验钢梁穿过加载框。
[0015] 所述加载框的上横梁和下横梁上，各设置有两个竖向滚动装置。所述竖向滚动装置由一个竖向轴承和竖向轴承保持架组成：
[0016] 设置在上横梁的竖向滚动装置中，所述竖向轴承保持架的下端连接在上横梁的上表面，上端伸到上横梁上方、并连接竖向轴承的内圈。所述竖向轴承的轴向平行于试验钢梁的长度方向。所述竖向轴承的外圈与反力柱接触，将所述加载框限制在两反力柱之间，所述竖向轴承能够自由转动。
[0017] 设置在下横梁的竖向滚动装置中，所述竖向轴承保持架的上端连接在下横梁的下表面，下端伸到下横梁下方、并连接竖向轴承的内圈。所述竖向轴承的轴向平行于试验钢梁的长度方向。所述竖向轴承的外圈与反力柱接触，将所述加载框限制在两反力柱之间，所述竖向轴承能够自由转动。
[0018] 所述加载框的左立柱和右立柱上，各设置有两个水平滚动装置。所述水平滚动装置由一个水平轴承、水平轴承保持架组成：
[0019] 所述水平轴承保持架与所述加载框的左立柱和右立柱相连，能跟随所述加载框一起竖向移动，所述水平轴承保持架另一端连接水平轴承的内圈。所述水平轴承的轴向垂直于所述试验梁的长度方向，并垂直向下，所述水平轴承的外圈分别于所述试验钢梁的上、下翼缘接触，并能自由转动。所述水平滚动装置限制所述试验钢梁的侧向位移及扭转。
[0020] 所述水平转动装置为一个推力圆锥滚子轴承，放置于所述试验钢梁上表面中心，推力圆锥滚子轴承轴向垂直于所述试验钢梁长度方向，并垂直向下，通过绕其轴向转动适应所述试验钢梁侧向弯曲。
[0021] 所述荷载采集装置是力传感器，用于采集施加在所属试验钢梁上的载荷大小。
[0022] 进一步，所述千斤顶通过上夹板和上螺杆连接在反力梁上，所述加载框通过中夹板、中螺杆连接在千斤顶伸缩杆上。
[0023] 进一步，所述竖向滚动装置的固定方式是：通过高强螺栓将竖向滚动装置分别连接在加载框的横梁上。
[0024] 进一步，所述水平滚动装置的固定方式是：通过连接螺杆和夹板将水平滚动装置连接在加载框的立柱上。
[0025] 进一步，所述荷载采集装置的固定方式是：通过下夹板、下螺杆连接于中夹板上。
[0026] 进一步，所述千斤顶、荷载采集装置、水平转动装置的中心线必须重合，并与所述试验钢梁竖向轴线重合。
[0027] 进一步，所述水平轴承保持架与所述加载框立柱间设置调节螺栓，用于调节左右水平轴承的间距，以适应不同试验钢梁的宽度。
[0028] 本加载装置发明的有益效果是：
[0029] 1.所述试验钢梁被水平滚动装置限制在加载框内，所述加载框被竖向滚动装置限制在反力柱之间，从而限制了所述试验钢梁的侧向位移，并限制了所述试验钢梁的扭转；
[0030] 2.施加荷载时，所述竖向轴滚动承产生转动、并与所述加载框、试验钢梁一起向下移动，从而释放对实验钢梁的竖向约束；
[0031] 3.所述试验钢梁发生侧向弯曲时，所述推力圆锥滚子轴承发生转动，同时所述水平滚动装置的水平轴承发生转动，从而释放对钢梁侧向弯曲的约束；
[0032] 4.本加载系统能适应不同截面形式、规格的试验钢梁，且可以重复利用，减小试验成本。
附图说明
[0033] 图1是钢梁整体失稳后的变形示意图；
[0034] 图2是有侧向约束加载系统立面图；
[0035] 图3是图2的A-A向视图
[0036] 图4是采用本发明进行试验的照片；
[0037] 图5是采用本发明加载系统的照片；
[0038] 图6是采用本发明试验钢梁整体失稳后试验架上的照片；
[0039] 图7是采用本发明试验钢梁整体失稳后试地面的照片。
[0040] 图中：反力架10、反力柱11、反力梁12、荷载施加装置20、千斤顶21、加载框22、上夹板23、中夹板24、上螺杆25、中螺杆26、竖向滚动装置30、竖向轴承31、竖向轴承保持架32、高强螺栓33、水平滚动装置40、水平轴承41、水平轴承保持架42、连接螺杆43、调节螺栓44、夹板45、荷载采集装置50、力传感器51、下螺杆52、下夹板53、水平转动装置60、试验钢梁70。
具体实施方式
[0041] 下面结合附图和实施案例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施案例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0042] 本发明设计了一种有侧向约束钢梁在单点加载作用下整体稳定试验加载系统，包括试验钢梁70、反力架10、荷载施加装置20、竖向滚动装置30、水平滚动装置40、荷载采集装置50和水平转动装置60。
[0043] 所述反力架10包括两根竖向、并固定于水平地面的反力柱11，以及架设在两根反力柱11之间的、水平的反力梁12。
[0044] 试验钢梁70穿过反力柱11之间。所述反力架10的两端各有一个支座。所述试验钢梁70的两端分别支撑在这两个支座上。
[0045] 所述荷载施加装置20包括千斤顶21和加载框22。所述千斤顶21固定在反力梁12的下表面。所述千斤顶21的伸缩杆垂直于水平面，其伸长方向冲下。
[0046] 所述加载框22是位于两根反力柱11之间的矩形金属框，由上横梁、下横梁、左立柱和右立柱拼接而成。所述加载框22的上端连接在千斤顶21的伸缩杆上。所述试验钢梁70穿过加载框22。
[0047] 所述加载框22的上横梁和下横梁上，各设置有两个竖向滚动装置30。所述竖向滚动装置30由一个竖向轴承31和竖向轴承保持架32组成：
[0048] 设置在上横梁的竖向滚动装置30中，所述竖向轴承保持架32的下端连接在上横梁的上表面，上端伸到上横梁上方、并连接竖向轴承31的内圈。所述竖向轴承31的轴向平行于试验钢梁70的长度方向。所述竖向轴承31的外圈与反力柱接触，将所述加载框22限制在两反力柱11之间，所述竖向轴承31能够自由转动。
[0049] 设置在下横梁的竖向滚动装置30中，所述竖向轴承保持架32的上端连接在下横梁的下表面，下端伸到下横梁下方、并连接竖向轴承31的内圈。所述竖向轴承31的轴向平行于试验钢梁70的长度方向。所述竖向轴承31的外圈与反力柱接触，将所述加载框22限制在两反力柱11之间，所述竖向轴承31能够自由转动。
[0050] 所述加载框22的左立柱和右立柱上，各设置有两个水平滚动装置40。所述水平滚动装置由一个水平轴承41、水平轴承保持架42组成：
[0051] 所述水平轴承保持架42与所述加载框22的左立柱或右立柱相连，能跟随所述加载框22一起竖向移动，所述水平轴承保持架42另一端连接水平轴承41的内圈。所述水平轴承41的轴向垂直于所述试验钢梁70的长度方向，并竖直向下，所述水平轴承41的外圈分别于所述试验钢梁70的上、下翼缘接触，并能自由转动。所述水平滚动装置40限制所述试验钢梁
70的侧向位移及扭转。
[0052] 所述水平转动装置60为一个推力圆锥滚子轴承，放置于所述试验钢梁70上表面中心，推力圆锥滚子轴承轴向垂直于所述试验钢梁70长度方向，并垂直向下，通过绕其轴向的转动适应所述试验钢梁70的侧向弯曲。
[0053] 所述荷载采集装置50是力传感器，用于采集施加在所属试验钢梁70上的载荷大小。
[0054] 图4 图7为按本发明进行钢梁整体稳定承载力试验的实施案例，图4为整套试验装~置照片，图5为按本发明设计的加载系统安装照片，图6、图7为钢梁侧向失稳后的照片。
[0055] 试验过程中，随荷载的增加，加载框22与试验钢梁70一起向下同步位移，但被限制在反力柱之间，试验梁整体失稳时，位于试验梁上表面的推力圆锥滚子轴承明显发生转动，位于试验钢梁70上下翼缘的水平滚动轴承41产生转动，释放了对试验梁侧向弯曲的约束[0056] 值得说明的是，图6、图7清楚地显示，整体失稳后试验梁截面可绕水平轴（x轴）、竖向轴（y轴）转动，并能沿竖向轴平动，但没有绕纵轴（z轴）转动，亦无沿水平轴方向的平动。完全达到预期目标。
