CN104792561A - 低周反复荷载试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种低周反复荷载试验装置，包括用于对待测试试件施加竖向力以防止待测试试件沿竖向跳动的反力架、用于从待测试试件底部对待测试试件进行固定定位的地梁以及设于反力架的施力输出端并用于从待测试试件上部对待测试试件进行固定定位的分配梁；地梁的梁端设有用于通过地梁向待测试试件施加水平振动控制力的第一水平作动器，和/或分配梁的梁端设有用于通过分配梁向待测试试件施加水平振动控制力的第二水平作动器。避免由于待测试试件尺寸不同而多次拆装反力架；一侧安装作动器即可实现对试件的推拉，完成低周反复荷载试验。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程试验技术领域，具体涉及一种用于土木工程模型试验的可重复利用的低周反复荷载试验装置。
背景技术
结构的抗震性能是现在研究的热点问题，而结构模型试验是研究结构抗震性能的有效手段。目前主要采用的结构抗震性能试验方法包括振动台试验和低周反复荷载试验。由于振动台台面大小及加载能力的限制，试验模型往往要取较大的缩尺比，模型与原型结构的材料性能有一定差距，而且振动台试验系统的建设及运营成本较高，所以低周反复荷载试验方法仍是当前采用的主流方法。
低周反复荷载试验又称拟静力试验，是通过对模型结构逐级施加往复作用的荷载来模拟结构从开始到破坏的全过程，能较真实地模拟结构在地震作用下的应力状态和变形特点。但在传统的钢筋混凝土结构低周反复荷载试验中，对试验试件有较多的要求，每个试件都需要单独浇筑地梁来满足试件试验时的锚固要求，同时要单独浇筑分配梁来满足试验的荷载施加及分配要求。试件完成试验后，地梁和分配梁都不能重复利用，造成了较多人力、物力、财力和时间的浪费，而且加大了试件的运输难度。此外，当实验室场地条件有限制，只有一侧具有作动头时，需要依据试件的尺寸额外制作试验辅助装置来完成往复荷载的施加，也给试验的顺利实施造成不便。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种低周反复荷载试验装置。整个装置拆装方便且能根据试件的不同尺寸灵活调整，使该装置具有较强的适用能力。
为了实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是：一种低周反复荷载试验装置，包括用于对待测试试件施加竖向力以防止待测试试件沿竖向跳动的反力架、用于从待测试试件底部对待测试试件进行固定定位的地梁以及设于反力架的施力输出端并用于从待测试试件上部对待测试试件进行固定定位的分配梁；地梁的梁端设有用于通过地梁向待测试试件施加水平振动控制力的第一水平作动器，和/或分配梁的梁端设有用于通过分配梁向待测试试件施加水平振动控制力的第二水平作动器。
优选地，地梁上设有用于沿地梁的轴线方向对待测试试件进行双向定位的第一轴向定位机构以及用于沿地梁截面方向对待测试试件进行双向定位的第一径向定位机构。
优选地，第一水平作动器连接并作用于第一径向定位机构上。
优选地，第一径向定位机构采用沿地梁轴向布置的两块第一横向限位梁，两块第一横向限位梁相互平行并间隔布置，两块第一横向限位梁通过将待测试试件夹持于间隔内以实现对待测试试件的夹持固定；第一轴向定位机构采用设于两块第一横向限位梁之间间隔内的第一纵向限位滑块，第一纵向限位滑块通过在两块第一横向限位梁之间滑动对待测试试件进行限制以实现对待测试试件的定位。
优选地，第一横向限位梁通过固接于地梁上的固定件与活动连接在固定件上的定位螺栓相互配合，以实现两块第一横向限位梁的相对夹持；第一纵向限位滑块通过开设于地梁上的螺孔与活动连接于第一纵向限位滑块上的螺栓之间的相互配合，以实现第一纵向限位滑块的限制作用。
优选地，分配梁上设有用于沿分配梁的轴线方向对待测试试件进行双向定位的第二轴向定位机构以及用于沿分配梁截面方向对待测试试件进行双向定位的第二径向定位机构。
优选地，第二水平作动器连接并作用于第二径向定位机构上。
优选地，第二径向定位机构采用沿分配梁轴向布置的两块第二横向限位梁，两块第二横向限位梁相互平行并间隔布置，两块第二横向限位梁通过将待测试试件夹持于间隔内以实现对待测试试件的夹持固定；第二轴向定位机构采用设于两块第二横向限位梁之间间隔内的第二纵向限位滑块，第二纵向限位滑块通过在两块第二横向限位梁之间滑动对待测试试件进行限制以实现对待测试试件的定位。
优选地，第二横向限位梁通过固接于分配梁上的固定件与活动连接在固定件上的定位螺栓相互配合，以实现两块第二横向限位梁的相对夹持；第二纵向限位滑块通过开设于分配梁上的螺孔与活动连接于第二纵向限位滑块上的螺栓之间的相互配合，以实现第二纵向限位滑块的限制作用。
优选地，反力架包括固定于地面的反力架框架柱、固接于反力架框架柱上的反力架框架梁以及固接于反力架框架梁上的轴压千斤顶；分配梁上开设有千斤顶滑槽，轴压千斤顶的输出端可滑动的伸入到千斤顶滑槽内，以使轴压千斤顶的输出端在第一水平作动器或者第二水平作动器的作用下在千斤顶滑槽内作适应性滑动。
可重复利用的低周反复荷载试验装置，该装置包括地梁、地梁挑耳、地脚螺栓、横向限位梁、横向限位螺栓、纵向限位滑块、纵向限位螺栓、分配梁、试件、反力架框架柱、反力架框架梁，水平作动器、轴压千斤顶、千斤顶滑槽、预留螺孔、企口接缝、聚四氟乙烯板。装置中的地梁和分配梁均为钢梁，拆卸方便，可重复利用，地梁通过设置地梁挑耳及地脚螺栓固定在实验室地面，分配梁在水平方向上与水平作动器采用高强螺栓连接，竖向安装在试件和轴压千斤顶之间。地梁上端与试件接触处和分配梁下端与试件接触处，设置相同的刚性可调限位装置，包括横向限位梁、横向限位螺栓、纵向限位滑块、纵向限位螺栓、预留螺孔。试件吊装就位后，滑动横向限位梁，紧贴试件，安装横向限位螺杆，限制试件的横向位移后根据两片横向限位梁之间的距离，挑选合适宽度的纵向限位滑块安装在试件两侧横向限位梁之间，纵向限位滑块通过纵向限位螺杆及预留螺孔安装固定，限制试件的纵向位移。装置中的地梁和分配梁在与试件的接触限位装置中，按常用建筑模数等距离设置预留螺孔，试件设计时纵向尺寸按常用建筑模数设计。装置中的地梁和分配梁在与试件的接触限位装置中，纵向限位滑块与试件接触处，设置企口接缝，试件处也制作相应的企口接缝，可以有效传递应力，防止纵向限位滑块与试件接触处出现应力集中而使试件预期破坏形态之外的其他破坏方式。分配梁没有地梁挑耳，其他构造方式与地梁相同。在分配梁顶面与轴压千斤顶接触处，沿分配梁纵向设置千斤顶滑槽,千斤顶滑槽中设置聚四氟乙烯板，保证轴压千斤顶施加竖向荷载的同时，水平方向具有一定的位移能力。地梁上端与试件接触处和分配梁下端与试件接触的限位装置，使得试件能与分配梁变形同步，使用这种装置只需单侧安装水平作动器即可对试件施加推力和拉力，完成低周反复荷载试验。
本发明的有益技术效果是：
本发明低周反复荷载试验装置，地梁和分配梁能限制不同尺寸待测试试件的位移，完成试验加载，可重复利用，避免低周反复荷载试验中各待测试试件分别浇筑地梁和分配梁造成的材料浪费；分配梁能更好地分配荷载；避免由于待测试试件尺寸不同而多次拆装反力架；一侧安装作动器即可实现对试件的推拉，完成低周反复荷载试验。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明实施例的低周反复荷载试验装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的地梁的结构示意图；
图3是本发明实施例的分配梁的结构示意图；
图4是本发明实施例的轴压千斤顶的结构示意图；
图5是本发明实施例的待测试试件的固定结构示意图；
图6是本发明实施例的第一纵向限位滑块和第二纵向限位滑块的结构示意图。
其中,1为反力架；101为反力架框架柱；102为反力架框架梁；103为轴压千斤顶；2为地梁；3为分配梁；4为待测试试件；6为第二水平作动器；7为第一轴向定位机构；8为第一径向定位机构；9为第一横向限位梁；10为第一纵向限位滑块；11为第二轴向定位机构；12为第二径向定位机构；13为第二横向限位梁；14为第二纵向限位滑块；15为千斤顶滑槽。
具体实施方式
下面对本发明技术内容的进一步说明，但并非对本发明实质内容的限制。
图1是本发明实施例的低周反复荷载试验装置的结构示意图；图2是本发明实施例的地梁的结构示意图；图3是本发明实施例的分配梁的结构示意图；图4是本发明实施例的轴压千斤顶的结构示意图；图5是本发明实施例的待测试试件的固定结构示意图；图6是本发明实施例的第一纵向限位滑块和第二纵向限位滑块的结构示意图。
如图1所示，本发明实施例的一种低周反复荷载试验装置，包括用于对待测试试件4施加竖向力以防止待测试试件4沿竖向跳动的反力架1、用于从待测试试件4底部对待测试试件4进行固定定位的地梁2以及设于反力架1的施力输出端并用于从待测试试件4上部对待测试试件4进行固定定位的分配梁3；地梁2的梁端设有用于通过地梁2向待测试试件4施加水平振动控制力的第一水平作动器，和/或分配梁3的梁端设有用于通过分配梁3向待测试试件4施加水平振动控制力的第二水平作动器6。本发明低周反复荷载试验装置，地梁和分配梁能限制不同尺寸待测试试件的位移，完成试验加载，可重复利用，避免低周反复荷载试验中各待测试试件分别浇筑地梁和分配梁造成的材料浪费；分配梁能更好地分配荷载；避免由于待测试试件尺寸不同而多次拆装反力架；一侧安装作动器即可实现对试件的推拉，完成低周反复荷载试验。
如图1和图2所示，本发明实施例，地梁2上设有用于沿地梁2的轴线方向对待测试试件4进行双向定位的第一轴向定位机构7以及用于沿地梁2截面方向对待测试试件4进行双向定位的第一径向定位机构8。
如图1和图2所示，本发明实施例，第一水平作动器连接并作用于第一径向定位机构8上。
如图1、图2、图5和图6所示，本发明实施例，第一径向定位机构8采用沿地梁2轴向布置的两块第一横向限位梁9。两块第一横向限位梁9相互平行并间隔布置。两块第一横向限位梁9通过将待测试试件4夹持于间隔内以实现对待测试试件4的夹持固定。第一轴向定位机构7采用设于两块第一横向限位梁9之间间隔内的第一纵向限位滑块10。第一纵向限位滑块10通过在两块第一横向限位梁9之间滑动对待测试试件4进行限制以实现对待测试试件4的定位。
如图1、图2、图5和图6所示，本发明实施例，第一横向限位梁9通过固接于地梁2上的固定件与活动连接在固定件上的定位螺栓相互配合，以实现两块第一横向限位梁9的相对夹持。第一纵向限位滑块10通过开设于地梁2上的螺孔与活动连接于第一纵向限位滑块10上的螺栓之间的相互配合，以实现第一纵向限位滑块10的限制作用。
如图1、图3和图4所示，本发明实施例，分配梁3上设有用于沿分配梁3的轴线方向对待测试试件4进行双向定位的第二轴向定位机构11以及用于沿分配梁3截面方向对待测试试件4进行双向定位的第二径向定位机构12。
如图1和图3所示，本发明实施例，第二水平作动器6连接并作用于第二径向定位机构12上。
如图1、图3、图4和图6所示，本发明实施例，第二径向定位机构12采用沿分配梁3轴向布置的两块第二横向限位梁13。两块第二横向限位梁13相互平行并间隔布置。两块第二横向限位梁13通过将待测试试件4夹持于间隔内以实现对待测试试件4的夹持固定。第二轴向定位机构11采用设于两块第二横向限位梁13之间间隔内的第二纵向限位滑块14。第二纵向限位滑块14通过在两块第二横向限位梁13之间滑动对待测试试件4进行限制以实现对待测试试件4的定位。
如图1、图3、图4和图6所示，本发明实施例，第二横向限位梁13通过固接于分配梁3上的固定件与活动连接在固定件上的定位螺栓相互配合。以实现两块第二横向限位梁13的相对夹持。第二纵向限位滑块14通过开设于分配梁3上的螺孔与活动连接于第二纵向限位滑块14上的螺栓之间的相互配合，以实现第二纵向限位滑块14的限制作用。
如图1所示，本发明实施例，反力架1包括固定于地面的反力架框架柱101、固接于反力架框架柱101上的反力架框架梁102以及固接于反力架框架梁102上的轴压千斤顶103。分配梁3上开设有千斤顶滑槽15。轴压千斤顶103的输出端可滑动的伸入到千斤顶滑槽15内，以使轴压千斤顶103的输出端在第一水平作动器或者第二水平作动器6的作用下在千斤顶滑槽15内作适应性滑动。
实施时，提供一种可重复利用的低周反复荷载试验装置，该装置地梁2固定在实验室地面。第一横向限位梁9在地梁2上滑动，通过横向限位螺栓(第一径向定位机构8)固定在地梁2上，第一横梁限位梁9固定后，根据待测试试件4的不同宽度，选择合适的第一纵向限位滑块10，通过纵向限位螺栓(第一轴向定位机构7)将第一纵向限位滑块10固定在地梁2上。反力架1安装完成后，安装分配梁3，分配梁3与待测试试件4接触面构造与地梁2相同，分配梁3与轴压千斤顶103接触区域内凹设置千斤顶滑槽15，千斤顶滑槽15中设置聚四氟乙烯板，满足待测试试件4的水平位移要求。分配梁3安装后，安装第二水平作动器6，与分配梁3采用高强螺栓刚接。第一纵向限位滑块10和第二纵向限位滑块14可根据待测试试件4的尺寸设置企口接缝，避免产生局部应力集中。低周反复荷载试验装置的优点为：地梁2和分配梁3能限制不同尺寸待测试试件4的位移，完成试验加载，可重复利用，避免低周反复荷载试验中各待测试试件4分别浇筑地梁2和分配梁3，造成材料的浪费；分配梁3为钢梁，能更好地分配荷载；避免由于试件尺寸不同而多次拆装反力架1；一侧安装作动器即可实现对待测试试件4的推拉，完成低周反复荷载试验。
装置中的地梁2和分配梁3均为钢梁，拆卸方便，可重复利用，地梁2通过设置地梁挑耳a及地脚螺栓b固定在实验室地面，分配梁3在水平方向上与第二水平作动器6采用高强螺栓连接，竖向安装在待测试试件4和轴压千斤顶103之间。
地梁2上端与待测试试件4接触处和分配梁3下端与待测试试件4接触处，设置相同的刚性可调限位装置，包括横向限位梁、横向限位螺栓、纵向限位滑块、纵向限位螺栓、预留螺孔。待测试试件4吊装就位后，滑动横向限位梁，紧贴待测试试件4，安装横向限位螺杆，限制待测试试件4的横向位移后根据两片横向限位梁之间的距离，挑选合适宽度的纵向限位滑块安装在待测试试件4两侧横向限位梁之间，纵向限位滑块通过纵向限位螺杆及预留螺孔安装固定，限制待测试试件4的纵向位移。
装置中的地梁2和分配梁3在与待测试试件4的接触限位装置中，按常用建筑模数等距离设置预留螺孔，试件设计时纵向尺寸按常用建筑模数设计。
如图5和图6所示，装置中的地梁2和分配梁3在与待测试试件4的接触限位装置中，纵向限位滑块(第一纵向限位滑块和第二纵向限位滑块)与待测试试件4接触处，设置企口接缝，待测试试件4处也制作相应的企口接缝，可以有效传递应力，防止纵向限位滑块与待测试试件4接触处出现应力集中而使试件预期破坏形态之外的其他破坏方式。
分配梁3没有地梁挑耳a，其他构造方式与地梁2相同。在分配梁3顶面与轴压千斤顶103接触处，沿分配梁3纵向设置千斤顶滑槽15,千斤顶滑槽15中设置聚四氟乙烯板，保证轴压千斤顶103施加竖向荷载的同时，水平方向具有一定的位移能力。
地梁2上端与待测试试件4触处和分配梁3下端与待测试试件4接触的限位装置，使得试件能与分配梁变形同步，使用这种装置只需单侧安装水平作动器即可对试件施加推力和拉力，完成低周反复荷载试验。
用于低周反复荷载试验的地梁和分配梁，首先安装与地梁2及分配梁3协同工作的反力架框架柱101、反力架框架梁102、轴压千斤顶103。地梁2通过地梁挑耳a及地脚螺栓b固定在实验室地面。在地梁2上端与待测试试件4接触处和分配梁3下端与待测试试件4接触处，设置相同的刚性可调限位装置。首先待测试试件4在地梁2纵向中轴线附近吊装就位后，根据待测试试件4的宽度调整第一横向限位梁9之间的距离，两个第一横向限位梁9之间距离与待测试试件4等宽，将横向限位螺杆(第一径向定位机构8)穿过地梁2，固定第一横向限位梁9从而限制待测试试件4的横向位移。此后，选择合适第一横向限位梁9宽度的第一纵向限位滑块10紧贴待测试试件4两侧，安装纵向限位螺杆(第一轴向定位机构7)，纵向限位螺杆(第一轴向定位机构7)穿过第一纵向限位滑块10固定在预留螺孔(第一轴向定位机构7)中，即完成试件纵向位移的限制。第一纵向限位滑块10可设置企口，避免与待测试试件4接触时产生应力集中现象。
调整地梁2使待测试试件4的位置固定后，将安装分配梁3安装在待测试试件4上。同理，根据待测试试件4调整分配梁3上可滑动横向限位梁之间的距离使其与待测试试件4同宽，将横向限位螺杆(第二径向定位机构12)穿过分配梁3，固定第二横向限位梁13从而使待测试试件4与分配梁3固定而具有相同横向位移。选择合适第二横向限位梁13宽度的第二纵向限位滑块14紧贴待测试试件4两侧，安装纵向限位螺杆(第二轴向定位机构11)，纵向限位螺杆(第二轴向定位机构11)穿过第二纵向限位滑块14固定在预留螺孔(第二轴向定位机构11)中，使待测试试件4与分配梁3有相同的纵向位移。同理，第二纵向限位滑块14可设置企口，避免与待测试试件4接触时产生应力集中现象。
分配梁3安装完成后，适当调整反力架框架梁102的高度，使得轴压千斤顶103落在千斤顶滑槽15内，千斤顶滑槽15内设置聚四氟乙烯板，与轴压千斤顶103接触，施加竖向力的同时，轴压千斤顶103能在千斤顶滑槽15内沿分配梁3发生纵向位移。将第二水平作动器6采用高强螺栓与分配梁3刚接，即可对试件施加推力和拉力，完成低周反复荷载试验。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种低周反复荷载试验装置，其特征在于，包括用于对待测试试件(4)施加竖向力以防止待测试试件(4)沿竖向跳动的反力架(1)、用于从待测试试件(4)底部对待测试试件(4)进行固定定位的地梁(2)以及设于反力架(1)的施力输出端并用于从待测试试件(4)上部对待测试试件(4)进行固定定位的分配梁(3)；地梁(2)的梁端设有用于通过地梁(2)向待测试试件(4)施加水平振动控制力的第一水平作动器，和/或分配梁(3)的梁端设有用于通过分配梁(3)向待测试试件(4)施加水平振动控制力的第二水平作动器(6)。
2.根据权利要求1所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，地梁(2)上设有用于沿地梁(2)的轴线方向对待测试试件(4)进行双向定位的第一轴向定位机构(7)以及用于沿地梁(2)截面方向对待测试试件(4)进行双向定位的第一径向定位机构(8)。
3.根据权利要求2所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，第一水平作动器连接并作用于第一径向定位机构(8)上。
4.根据权利要求2所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，第一径向定位机构(8)采用沿地梁(2)轴向布置的两块第一横向限位梁(9)，两块第一横向限位梁(9)相互平行并间隔布置，两块第一横向限位梁(9)通过将待测试试件(4)夹持于间隔内以实现对待测试试件(4)的夹持固定；第一轴向定位机构(7)采用设于两块第一横向限位梁(9)之间间隔内的第一纵向限位滑块(10)，第一纵向限位滑块(10)通过在两块第一横向限位梁(9)之间滑动对待测试试件(4)进行限制以实现对待测试试件(4)的定位。
5.根据权利要求4所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，第一横向限位梁(9)通过固接于地梁(2)上的固定件与活动连接在固定件上的定位螺栓相互配合，以实现两块第一横向限位梁(9)的相对夹持；第一纵向限位滑块(10)通过开设于地梁(2)上的螺孔与活动连接于第一纵向限位滑块(10)上的螺栓之间的相互配合，以实现第一纵向限位滑块(10)的限制作用。
6.根据权利要求1所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，分配梁(3)上设有用于沿分配梁(3)的轴线方向对待测试试件(4)进行双向定位的第二轴向定位机构(11)以及用于沿分配梁(3)截面方向对待测试试件(4)进行双向定位的第二径向定位机构(12)。
7.根据权利要求6所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，第二水平作动器(6)连接并作用于第二径向定位机构(12)上。
8.根据权利要求6所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，第二径向定位机构(12)采用沿分配梁(3)轴向布置的两块第二横向限位梁(13)，两块第二横向限位梁(13)相互平行并间隔布置，两块第二横向限位梁(13)通过将待测试试件(4)夹持于间隔内以实现对待测试试件(4)的夹持固定；第二轴向定位机构(11)采用设于两块第二横向限位梁(13)之间间隔内的第二纵向限位滑块(14)，第二纵向限位滑块(14)通过在两块第二横向限位梁(13)之间滑动对待测试试件(4)进行限制以实现对待测试试件(4)的定位。
9.根据权利要求8所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，第二横向限位梁(13)通过固接于分配梁(3)上的固定件与活动连接在固定件上的定位螺栓相互配合，以实现两块第二横向限位梁(13)的相对夹持；第二纵向限位滑块(14)通过开设于分配梁(3)上的螺孔与活动连接于第二纵向限位滑块(14)上的螺栓之间的相互配合，以实现第二纵向限位滑块(14)的限制作用。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于，反力架(1)包括固定于地面的反力架框架柱(101)、固接于反力架框架柱(101)上的反力架框架梁(102)以及固接于反力架框架梁(102)上的轴压千斤顶(103)；分配梁(3)上开设有千斤顶滑槽(15)，轴压千斤顶(103)的输出端可滑动的伸入到千斤顶滑槽(15)内，以使轴压千斤顶(103)的输出端在第一水平作动器或者第二水平作动器(6)的作用下在千斤顶滑槽(15)内作适应性滑动。
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