CN106885745B - 一种梁柱节点梁端加载测试装置及其测试方法 - Google Patents

一种梁柱节点梁端加载测试装置及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢筋混凝土建筑测试的技术领域，尤其涉及到一种梁柱节点梁端加载测试装置包括外部框架固定装置、试件加载装置和数据采集系统，将梁柱节点试件安装在试件加载装置上，通过控制器控制液压油源调节竖向作动器的竖向移动行程，使梁柱节点试件处于未加载状态放置；通过电脑设计参数通过控制器控制千斤顶及竖向作动器向梁柱节点试件施加载荷，按要求进行加载测试，直至试件破坏，并多通道应变采集仪采集试验过程中梁柱节点试件所承受的竖向力P(t)和产生的竖向位移S(t)，绘制梁柱节点试件的滞回曲线，分析滞回性能。本发明的梁端加载方式，在模拟地震作用的同时，可以研究梁端的塑性铰和核心区抗剪情况，意义重大。

Description

一种梁柱节点梁端加载测试装置及其测试方法
技术领域
本发明属于钢筋混凝土建筑测试的技术领域，尤其涉及到一种梁柱节点梁端加载测试装置及其测试方法。
背景技术
在土木工程领域，梁柱节点的力学性能的研究中，滞回性能的测试十分重要。含有梁柱节点的建筑结构中，节点的受力性能往往是比较薄弱的，滞回性能可以反映整个结构的抗震性能，梁柱节点的滞回性能的测量可以反映出梁柱节点的变形能力、延性和耗能能力。
目前对于梁柱节滞回性能的研究主要采用拟静力试验，拟静力试验可以模拟地震作用下节点试件的抗震性能，但是，大多数的拟静力试验所采用的加载方式是柱端加载，柱端加载的拟静力试验主要研究的是柱端的塑性铰，从单一方面的柱端不能完整的表现出节点在地震作用下的抗震性能。本发明的梁端加载方式，在模拟地震作用的同时，可以研究梁端的塑性铰和核心区抗剪，弥补了长期以来单纯的柱端加载情况下的节点滞回性能的研究，能够更加完整地研究节点的抗震性能，对于节点抗震性能的研究具有重要意义。
发明内容
本发明针对当前梁柱节滞回性能的研究中采用拟静力试验中单一的梁柱节点的柱端加载方法存在的缺陷，提供了一种梁端加载装置，在模拟地震作用的同时，可以研究梁端的塑性铰和核心区抗剪的情况的一种梁柱节点梁端加载装置及测试方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种梁柱节点梁端加载测试装置，包括外部框架固定装置、试件加载装置和数据采集系统，所述外部框架固定装置包括工字型钢梁承台、工字型横梁、工字型第一立柱和工字型第二立柱，所述工字型钢梁承台与所述工字型横梁平行设置，所述工字型第一立柱和工字型第二立柱的下端垂直固定连接在所述工字型钢梁承台的两端上，所述工字型第一立柱和工字型第二立柱的上端垂直固定连接在所述工字型横梁的两端上；
所述试件加载装置包括设置在所述工字型横梁中部的千斤顶和两个对称设置在所述千斤顶两侧的竖向作动器,所述工字型钢梁承台和工字型横梁之间设置有梁柱节点试件，所述梁柱节点试件下端通过小球铰活动设置在所述工字型钢梁承台的中部，所述梁柱节点试件上端通过小球铰活动连接着所述千斤顶的下端上，两个所述竖向作动器的下端分别通过大球铰活动连接在所述梁柱节点试件两侧横梁上，两个所述竖向作动器的上端分别通过大球铰活动连接在所述工字型横梁上；
所述数据采集系统包括控制器、多通道应变采集仪和电脑,所述控制器和多通道应变采集仪分别通过四芯导线(20)线路连接所述电脑；
所述竖向作动器通过作动器专用油管连接着液压油源,所述液压油源通过四芯导线线路连接所述控制器，所述千斤顶通过线路连接控制器，所述千斤顶上设置有竖向荷载传感器，所述竖向荷载传感器通过线路连接所述多通道应变采集仪。利用千斤顶与竖向荷载传感器共同工作，能够通过控制器准确地给梁柱节点试件施加试验所需的轴压比。通过设置一种梁柱节点梁端加载测试装置，完成模拟地震作用的同时，可以研究梁端的塑性铰和核心区抗剪的情况。
进一步：所述梁柱节点试件的上、下端均通过试件固定座固定连接所述小球铰，设置试件固定座便于安装试件。
进一步：与所述梁柱节点试件下端活动连接的小球铰通过高强螺栓固定连接在所述工字型钢梁承台上。
进一步：所述竖向作动器上端的大球铰通过锚固螺栓杆贯穿连接在所述工字型横梁上；所述梁柱节点试件两侧横梁的上、下两侧均贴合设置有钢夹板一，所述竖向作动器下端的大球铰通过锚固螺栓杆贯穿两块所述钢夹板一固定连接着所述梁柱节点试件的两侧横梁。
进一步：所述千金顶的上端设有两块钢夹板二，所述两块钢夹板二之间设有滚轴，所述两块钢夹板二通过钢片连接件固定连接，所述千金顶的上端与下方的钢夹板二固定连接，上方的钢夹板二通过钢挂钩固定连接在所述工字型横梁的中部。采用千斤顶配合使用带有滚轴的钢夹板，可以模拟可动铰支座，达到试验需求。
本发明一种梁柱节点梁端加载测试装置的工作原理为：
将梁柱节点试件安装在试件加载装置上，通过控制器控制液压油源调节竖向作动器的竖向移动行程，使梁柱节点试件处于未加载状态放置；按测试要求通过控制器控制千斤顶向梁柱节点试件施加载荷，通过竖向荷载传感器测量施加到梁柱节点试件的载荷值，使梁柱节点试件在达到测试要求的轴压比；在电脑中通过软件设置参数，通过控制器控制液压油源驱动两个竖向作动器,分别对两个竖向作动器施加相反方向的荷载至预定值，然后在电脑上通过软件设置参数，使得两个竖向作动器分别向两个不同的方向同时往复加载，并逐级增加荷载值，加载值达到计算的屈服荷载的3/4后，开始第二循环，加载到屈服荷载，以后以位移控制加载，即以梁端屈服位移的倍数逐级加载，直至试件破坏，并多通道应变采集仪采集试验过程中梁柱节点试件所承受的竖向力P(t)和产生的竖向位移S(t)；根据试验过程中所记录的竖向力P(t)与竖向力作用点的竖向位移S(t)，绘制出梁柱节点试件的滞回曲线，分析梁柱节点试件的滞回性能。
本发明的另一目的是这样实现的，利用一种梁柱节点梁端加载测试装置进行梁柱节点试件加载测试的方法，按以下步骤进行：
S1：将所述梁柱节点试件安装在所述试件加载装置上，通过控制器控制液压油源调节所述竖向作动器的竖向移动行程，使所述梁柱节点试件处于未加载状态放置；
S2：按测试要求通过控制器控制千斤顶向所述梁柱节点试件施加载荷，通过竖向荷载传感器测量施加到所述梁柱节点试件的载荷值，使所述梁柱节点试件在达到测试要求的轴压比；
S3：在电脑中通过软件设置参数，通过控制器控制液压油源驱动两个竖向作动器,分别对两个竖向作动器施加相反方向的荷载至预定值，然后在电脑上通过软件设置参数，使得所述两个竖向作动器分别向两个不同的方向同时往复加载，并逐级增加荷载值，加载值达到计算的屈服荷载的3/4后，开始第二循环，加载到屈服荷载，以后以位移控制加载，即以梁端屈服位移的倍数逐级加载，直至试件破坏，并所述多通道应变采集仪采集试验过程中所述梁柱节点试件所承受的竖向力P(t)和产生的竖向位移S(t)；
S4：根据试验过程中所记录的竖向力P(t)与竖向力作用点的竖向位移S(t)，绘制出梁柱节点试件的滞回曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的梁端加载方式，在模拟地震作用的同时，可以研究梁端的塑性铰和核心区抗剪，弥补了长期以来单纯的柱端加载情况下的节点滞回性能的研究，能够更加完整地研究节点的抗震性能，对于节点抗震性能的研究具有重要意义。
2、利用千斤顶与竖向荷载传感器共同工作，能够准确地给梁柱节点试件施加试验所需的轴压比。
3、千斤顶与顶面放置带滚轴的钢夹板共同作用，模拟可动铰支座。
附图说明
图1为本发明一种梁柱节点梁端加载测试装置的整体装置图；
图2为本发明一种梁柱节点梁端加载测试装置的加载装置未固定梁柱节点试件的结构示意图；
图3为本发明一种梁柱节点梁端加载测试装置中液压油源和数据采集系统的结构示意图；
图4为本发明一种梁柱节点梁端加载测试装置中梁柱节点试件的固定示意图；
图5为本发明一种梁柱节点梁端加载测试装置中梁柱节点试件的梁端竖向力和位移滞回曲线图
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、工字型钢梁承台，2、工字型横梁，3、工字型第一立柱，4、工字型第二立柱，5、锚固螺旋杆，6、钢挂钩，7、高强螺栓，8、钢片连接件，9、钢夹板一，10、竖向作动器，11、钢夹板二，12、千斤顶，13、竖向荷载传感器，14、小球铰，15、大球铰，16、试件固定座，17、电脑，18、控制器，19、多通道应变采集仪，20、四芯导线，21、液压油源，22、作动器专用油管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、图2、图3及图4所示，一种梁柱节点梁端加载测试装置，包括外部框架固定装置、试件加载装置和数据采集系统，所述外部框架固定装置包括工字型钢梁承台1、工字型横梁2、工字型第一立柱3和工字型第二立柱4，所述工字型钢梁承台1与所述工字型横梁2平行设置，所述工字型第一立柱3和工字型第二立柱4的下端垂直固定连接在所述工字型钢梁承台1的两端上，所述工字型第一立柱3和工字型第二立柱4的上端垂直固定连接在所述工字型横梁2的两端上；
所述试件加载装置包括设置在所述工字型横梁2中部的千斤顶12和两个对称设置在所述千斤顶12两侧的竖向作动器10,所述工字型钢梁承台1和工字型横梁2之间设置有梁柱节点试件，所述梁柱节点试件下端通过小球铰14活动设置在所述工字型钢梁承台1的中部，所述梁柱节点试件上端通过小球铰14活动连接着所述千斤顶12的下端上，两个所述竖向作动器10的下端分别通过大球铰15活动连接在所述梁柱节点试件两侧横梁上，两个所述竖向作动器10的上端分别通过大球铰15活动连接在所述工字型横梁2上；
所述数据采集系统包括控制器18、多通道应变采集仪19和电脑17,所述控制器18和多通道应变采集仪19分别通过四芯导线20线路连接所述电脑17；
所述竖向作动器10通过作动器专用油管22连接着液压油源21,所述液压油源21通过四芯导线20线路连接所述控制器18，所述千斤顶12通过线路连接控制器18，所述千斤顶12上设置有竖向荷载传感器13，所述竖向荷载传感器13通过线路连接所述多通道应变采集仪19。
进一步：所述梁柱节点试件的上、下端均通过试件固定座16固定连接所述小球铰14。
进一步：与所述梁柱节点试件下端活动连接的小球铰14通过高强螺栓7固定连接在所述工字型钢梁承台1上。
进一步：所述竖向作动器10上端的大球铰15通过锚固螺栓杆5贯穿连接在所述工字型横梁2上；所述梁柱节点试件两侧横梁的上、下两侧均贴合设置有钢夹板一9，所述竖向作动器10下端的大球铰15通过锚固螺栓杆5贯穿两块所述钢夹板一9固定连接着所述梁柱节点试件的两侧横梁。
进一步：所述千金顶12的上端设有两块钢夹板二11，所述两块钢夹板二11之间设有滚轴，所述两块钢夹板二11通过钢片连接件8固定连接，所述千金顶12的上端与下方的钢夹板二11固定连接，上方的钢夹板二11通过钢挂钩6固定连接在所述工字型横梁2的中部。
利用一种梁柱节点梁端加载测试装置进行梁柱节点试件加载测试的方法，按以下步骤进行：
S1：将所述梁柱节点试件安装在所述试件加载装置上，通过控制器18控制液压油源21调节所述竖向作动器10的竖向移动行程，使所述梁柱节点试件处于未加载状态放置；
S2：按测试要求通过控制器18控制千斤顶12向所述梁柱节点试件施加载荷，通过竖向荷载传感器13测量施加到所述梁柱节点试件的载荷值，使所述梁柱节点试件在达到测试要求的轴压比；
S3：在电脑17中通过软件设置参数，通过控制器18控制液压油源21驱动两个竖向作动器10,分别对两个竖向作动器10施加相反方向的荷载至预定值，然后在电脑17上通过软件设置参数，使得所述两个竖向作动器10分别向两个不同的方向同时往复加载，并逐级增加荷载值，加载值达到计算的屈服荷载的3/4后，开始第二循环，加载到屈服荷载，以后以位移控制加载，即以梁端屈服位移的倍数逐级加载，直至试件破坏，并所述多通道应变采集仪19采集试验过程中所述梁柱节点试件所承受的竖向力P(t)和产生的竖向位移S(t)；
S4：根据试验过程中所记录的竖向力P(t)与竖向力作用点的竖向位移S(t)，绘制出梁柱节点试件的滞回曲线。
如图5所示的梁柱节点试件的梁端竖向力和位移滞回曲线图，在竖向荷载P＝2.5kN时，梁柱节点试件表面未出现裂缝；6kN时出现的一、二批裂缝，并且随每次反复加载裂缝都有所发展；8kN时的三次加载出现了三、四、五批裂缝，卸载时裂缝能够闭合；9k N时第一、二批裂缝向下发展，裂缝宽度开展明显，同时出现了第六、七批裂缝，梁柱节点试件的梁端开始有了残余变形；13kN时三次反复加载分别出现了八、九、十批裂缝，从钢筋应变看，梁已接近屈服；2Δ(梁已屈服)时原有裂缝继续发展，第一次加载出现第十一批裂缝，第二次加载出现第十二批裂缝，即梁柱节点试件的节点沿对角方向出现了微细裂缝；3Δ时第一次加载出现第十三批裂缝，梁柱节点试件的梁端受压区混凝土局部压酥起皱，第二次加载出现第十四批裂缝，梁柱节点试件的另一梁端混凝土压酥，第三次加载混凝土继续压酥，无新裂缝生成。梁端竖向力和位移滞回曲线呈带有滑移段中间捏拢的哑铃形；4Δ(达到荷载最大值21kN)时混凝土压碎段达100mm，梁柱节点试件的梁根部裂缝宽度达10mm。梁端竖向力和位移滞回曲线滑移段增加显著，但承载力还有所增加；5－7Δ时梁倾斜明显，滑移段更长，梁端竖向力和位移滞回曲线呈中间小两头大的反S形，承载力下降到最大承载力的85％以下。
本发明属于钢筋混凝土建筑测试的技术领域，尤其涉及到一种梁柱节点梁端加载测试装置及其测试方法。一种梁柱节点梁端加载测试装置，包括外部框架固定装置、试件加载装置和数据采集系统，本发明的梁端加载方式，在模拟地震作用的同时，可以研究梁端的塑性铰和核心区抗剪，弥补了长期以来单纯的柱端加载情况下的节点滞回性能的研究，能够更加完整地研究节点的抗震性能，对于节点抗震性能的研究具有重要意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种梁柱节点梁端加载测试装置，其特征在于：包括外部框架固定装置、试件加载装置和数据采集系统，
所述外部框架固定装置包括工字型钢梁承台(1)、工字型横梁(2)、工字型第一立柱(3)和工字型第二立柱(4)，所述工字型钢梁承台(1)与所述工字型横梁(2)平行设置，所述工字型第一立柱(3)和工字型第二立柱(4)的下端垂直固定连接在所述工字型钢梁承台(1)的两端上，所述工字型第一立柱(3)和工字型第二立柱(4)的上端垂直固定连接在所述工字型横梁(2)的两端上；
所述试件加载装置包括设置在所述工字型横梁(2)中部的千斤顶(12)和两个对称设置在所述千斤顶(12)两侧的竖向作动器(10),所述工字型钢梁承台(1)和工字型横梁(2)之间设置有梁柱节点试件，所述梁柱节点试件下端通过小球铰(14)活动设置在所述工字型钢梁承台(1)的中部，所述梁柱节点试件上端通过小球铰(14)活动连接着所述千斤顶(12)的下端，两个所述竖向作动器(10)的下端分别通过大球铰(15)活动连接在所述梁柱节点试件两侧横梁上，两个所述竖向作动器(10)的上端分别通过大球铰(15)活动连接在所述工字型横梁(2)上；
所述数据采集系统包括控制器(18)、多通道应变采集仪(19)和电脑(17),所述控制器(18)和多通道应变采集仪(19)分别通过四芯导线(20)线路连接所述电脑(17)；
所述竖向作动器(10)通过作动器专用油管(22)连接着液压油源(21),所述液压油源(21)通过四芯导线(20)线路连接所述控制器(18)，所述千斤顶(12)通过线路连接控制器(18)，所述千斤顶(12)上设置有竖向荷载传感器(13)，所述竖向荷载传感器(13)通过线路连接所述多通道应变采集仪(19)；
所述千斤顶(12)的上端设有两块钢夹板二(11)，所述两块钢夹板二(11)之间设有滚轴，所述两块钢夹板二(11)通过钢片连接件(8)固定连接，所述千斤顶(12)的上端与下方的钢夹板二(11)固定连接，上方的钢夹板二(11)通过钢挂钩(6)固定连接在所述工字型横梁(2)的中部。
2.根据权利要求1所述的一种梁柱节点梁端加载测试装置，其特征在于：所述梁柱节点试件的上、下端均通过试件固定座(16)固定连接所述小球铰(14)。
3.根据权利要求1所述的一种梁柱节点梁端加载测试装置，其特征在于：与所述梁柱节点试件下端活动连接的小球铰(14)通过高强螺栓(7)固定连接在所述工字型钢梁承台(1)上。
4.根据权利要求1所述的一种梁柱节点梁端加载测试装置，其特征在于：所述竖向作动器(10)上端的大球铰(15)通过锚固螺栓杆(5)贯穿连接在所述工字型横梁(2)上；所述梁柱节点试件两侧横梁的上、下两侧均贴合设置有钢夹板一(9)，所述竖向作动器(10)下端的大球铰(15)通过锚固螺栓杆(5)贯穿两块所述钢夹板一(9)固定连接着所述梁柱节点试件的两侧横梁。
5.一种利用权利要求1至4任一项所述的一种梁柱节点梁端加载测试装置进行梁柱节点试件加载测试的测试方法，其特征在于：
S1：将所述梁柱节点试件安装在所述试件加载装置上，通过控制器(18)控制液压油源(21)调节所述竖向作动器(10)的竖向移动行程，使所述梁柱节点试件处于未加载状态放置；
S2：按测试要求通过控制器(18)控制千斤顶(12)向所述梁柱节点试件施加载荷，通过竖向荷载传感器(13)测量施加到所述梁柱节点试件的载荷值，使所述梁柱节点试件在达到测试要求的轴压比；
S3：在电脑(17)中通过软件设置参数，通过控制器(18)控制液压油源(21)驱动两个竖向作动器(10),分别对两个竖向作动器(10)施加相反方向的荷载至预定值，然后在电脑(17)上通过软件设置参数，使得所述两个竖向作动器(10)分别向两个不同的方向同时往复加载，并逐级增加荷载值，加载值达到计算的屈服荷载的3/4后，开始第二循环，加载到屈服荷载，以后以位移控制加载，即以梁端屈服位移的倍数逐级加载，直至试件破坏，并所述多通道应变采集仪(19)采集试验过程中所述梁柱节点试件所承受的竖向力P(t)和产生的竖向位移S(t)；
S4：根据试验过程中所记录的竖向力P(t)与竖向力作用点的竖向位移S(t)，绘制出梁柱节点试件的滞回曲线。
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