CN107314880B - 一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置及其安装方法，涉及属于建筑工程结构试验技术领域。该装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置包括装配式冷弯薄壁型钢墙体、底梁、加载顶梁、直线导轨、平面外支撑装置、千斤顶、分配梁、底梁垫块、反力架、高强螺栓和地锚螺栓等；平面外支撑装置连接于反力架顶梁上，约束墙体，防止其发生失稳现象。本发明的一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置既能弥补传统墙体试验装置的缺点又能准确模拟冷弯薄壁型钢墙体的真实边界条件，所得的试验结果精确可靠，而且能有效地降低试验时的安全风险与试验成本，在装配式冷弯薄壁型钢墙体试验中具有较大的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置及其安装方法，属于建筑工程结构试验技术领域。
背景技术
传统的冷弯薄壁型钢墙体抗震试验装置由反力架、试验台座、试验墙体、加载顶梁、水平滑板、水平千斤顶、竖向千斤顶组成。试验墙体底部与试验台座、试验墙体顶部与加载顶梁用高强螺栓连接，加载顶梁端部与水平千斤顶连接，加载顶梁顶部与竖向千斤顶底部连接，竖向千斤顶顶部与滑板底部连接，滑板顶部与反力架顶梁连接。此类试验装置具有构造简单，传力明确等优点，但用于装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验具有如下缺点：(1)传统的水平滑板行程与摩擦阻力大，而装配式冷弯薄壁型钢墙体水平加载力小，导致测得的试验结果比实际墙体的承载力偏大20％以上；(2)传统的试验装置中无侧向支撑，而装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗扭转刚度小，水平加载时，墙体会发生严重的扭转与平面外侧移，导致试验误差较大；(3)针对装配式冷弯薄壁型钢墙体特殊的连接方式及构件的截面特性，传统的试验装置难以实现其真实的边界条件。
因此，针对上述传统试验装置的存在缺陷，发明了一种摩擦力小、既能限制墙体试验时扭转引起的失稳又能实现墙体真实边界条件的装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置及其安装方法，该试验装置不但可以精确地测试墙体的抗震性能指标，而且能有效地降低试验时的安全风险与试验成本，在装配式冷弯薄壁型钢墙体试验中具有较大的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置及其安装方法，以解决传统试验装置存在的不足。通过采用高精度低摩擦的直线导轨代替传统试验装置中的水平滑板，解决因摩擦阻力大而引起试验结果误差大的问题；同时设置平面外支撑，解决因墙体扭转失稳所引起的试验误差；通过改善底梁与加载顶梁的截面形式，以实现装配式冷弯薄壁型钢墙体的实际边界条件。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置，该抗震试验装置包括装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)、底梁(2)、加载顶梁(3)、直线导轨(4)、平面外支撑装置(5)、竖向千斤顶(6)、分配梁(7)、水平千斤顶(8)、底梁垫块(9)、反力架(10)、高强螺栓(11)和地锚螺栓(12)。
装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)包括边立柱(101)、中立柱(102)、上导轨(103)、下导轨(104)，横撑(105)、抗拔连接件(106)；边立柱(101)为两根背靠背的C型钢或U型钢，两根型钢通过自攻螺钉或铆钉连接；中立柱(102)为C型钢或U型钢，边立柱(101)和中立柱(102)，以及各个中立柱(102)间距为300mm的模数；上导轨(103)和下导轨(104)为带有预留孔的两根背靠背C型钢通过自攻螺钉或铆钉连接而成；横撑(105)为工厂预制带有预留孔的C型钢，C型钢嵌套固定在边立柱(101)和中立柱(102)间，以及各个中立柱(102)间；预制的边立柱(101)与中立柱(102)均匀嵌入上导轨(103)和下导轨(104)内，通过自攻螺钉或铆钉固定连接；上导轨(103)、下导轨(104)通过高强螺栓(11)连接固定在加载顶梁(3)和底梁(2)上；抗拔连接件(106)位于墙体的边立柱(101)底部，抗拔连接件(106)的上端通过自攻螺钉与边立柱(101)连接，抗拔连接件(106)的下端通过高强螺栓(11)与底梁(2)连接。
底梁(2)包括矩形方钢管(201)和槽钢(202)；矩形方钢管(201)为空心矩形钢管，方钢管(201)与槽钢(202)壁厚为10-20mm；槽钢(202)放置于方钢管(201)上，校正定位后，两侧翼缘与方钢管(201)通过45°剖口焊接；焊接完成后对底梁(2)沿长度方向上下两侧统一打孔。预留孔的间距为300mm的模数；下导轨(104)嵌套在槽钢(202)上，采用高强螺栓(11)将下导轨(104)、槽钢(202)、方钢管(201)连接，用来固定墙体位置、限制墙体运动及传递冷弯薄壁型钢墙体(1)的作用力；底梁(2)焊接在底梁垫块(9)上。
加载顶梁(3)包括方钢管(301)、槽钢(302)、垫块(303)和作动器连接件(304)；矩形方钢管(301)为空心矩形钢管，方钢管(301)与槽钢(302)壁厚为10-20mm；槽钢(302)放置于方钢管(301)上，校正定位后，两侧翼缘与方钢管(201)通过45°剖口焊接；焊接完成后对加载顶梁(3)沿长度方向上下两侧统一打孔。预留孔间距为300mm的模数；上导轨(103)、槽钢(302)及方钢管(301)采用高强螺栓(11)连接；垫块(303)四周焊接在方钢管(301)一端；作动器连接件(304)用来连接水平千斤顶(8)，并与垫块(303)通过双面焊接；
直线导轨(4)包括导轨(401)、滑块(402)；导轨(401)、滑块(402)相互嵌套连接，摩擦系数为0.001-0.003；导轨(401)与反力架(10)的顶梁、滑块(402)与竖向千斤顶(6)均采用螺栓连接；
平面外支撑装置(5)包括平面外支撑(501)和限位装置(502)；平面外支撑(501)为U型刚架，端部设有开孔矩形端板，通过螺栓固定连接在反力架(10)的顶梁上；限位装置(502)通过两个螺杆及两块钢板将平面外支撑(501)夹紧，用松紧度控制平面外支撑(501)对冷弯薄壁型墙体(1)的平面外限制程度；
所述的分配梁(7)放置于顶梁上部的垫块上，分配竖向千斤顶(6)传来的作用力。
所述的装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)为工厂预制结构。
底梁(2)和加载顶梁(3)为工厂预制热轧型钢组件。
所述的直线导轨(4)为滚轮式直线导轨、圆柱式直线导轨或滚珠式直线导轨。
所述的平面外支撑装置(5)为工厂预制的限制冷弯薄壁型墙体(1)的失稳装置。
与现有试验装置相比，本发明具有以下优点：
1、本发明具有加载精度高、作用力损失小、可用于装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震性能试验，且满足不同尺寸的墙体试件加载需求。
2、本发明设计的抗震试验装置安装、拆卸方便、操作简单，可以进行水平低周往复加载试验、单调加载试验及竖向加载试验。
3、基于冷弯薄壁型钢截面形状的特点，加载梁的设计采用矩形方钢管与槽钢组合形式，U型导轨与加载梁中的槽钢嵌套，与加载梁通过高强螺栓连接，能够准确模拟实际房屋结构中墙体与墙体、墙体与地基的连接方式即墙体实际边界条件。
4、本发明引进了一种高精度、低摩擦的直线导轨来代替传统水平摩擦滑板，能够有效的减少竖向力的损失、提高试验结果的精度、降低试验结果误差。
5、本发明设计了一种平面外支撑装置，能够控制约束冷弯薄壁型墙体失稳，真实模拟实际结构中楼板对墙体的横向约束作用。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置示意图。
图2是本发明的装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置分解图。
图3是本发明的装配式冷弯薄壁型钢墙体分解图。
图4是本发明的底梁分解图。
图5是本发明的加载顶梁分解图。
图6是本发明的直线导轨分解图。
图7是本发明的平面外支撑装置分解图。
图中：1、冷弯薄壁型钢墙体，101、边立柱，102、中立柱，103、上导轨，104、下导轨，105、横撑，106、抗拔连接件，2、底梁，201、方钢管，202、槽钢，3、加载顶梁，301、方钢管，302、槽钢，303、垫块，304、作动器连接件，4、直线导轨，401、导轨402、滑块，5、平面外支撑装置，501、平面外支撑，502、限位装置，6、竖向千斤顶，7、分配梁，8、水平千斤顶，9、底梁垫块，10、反力架，11、高强螺栓，12、地锚螺栓。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如图1所示，一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置，包括冷弯薄壁型钢墙体(1)、底梁(2)、加载顶梁(3)、直线导轨(4)、平面外支撑装置(5)、竖向千斤顶(6)、分配梁(7)、水平千斤顶(8)、底梁垫块(9)、反力架(10)、高强螺栓(11)、地锚螺栓(12)；
参照图2，底梁(2)为工厂预制的热轧型钢组件，底梁(2)包括方钢管(201)、槽钢(202)；底梁(2)按上部墙体尺寸、荷载以及测点的布置位置来确定尺寸。方钢管(201)、槽钢(202)通过45°剖口焊接连接，连接完成后统一打孔。底梁(2)与底梁垫块(9)通过焊接连接，底梁垫块(9)用地锚螺栓(12)连接固定在地梁上。
参照图3，装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)为按照设计尺寸在工厂预制的冷弯薄壁型钢墙体，包括边立柱(101)、中立柱(102)、上导轨(103)、下导轨(104)、横撑(105)、抗拔连接件(106)；边立柱(101)根据冷弯薄壁型钢截面形式，采用两根背靠背C型钢通过自攻螺钉或铆钉连接；中立柱(102)采用C型或U型钢截面；导轨采用两根背靠背的U型钢通过背靠背自攻螺钉或铆钉连接，在导轨上设置预留孔；横撑(105)采用截面尺寸较大的U型钢并设预留孔，用来固定立柱位置；抗拔连接件(106)为工厂预制热轧型钢构件，设置预留孔，安装于冷弯薄壁型钢墙体(1)的边立柱(101)底部，上端通过自攻螺钉与边立柱(101)连接，下端通过高强螺栓(11)与底梁(2)连接。
参照图4，加载顶梁(3)为工厂预制的热轧型钢组件，加载顶梁(3)包括方钢管(301)、槽钢(302)、垫块(303)、作动器连接件(304)；方钢管(301)为热轧空心矩形型钢，方钢管(301)与槽钢(302)翼缘通过45°剖口焊连接；垫块(303)四周围焊焊接在方钢管(301)一端；作动器连接件(304)用来连接水平千斤顶(8)并与垫块(303)通过双面焊接。
参照图5，直线导轨(4)可以为滚轮式直线导轨、圆柱式直线导轨、滚珠式直线导轨，直线导轨(4)包括导轨(401)、滑块(402)；导轨(401)与滑块(402)间摩擦系数为0.001-0.003，滑块(402)可沿导轨(401)自由滑动。
参照图6，平面外支撑装置(5)包括平面外支撑(501)，限位装置(502)；调控限位装置(502)，用松紧度控制平面外支撑(501)对冷弯薄壁型墙体(1)的平面外约束程度；
按图2，一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置的安装方法，将上述构件提前在生产线上加工好，然后按如下方式实施组装。
S1首先通过地锚螺栓(12)将底梁垫块(9)与地梁连接，底梁(2)双面焊接在底梁垫块(9)上。
S2在上述步骤S1中将装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)吊装在底梁(2)上，墙体下导轨(104)与底梁(2)的槽钢(202)嵌套、与底梁(2)通过高强螺栓(11)连接，固定好墙体位置；抗拔连接件(106)安装于边立柱(101)底部，抗拔连接件(106)顶部与边立柱(101)通过自攻螺钉连接，底部用高强螺栓(11)将抗拔连接件(106)、下导轨(104)和底梁(2)一同连接。
S3在上述步骤S2墙体固定好位置的基础上，将加载顶梁(3)吊装在冷弯薄壁型钢墙体(1)顶部，加载顶梁(3)与墙体上导轨(103)通过高强螺栓(11)连接固定。
S4在上述步骤S3加载顶梁(3)吊装好的基础上，将水平千斤顶(8)固定在反力架(10)上，同时与加载顶梁(3)保持同一水平高度，通过作动器连接件(304)将水平千斤顶(8)与加载顶梁(3)连接。水平千斤顶(8)的活塞杆推出长度应为全长的1/2，使进行冷弯薄壁型钢墙体(1)往复循环加载时，在推拉力作用下墙体产生相同水平位移。
S5在上述步骤S4顶梁安装定位好的基础上，加载顶梁(3)的顶部放置垫块，将分配梁(7)放置在垫块上。
S6将直线导轨(4)用螺栓连接固定在反力架(10)的顶梁上，竖向千斤顶(6)与导轨(402)用螺栓连接。
S7在上述所有步骤的基础上，将平面外支撑装置(5)定位、吊装在反力架(10)的顶梁上，平面外支撑(501)位于加载顶梁(3)和冷弯薄壁型钢墙体(1)水平向的中间，并用限位装置(502)控制平面外支撑(501)，使平面外支撑(501)夹住加载顶梁(3)和冷弯薄壁型钢墙体(1)两侧，限制墙体的平面外扭转与侧移。
Claims (6)
1.一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置，其特征在于：该抗震试验装置包括装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)、底梁(2)、加载顶梁(3)、直线导轨(4)、平面外支撑装置(5)、竖向千斤顶(6)、分配梁(7)、水平千斤顶(8)、底梁垫块(9)、反力架(10)、高强螺栓(11)和地锚螺栓(12)；
装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)包括边立柱(101)、中立柱(102)、上导轨(103)、下导轨(104)，横撑(105)、抗拔连接件(106)；边立柱(101)为两根背靠背的C型钢或U型钢，两根型钢通过自攻螺钉或铆钉连接；中立柱(102)为C型钢或U型钢，边立柱(101)和中立柱(102)，以及各个中立柱(102)间距为300mm的模数；上导轨(103)和下导轨(104)为带有预留孔的两根背靠背C型钢通过自攻螺钉或铆钉连接而成；横撑(105)为工厂预制带有预留孔的C型钢，C型钢嵌套固定在边立柱(101)和中立柱(102)间，以及各个中立柱(102)间；预制的边立柱(101)与中立柱(102)均匀嵌入上导轨(103)和下导轨(104)内，通过自攻螺钉或铆钉固定连接；上导轨(103)、下导轨(104)通过高强螺栓(11)连接固定在加载顶梁(3)和底梁(2)上；抗拔连接件(106)位于墙体的边立柱(101)底部，抗拔连接件(106)的上端通过自攻螺钉与边立柱(101)连接，抗拔连接件(106)的下端通过高强螺栓(11)与底梁(2)连接；
底梁(2)包括矩形方钢管(201)和槽钢(202)；矩形方钢管(201)为空心矩形钢管，方钢管(201)与槽钢(202)壁厚为10-20mm；槽钢(202)放置于方钢管(201)上，校正定位后，两侧翼缘与方钢管(201)通过45°剖口焊接；焊接完成后对底梁(2)沿长度方向上下两侧统一打孔；预留孔的间距为300mm的模数；下导轨(104)嵌套在槽钢(202)上，采用高强螺栓(11)将下导轨(104)、槽钢(202)、方钢管(201)连接，用来固定墙体位置、限制墙体运动及传递冷弯薄壁型钢墙体(1)的作用力；底梁(2)焊接在底梁垫块(9)上；
加载顶梁(3)包括方钢管(301)、槽钢(302)、垫块(303)和作动器连接件(304)；矩形方钢管(301)为空心矩形钢管，方钢管(301)与槽钢(302)壁厚为10-20mm；槽钢(302)放置于方钢管(301)上，校正定位后，两侧翼缘与方钢管(201)通过45°剖口焊接；焊接完成后对加载顶梁(3)沿长度方向上下两侧统一打孔；预留孔间距为300mm的模数；上导轨(103)、槽钢(302)及方钢管(301)采用高强螺栓(11)连接；垫块(303)四周焊接在方钢管(301)一端；作动器连接件(304)用来连接水平千斤顶(8)，并与垫块(303)通过双面焊接；
直线导轨(4)包括导轨(401)、滑块(402)；导轨(401)、滑块(402)相互嵌套连接，摩擦系数为0.001-0.003；导轨(401)与反力架(10)的顶梁、滑块(402)与竖向千斤顶(6)均采用螺栓连接；
平面外支撑装置(5)包括平面外支撑(501)和限位装置(502)；平面外支撑(501)为U型刚架，端部设有开孔矩形端板，通过螺栓固定连接在反力架(10)的顶梁上；限位装置(502)通过两个螺杆及两块钢板将平面外支撑(501)夹紧，用松紧度控制平面外支撑(501)对冷弯薄壁型墙体(1)的平面外限制程度；
所述的分配梁(7)放置于顶梁上部的垫块上，分配竖向千斤顶(6)传来的作用力。
2.根据权利要求1所述的一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置，其特征在于：所述的装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)为工厂预制结构。
3.根据权利要求1所述的一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置，其特征在于：底梁(2)和加载顶梁(3)为工厂预制热轧型钢组件。
4.根据权利要求1所述的一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置，其特征在于：所述的直线导轨(4)为滚轮式直线导轨、圆柱式直线导轨或滚珠式直线导轨。
5.根据权利要求1所述的一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置，其特征在于：所述的平面外支撑装置(5)为工厂预制的限制冷弯薄壁型墙体(1)的失稳装置。
6.利用权利要求1所述试验装置进行的一种装配式冷弯薄壁型钢墙体的抗震试验装置的安装方法，其特征在于：
S1首先通过地锚螺栓(12)将底梁垫块(9)与地梁连接，底梁(2)双面焊接在底梁垫块(9)上；
S2在上述步骤S1中将装配式冷弯薄壁型钢墙体(1)吊装在底梁(2)上，墙体下导轨(104)与底梁(2)的槽钢(202)嵌套、与底梁(2)通过高强螺栓(11)连接，固定好墙体位置；抗拔连接件(106)安装于边立柱(101)底部，抗拔连接件(106)顶部与边立柱(101)通过自攻螺钉连接，底部用高强螺栓(11)将抗拔连接件(106)、下导轨(104)和底梁(2)一同连接；
S3在上述步骤S2墙体固定好位置的基础上，将加载顶梁(3)吊装在冷弯薄壁型钢墙体(1)顶部，加载顶梁(3)与墙体上导轨(103)通过高强螺栓(11)连接固定；
S4在上述步骤S3加载顶梁(3)吊装好的基础上，将水平千斤顶(8)固定在反力架(10)上，同时与加载顶梁(3)保持同一水平高度，通过作动器连接件(304)将水平千斤顶(8)与加载顶梁(3)连接；水平千斤顶(8)的活塞杆推出长度应为全长的1/2，使进行冷弯薄壁型钢墙体(1)往复循环加载时，在推拉力作用下墙体产生相同水平位移；
S5在上述步骤S4顶梁安装定位好的基础上，加载顶梁(3)的顶部放置垫块，将分配梁(7)放置在垫块上；
S6将直线导轨(4)用螺栓连接固定在反力架(10)的顶梁上，竖向千斤顶(6)与导轨(402)用螺栓连接；
S7在上述所有步骤的基础上，将平面外支撑装置(5)定位、吊装在反力架(10)的顶梁上，平面外支撑(501)位于加载顶梁(3)和冷弯薄壁型钢墙体(1)水平向的中间，并用限位装置(502)控制平面外支撑(501)，使平面外支撑(501)夹住加载顶梁(3)和冷弯薄壁型钢墙体(1)两侧，限制墙体的平面外扭转与侧移。
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