CN107462481B - 多层框架结构加载及其变形测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多层框架结构抗震性能加载试验技术领域，具体是一种多层框架结构加载及其变形测量装置。包括混凝土反力墙、台座、水平加载单元、竖向加载单元、变形测量单元，水平加载单元包括MTS作动器、加载头、分配梁、柱头连接机构，竖向加载单元包括门架、纵向加载梁、滚动摩擦支座、千斤顶、柱靴、固定底座，变形测量单元包括水平位移测量机构、梁柱转角测量机构和剪切变形测量机构。本发明可以使试件的框架结构在水平方向发生自由移动和变形，装置同时满足低周期往复加载试验和拟动力加载试验的条件要求，试验数据测量准确，精度高，装置整体结构简单，易于安装。

Description

多层框架结构加载及其变形测量装置
技术领域
本发明涉及多层框架结构抗震性能加载试验技术领域，具体是一种多层框架结构加载及其变形测量装置。
背景技术
框架结构具有空间分隔灵活，自重轻，施工周期短等优点，广泛应用在多层建筑，但框架结构存在节点应力集中显著，侧向刚度小等缺点，目前由于加载装置及试验条件限制，对框架结构性能的研究往往以节点研究为主，且大部分进行的是低周期往复加载试验，试验结果并不能真实体现结构在地震作用下的反应，试验数据测量不准确，精度低，而且加载试验装置结构复杂，对试验场地条件要求较高，因此需要一种能够同时满足低周期往复加载试验和拟动力加载试验条件要求的、适合多层框架结构加载的试验装置。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，从而提供一种能够同时满足低周期往复加载试验和拟动力加载试验条件要求的多层框架结构加载及其变形测量装置。
本发明解决所述问题，采用的技术方案是：
一种多层框架结构加载及其变形测量装置，包括混凝土反力墙、台座、水平加载单元、竖向加载单元、变形测量单元；
水平加载单元包括MTS作动器、加载头、分配梁、柱头连接机构，MTS作动器的一端与混凝土反力墙连接，MTS作动器的另一端与加载头连接，加载头与分配梁连接，柱头连接机构设置在分配梁上用于连接试件的框架柱柱头；
竖向加载单元包括门架、纵向加载梁、滚动摩擦支座、千斤顶、柱靴、固定底座，门架固定于台座上，纵向加载梁与门架相连，滚动摩擦支座固定在纵向加载梁上，并通过千斤顶与下方的分配梁连接，施加竖向荷载，固定底座固定在台座上，柱靴铰接在固定底座上，用于安装试件的框架柱；
变形测量单元包括水平位移测量机构、梁柱转角测量机构和剪切变形测量机构，水平位移测量机构包括LVDT位移计，LVDT位移计设置在竖向支架上，竖向支架上端与纵向加载梁固定连接，下端固定于台座上，梁柱转角测量机构包括分布在试件边柱和中柱上的柱根部倾角仪和梁根部倾角仪，倾角仪位于试件的梁端或柱脚的中间位置，剪切变形测量机构包括固定于试件的梁柱节点区的拉线位移传感器，拉线位移传感器布置在梁柱节点区对角线位置上。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：
①装置同时满足低周期往复加载试验和拟动力加载试验的条件要求，试验数据测量准确，精度高；
②变形测量单元可同时得到框架结构的抗震性能和节点核芯区的变形性能，对多层框架结构的变形性能进行更加全面测量；
③装置结构简单，易于安装。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：
滚动摩擦支座包括圆柱滚轴、滑动板和固定板；固定板通过螺杆与纵向加载梁相连接，滑动板通过第一轴承悬挂在固定板上，圆柱滚轴通过滚轴定位板进行定位，滚轴定位板通过第一轴承悬挂在固定板上。
MTS作动器型号为244.41S，最大加载速率为100mm/s，可满足拟动力加载试验的速率要求。
分配梁由钢板焊接而成，并在施加竖向荷载位置设置有加劲肋。
柱靴的底板尺寸大于试件的框架柱底面尺寸，柱靴四周的侧板上均布有调节螺栓，以便固定试件的框架柱。
还包括侧向限位单元，侧向限位单元包括侧向调节组件和固定组件，侧向调节组件包括轴承定位板、调节长板、加强钢筋和第二轴承，第二轴承固定在轴承定位板上，轴承定位板与调节长板相连接，调节长板上设置两个调节孔，轴承定位板能够在调节长板上滑动，固定组件包括方钢管，方钢管固定于门架上，调节长板固定在方钢管上，轴承定位板带动第二轴承能够在调节长板上自由滑动，通过轴承定位板和第二轴承的伸缩，调整伸出量，以适应各种尺寸的试件的框架结构。
调节长板之间设置有加强钢筋，调节长板与方钢管之间设置有侧向加强板，方钢管与门架之间设置有斜支撑，通过斜支撑和侧向加强板增大侧向限位单元的刚度。
还包括安全防护单元，安全防护单元包括交叉布置的横梁和纵梁,纵梁固定于门架上, 横梁直接放置在纵梁上，通过分布在纵梁上的定位卡块限制横梁移动，防止试件因破坏倒塌发生危险，同时可作为观察上层框架破坏的支撑结构，横梁与纵梁无需进行连接，通过分布在纵梁上的定位卡块限制其移动，以方便进行拆卸。
LVDT位移计设置多个且分别对应试件的框架柱柱顶、框架梁梁端、框架柱柱底固定在竖向支架上。
附图说明
图1 是本发明实施例主视结构示意图；
图2 是本发明实施例侧视结构示意图；
图3 是本发明实施例俯视结构示意图；
图4 是本发明实施例变形测量单元的布置结构示意图；
图5 是本发明实施例柱靴与固定底座连接的主视结构示意图；
图6 是本发明实施例柱靴与固定底座连接的侧视结构示意图；
图7 是本发明实施例滚动摩擦支座的结构示意图；
图8 是本发明实施例侧向限位单元的结构示意图；
图9 是图8中A-A剖视结构示意图；
图中：MTS作动器1；MTS作动器底座2；混凝土反力墙3；台座4；加载头5；柱头连接机构6；分配梁7；门架8；纵向加载梁9；滚动摩擦支座10；千斤顶11；柱靴12；固定底座13；调节螺栓14；铰轴15；纵梁16；横梁17；固定位卡块18；竖向支架19；LVDT位移计20；倾角仪21；拉线位移传感器22；试件23；侧向限位单元24；圆柱滚轴25；滑动板26；固定板27；第一轴承28；方钢管29；侧向加强板30；侧向调节组件31；调节孔32；轴承定位板33；固定长板34；第二轴承35；调节长板36；加强钢筋37；斜支撑38；滚轴定位板39。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9，一种多层框架结构加载及其变形测量装置，包括混凝土反力墙3、台座4、水平加载单元、竖向加载单元、侧向限位单元24、安全防护单元、变形测量单元。
水平加载单元包括MTS作动器1、加载头5、分配梁7、柱头连接机构6，MTS作动器1的一端通过MTS作动器底座2固定安装在混凝土反力墙3上，MTS作动器1的另一端与加载头5连接，加载头5与分配梁7焊接连接，柱头连接机构6设置在分配梁7上用于连接试件23的框架柱柱头，柱头连接机构6由厚钢板焊接而成，并与分配梁7连接成一个整体，通过螺栓进行紧固，与试件23相连。
竖向加载单元包括门架8、纵向加载梁9、滚动摩擦支座10、千斤顶11、柱靴12、固定底座13，门架8固定于台座4上，纵向加载梁9与门架8相连，滚动摩擦支座10通过螺栓固定安装在纵向加载梁9上，并通过千斤顶11与下方的分配梁7连接，施加竖向荷载，固定底座13通过螺栓固定安装在台座4上，柱靴12通过铰轴15铰接在固定底座13上，用于安装试件23的框架柱。
侧向限位单元24包括侧向调节组件31和固定组件，侧向调节组件31包括轴承定位板33、调节长板36、加强钢筋37和第二轴承35，第二轴承35固定在轴承定位板33上，轴承定位板33与调节长板36相连接，调节长板36上设置两个调节孔32，轴承定位板33能够在调节长板36上滑动，固定组件包括方钢管29，方钢管29固定于门架8上，调节长板36固定在方钢管29上，轴承定位板33带动第二轴承35能够在调节长板36上自由滑动，通过轴承定位板33和第二轴承35的伸缩，调整伸出量，以适应各种尺寸的试件23的框架结构。
安全防护单元包括交叉布置的横梁17和纵梁16,纵梁16固定于门架8上, 横梁17直接放置在纵梁16上，通过分布在纵梁16上的定位卡块18限制横梁17移动，防止试件23因破坏倒塌发生危险，同时可作为观察上层框架破坏的支撑结构，横梁17与纵梁16无需进行连接，通过分布在纵梁16上的定位卡块18限制其移动，以方便进行拆卸。
变形测量单元包括水平位移测量机构、梁柱转角测量机构和剪切变形测量机构，水平位移测量机构包括LVDT位移计20，LVDT位移计20设置在竖向支架19上，竖向支架19上端与纵向加载梁9固定连接，下端固定于台座4上，避免竖向支架19因高度过高产生变形，梁柱转角测量机构包括分布在试件23边柱和中柱上的柱根部的倾角仪21和梁根部的倾角仪21，倾角仪21位于试件23的梁端或柱脚的中间位置，剪切变形测量机构包括固定于试件23的梁柱节点区的拉线位移传感器22，拉线位移传感器22布置在梁柱节点区对角线位置上。
滚动摩擦支座10包括圆柱滚轴25、滑动板26和固定板27；固定板27通过螺杆与纵向加载梁9相连接，滑动板26通过第一轴承28悬挂在固定板27上，圆柱滚轴25通过滚轴定位板39进行定位，滚轴定位板39通过第一轴承28悬挂在固定板27上。
MTS作动器1型号为244.41S，最大加载速率为100mm/s，可满足拟动力加载试验的速率要求。
分配梁7由钢板焊接而成，钢板厚度不宜过小，以保证加载装置具有足够大的刚度，并在施加竖向荷载位置设置有加劲肋。
柱靴12的底板尺寸大于试件23的框架柱底面尺寸，柱靴12四周的侧板上均布有调节螺栓14，以便固定试件23的框架柱，柱靴12通过铰轴15与固定底座13铰接。
调节长板36之间设置有加强钢筋37，调节长板36与方钢管29之间设置有侧向加强板30，方钢管29与门架8之间设置有斜支撑38，通过斜支撑38和侧向加强板30增大侧向限位单元24的刚度。
LVDT位移计20可以设置多个且分别对应试件23的框架柱柱顶、框架梁梁端、框架柱柱底固定在竖向支架19上，本实施例中的试件23的框架包括第一层梁和第二层梁，LVDT位移20计共设置四个，分别采集试件23的框架柱柱底、第一层梁、第二层梁和框架柱柱顶的位移。
本发明中试件23的框架结构可以在水平方向发生自由移动和变形，试验装置易于安装，装置可进行多层梁板柱框架结构的低周往复加载试验和拟动力加载试验，试验数据测量准确，精度高，可同时满足低周期往复加载试验和拟动力加载试验的条件要求，变形测量单元可同时得到试件23框架结构的抗震性能和节点核芯区的变形性能，对多层框架结构的变形性能进行更加全面测量，侧向限位单元24的布置形式可有效减小试件23框架结构的偏移，同时对框架的性能影响较小。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：包括混凝土反力墙、台座、水平加载单元、竖向加载单元、变形测量单元；
水平加载单元包括MTS作动器、加载头、分配梁、柱头连接机构，MTS作动器的一端与混凝土反力墙连接，MTS作动器的另一端与加载头连接，加载头与分配梁连接，柱头连接机构设置在分配梁上用于连接试件的框架柱柱头；
竖向加载单元包括门架、纵向加载梁、滚动摩擦支座、千斤顶、柱靴、固定底座，门架固定于台座上，纵向加载梁与门架相连，滚动摩擦支座固定在纵向加载梁上，并通过千斤顶与下方的分配梁连接，施加竖向荷载，固定底座固定在台座上，柱靴铰接在固定底座上，用于安装试件的框架柱；
变形测量单元包括水平位移测量机构、梁柱转角测量机构和剪切变形测量机构，水平位移测量机构包括LVDT位移计，LVDT位移计设置在竖向支架上，竖向支架上端与纵向加载梁固定连接，下端固定于台座上，梁柱转角测量机构包括分布在试件边柱和中柱上的柱根部倾角仪和梁根部倾角仪，倾角仪位于试件的梁端或柱脚的中间位置，剪切变形测量机构包括固定于试件的梁柱节点区的拉线位移传感器，拉线位移传感器布置在梁柱节点区对角线位置上。
2.根据权利要求1所述的多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：滚动摩擦支座包括圆柱滚轴、滑动板和固定板；固定板通过螺杆与纵向加载梁相连接，滑动板通过第一轴承悬挂在固定板上，圆柱滚轴通过滚轴定位板进行定位，滚轴定位板通过第一轴承悬挂在固定板上。
3.根据权利要求1所述的多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：MTS作动器型号为244.41S。
4.根据权利要求1所述的多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：分配梁由钢板焊接而成，并在施加竖向荷载位置设置有加劲肋。
5.根据权利要求1所述的多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：柱靴的底板尺寸大于试件的框架柱底面尺寸，柱靴四周的侧板上均布有调节螺栓。
6.根据权利要求1所述的多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：还包括侧向限位单元，侧向限位单元包括侧向调节组件和固定组件，侧向调节组件包括轴承定位板、调节长板、加强钢筋和第二轴承，第二轴承固定在轴承定位板上，轴承定位板与调节长板相连接，调节长板上设置两个调节孔，轴承定位板能够在调节长板上滑动，固定组件包括方钢管，方钢管固定于门架上，调节长板固定在方钢管上。
7.根据权利要求3所述的多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：调节长板之间设置有加强钢筋，调节长板与方钢管之间设置有侧向加强板，方钢管与门架之间设置有斜支撑。
8.根据权利要求1所述的多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：还包括安全防护单元，安全防护单元包括交叉布置的横梁和纵梁,纵梁固定于门架上, 横梁直接放置在纵梁上，通过分布在纵梁上的定位卡块限制横梁移动。
9.根据权利要求1所述的多层框架结构加载及其变形测量装置，其特征在于：LVDT位移计设置多个且分别对应试件的框架柱柱顶、框架梁梁端、框架柱柱底固定在竖向支架上。
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