CN109489927A - 长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构工程领域，公开了一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置及方法，该装置包括：反力框架、试件加载装置、长期荷载装置和温控装置；试件加载装置包括：千斤顶和至少一组作动器组件；千斤顶对梁柱节点试件的柱段加载轴压力；作动器组件对梁柱节点试件的梁段加载竖向压力；长期荷载装置包括：用于对梁柱节点试件的柱端施加长期荷载的预紧组件；温控装置将梁柱节点试件的节点充分包裹，并控制节点所处的环境温度。本发明提供的一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置及方法，能够实现长期荷载下的梁柱节点火灾后的抗震性能试验，研究长期荷载、火灾对梁柱节点滞回性能的影响。

Description

长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及结构工程领域，特别是涉及一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置及方法。

背景技术

梁-柱连接节点的抗震性能是整体结构抗震性能的关键。目前对梁柱节点抗震性能的研究主要局限于常温下的抗震性能，并没有考虑其他荷载作用的影响，例如长期荷载、偶然荷载等。在实际工程中，节点通常处于长期荷载的作用下，柱构件和梁构件一般会受到较大的竖向荷载。

随着结构工程的不断发展，结构的抗火性能越来越受到工程师们的关注。每年发生的建筑结构火灾不胜枚举。在火灾后，一般工程结构都受到了不同程度的损伤，这些受损结构的火灾后力学性能成为亟需解决的关键问题。我国大部分区域都处于抗震设防区域，清楚知晓火灾后的抗震性能，方能为灾后修复和加固提供科学依据。目前，梁、柱、板等基本构件的耐火性能方面已经开展了一部分研究，但结构关键梁-柱连接节点的耐火性能以及火灾后力学性能的研究案例仍然不多，主要就是缺乏能合理反映结构全寿命周期过程的基础试验设备。

传统的试验装置，一般只能对常温下的梁-柱节点构件进行独立的抗震性能研究或抗火性能研究，而在结构全寿命周期过程中，节点一般先承受长期荷载，然后在长期荷载维持不变的情况下，遭遇火灾，在此基础上测试受损结构的抗震性能。在已有的试验装置的基础上，需进一步考虑长期荷载和火灾对梁柱节点抗震性能的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是为了研究长期荷载和火灾对梁柱节点抗震性能的影响，提供一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置及方法。

(二)技术方案

针对现有技术中存在的技术问题，第一方面，本发明提供一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，包括：反力框架、试件加载装置、长期荷载装置和温控装置；所述试件加载装置包括：千斤顶和至少一组作动器组件；所述千斤顶设置在所述反力框架顶部内侧、且对梁柱节点试件的柱段加载轴压力；所述作动器组件设置在所述反力框架内、且对梁柱节点试件的梁段加载竖向压力；所述长期荷载装置包括：用于对所述梁柱节点试件的柱端施加长期荷载的预紧组件；所述温控装置将所述梁柱节点试件的节点充分包裹，并控制节点所处的环境温度。

进一步地，所述试件加载装置包括两组对称设置在所述千斤顶两侧的作动器组件；每组所述作动器组件包括：两个对称设置在所述梁柱节点试件的梁段上下两侧的竖向作动器。

进一步地，所述千斤顶通过第一铰支座对梁柱节点试件的柱顶设置第一铰支座，所述千斤顶通过第一铰支座对柱段加载轴压力；所述梁柱节点试件的柱脚通过第二铰支座设置在所述反力框架底部内侧。

进一步地，所述预紧组件包括：设置在所述梁柱节点试件的柱顶的第一加载板，设置在所述梁柱节点试件的柱脚的第二加载板，连接所述第一加载板和第二加载板的加载杆，以及设置在所述加载杆穿过所述第一加载板和/或第二加载板的一端的紧固件；所述第一加载板通过所述第一铰支座与所述千斤顶底部连接，所述第二加载板通过所述第二铰支座固定在所述反力框架内底部。

进一步地，所述紧固件为螺母，所述加载杆穿过所述第一加载板和/或第二加载板的一端设有与所述螺母松紧配合的外螺纹。

进一步地，所述温控装置包括：炉体，所述节点包裹在所述炉体的炉膛中；所述炉体设有分别供所述梁柱节点试件的柱段和梁段的两端穿过的多个通孔；所述炉体的炉膛内设有加热装置。

进一步地，所述炉体包括：对称设置在所述梁柱节点试件的前后两侧第一炉盖和第二炉盖；所述第一炉盖和第二炉盖可盖合形成所述炉体；所述通孔设置在所述第一炉盖或所述第二炉盖上。

进一步地，所述温控装置还包括：滑动机构，所述滑动机构包括：横穿所述反力框架、设置在所述柱段两侧的滑轨；所述第一炉盖和所述第二炉盖的底部分别设有与所述滑轨配合滑动的滑轮。

进一步地，所述千斤顶与所述第一铰支座之间设有第一压力传感器；所述第一加载板和/或第二加载板与对应所述紧固件之间设有第二压力传感器。

第二方面，本发明还提供了一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试方法，基于上述所述的装置，所述方法包括以下步骤：

S1：通过长期荷载装置的预紧组件对梁柱节点试件的柱段施加长期荷载力；

S2：采用温控装置将所述梁柱节点试件的节点充分包裹，并控制节点所处的环境温度，模拟火灾损伤；

S3：一边卸载所述预紧组件，一边通过千斤顶对所述梁柱节点试件的柱顶施加荷载，过程中维持柱顶荷载大小不变，然后进行节点滞回试验。

(三)有益效果

本发明提供的一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置及方法，通过长期荷载装置对梁柱节点试件的柱段施加长期荷载力，并采用温控装置对节点加热，模拟火灾损伤情形，释放试件的长期荷载力后，通过千斤顶对梁柱节点试件的柱段施加与长期荷载力相同的荷载，从而可以实现长期荷载下的梁柱节点火灾后的抗震性能试验，研究长期荷载、火灾对梁柱节点滞回性能的影响。

附图说明

图1为本发明长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置一实施例的正视结构示意图；

图3为图1中长期荷载装置一实施例的结构示意图；

图4为图1中温控装置的盖合状态一实施例的结构示意图；

图5为图1中温控装置的打开状态一实施例的结构示意图。

其中：

1：反力框架； 2：试件加载装置； 3：长期荷载装置；

4：温控装置； 5：梁柱节点试件； 6：第一铰支座；

7：第二铰支座； 4a：第一炉盖； 4b：第二炉盖；

11：反力横梁； 12：承台； 13：立柱；

21：千斤顶； 22：作动器组件； 31：第一加载板；

32：第二加载板； 33：加载杆； 34：紧固件；

41：通孔； 42：加热装置； 43：滑轨；

44：滑轮； 45：喷火口； 46：观察孔；

221：竖向作动器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1给出了本发明长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置一实施例的结构示意图；图2给出了本发明长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置一实施例的正视结构示意图。如图1和图2所示，该装置包括：反力框架1、试件加载装置2、长期荷载装置3和温控装置4；所述试件加载装置2包括：千斤顶21和至少一组作动器组件22；所述千斤顶21设置在所述反力框架1顶部内侧、且对梁柱节点试件5的柱段加载轴压力；所述作动器组件22设置在所述反力框架1内、且对梁柱节点试件5的梁段加载竖向压力；所述长期荷载装置3包括：用于对所述梁柱节点试件5的柱端施加长期荷载的预紧组件；所述温控装置4将所述梁柱节点试件5的节点充分包裹，并控制节点所处的环境温度。

具体地，反力框架1包括：反力横梁11、立柱13和承台12，反力横梁11位于承台12的上方，反力横梁11与承台12之间通过两个立柱13连接构成框架结构；梁柱节点试件5、试件加载装置2、长期荷载装置3和温控装置4均设置在框架结构所包围的区域内。其中，反力横梁11、立柱13和承台12的形状均可以为长方体、工字型结构等，还可以是通过多个长方体框架拼接形成的长方形框架结构。

试件加载装置2主要是对梁柱节点试件5加载荷载，由千斤顶21和作动器组件22构成，千斤顶21对柱段加载轴压力，作动器组件22对梁段的两端加载竖向压力。其中，千斤顶21是一种通过刚性顶举件对工件施加压力的装置，可采用传统机械千斤顶21或液压千斤顶21等，其固定在反力横梁11的下表面中部，梁柱节点试件5设置在千斤顶21与承台12之间，且位于千斤顶21的正下方。作动器组件22具体可由两个对称设置在梁柱节点试件5的梁段上下两侧的竖向作动器221组成，其中一个竖向作动器221固定在反力横梁11下表面，对梁段一端加载向下的压力，另一个竖向作动器221固定在承台12的上表面，对梁段的同一端加载向上的压力；本实施例在梁柱节点试件5的梁段的左右两侧分别设置一组作动器组件22，可以对梁段的两端分别施加上下两个方向的竖向压力。竖向作动器221可采用现有技术中常用的作动器装置，通常由液压驱动件驱动活塞杆构成，活塞杆向梁段的方向施加作用力。

图3给出了长期荷载装置一实施例的结构示意图，如图3所示，长期荷载装置3包括：用于对所述梁柱节点试件5的柱端施加长期荷载的预紧组件。具体地，该预紧组件具体可以由第一加载板31、第二加载板32、加载杆33和紧固件34构成，第一加载板31设置在梁柱节点试件5的柱顶，第二加载板32设置在所述梁柱节点试件5的柱脚，第一加载板31和第二加载板32之间通过多个加载杆33连接，多个加载杆33对应设置在加载板的对角处，加载杆33的数量可设计为2-8根，梁柱节点加载试件放置在第一加载板31、第二加载板32和加载杆33所围成的区域内。此外，第一加载板31/第二加载板32上设有供加载杆33穿过的小孔，每个加载杆33的两端均穿过第一加载板31和第二加载板32的小孔(也可仅一端穿过第一加载板31或第二加载板32)，穿过的一端上设有紧固件34，紧固件34可在加载杆33上向下或向上移动对第一加载板31/第二加载板32施加长期的荷载压力，其中紧固件34具体可采用螺母，加载杆33穿过的一端设有与螺母配合螺接的外螺纹，螺母套在加载杆33上向下/向上拧紧以对第一加载板31/第二加载板32施加荷载。梁柱节点试件5通过长期荷载装置3模拟建筑结构节点的长期荷载状态。另外，长期荷载装置3通过第一加载板31、第二加载板32、加载杆33和紧固件34构成，可方便梁柱节点试件5的安装和拆卸，在进行加载测试时，可将梁柱节点试件5安装在长期荷载装置3内，施加预定的长期荷载力，再将长期荷载装置3放置在承台12上，置于千斤顶21的下方，千斤顶21对第一加载板31施加压力，以实现对柱段加载轴压力。

进一步地，所述第一加载板31的顶部可设置第一铰支座6，千斤顶21通过第一铰支座6对梁柱节点试件5的柱段加载轴压力；第二加载板32的底部通过第二铰支座7设置在承台12上，第二铰支座7固定在承台12的上表面中部，加载测试时，将长期荷载装置3搁置在第二铰支座7上。第一铰支座6和第二铰支座7均采用传统的固定铰支座装置，其是由上下两个支座通过光滑的圆柱铰链联接，可以转动，但不能产生任何方向的移动。

另外，第一加载板31和/或第二加载板32与对应的紧固件34之间可以设置第二压力传感器，可对柱段精确地施加预定的长期荷载，还可在千斤顶21与第一铰支座6之间设置第一压力传感器，以实现千斤顶21对柱段加载与长期荷载相同的压力。

温控装置4将梁柱节点试件5的节点充分包裹，可以通过调节温度而控制节点所处的环境温度，以模拟火灾对节点造成的损伤。具体地，温控装置4包括：炉体，炉体设有分别供梁柱节点试件5的柱段和梁段的两端穿过的多个通孔41，梁柱节点试件5放置在炉体的炉膛内，其柱段和梁段的两端通过通孔41伸出炉体，形成节点包裹在炉膛中的结构，其中炉体的炉膛内设有加热装置42，该加热装置42可采用电热丝和明火配合加热，以模拟火灾情形，还可在炉体上设置观察孔46，便于观察炉膛内节点的损伤情况。其中炉体可为长方体型、正方体型或圆柱体型等，位于加载杆33所围成的区域内。而在模拟火灾发生的情形后，需要对节点进行降温，以进行火灾后节点的加载测试模拟，由此可将炉体设计为由可开合的第一炉盖4a和第二炉盖4b构成，第一炉盖4a和第二炉盖4b盖合时将节点包裹，对节点加热后，再打开第一炉盖4a和第二炉盖4b，以便于节点的自然降温，此外，可以在炉体上设置喷火口45，通过喷火口45向炉膛内鼓入空气或冷气加速节点的降温。

其中，图4给出了温控装置的盖合状态一实施例的结构示意图；图5给出了温控装置的打开状态一实施例的结构示意图，如图4和图5所示，第一炉盖4a和第二炉盖4b对称设置在梁柱节点试件5的梁段的前后两侧，第一炉盖4a/第二炉盖4b均可以由上、下、左、右、后五个侧板构成盖型结构，并在上、下、左、右四个侧板上分别开设凹槽，且凹槽的槽口与盖口衔接，第一炉盖4a和第二炉盖4b进行盖合时即可实现梁柱节点试件5节点的包裹。进一步地，温控装置4可设置滑动机构，该滑动机构包括：横穿所述反力框架1、设置在所述柱段两侧的滑轨43；第一炉盖4a和第二炉盖4b的底部分别设有与滑轨43配合滑动的滑轮44，以实现第一炉盖4a和第二炉盖4b的滑动开合。需要说明的是，可在多个通孔41处分别设置保温套，梁柱节点试件5的柱段和梁段的两端分别通过保温套伸出炉膛，可以保证炉膛内的保温性能。

本发明提供的一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，有益效果如下：

(1)长期荷载作用下梁柱节点火灾后抗震性能试验装置安装方便。试件加载装置2在反力框架1基础上，集成温控装置4以及长期荷载装置3，便于梁柱节点的模拟火灾后抗震性能的滞回性能测试。

(2)长期荷载作用下梁柱节点火灾后抗震性能测试装置能够满足多种荷载组合。可以综合考虑长期荷载、火灾对滞回性能的影响，也可以单独考虑其中的任意一种荷载对滞回性能的影响。

(3)长期荷载作用下梁柱节点火灾后抗震性能测试装置支持多种升降温方式，适用范围广。温控系统既可以通过电加热也可以通过明火加热，既可以自然冷却也可以通过鼓入空气或冷气快速降温。能够满足对应的温度要求，适应试验需求。

(4)长期荷载作用下梁柱节点火灾后抗震性能试验装置有广泛的适用性。通过加大空隙与保温材料添堵的方式，能够满足多种构件形式、构件位置的升降温过程，支持多种梁柱形式的加载。

基于上述的装置的基础上，长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试方法具体步骤如下：S1：通过长期荷载装置3的预紧组件对梁柱节点试件5的柱段施加长期荷载力；S2：采用温控装置4将所述梁柱节点试件5的节点充分包裹，并控制节点所处的环境温度，模拟火灾损伤；S3：一边卸载预紧组件，一边通过千斤顶21对梁柱节点试件5的柱顶施加荷载，过程中维持柱顶荷载大小不变，然后进行节点滞回试验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)

1.一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，包括：反力框架、试件加载装置、长期荷载装置和温控装置；

所述试件加载装置包括：千斤顶和至少一组作动器组件；所述千斤顶设置在所述反力框架顶部内侧、且对梁柱节点试件的柱段加载轴压力；所述作动器组件设置在所述反力框架内、且对梁柱节点试件的梁段加载竖向压力；

所述长期荷载装置包括：用于对所述梁柱节点试件的柱端施加长期荷载的预紧组件；

所述温控装置将所述梁柱节点试件的节点充分包裹，并控制节点所处的环境温度。

2.根据权利要求1所述的长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，所述试件加载装置包括两组对称设置在所述千斤顶两侧的作动器组件；每组所述作动器组件包括：两个对称设置在所述梁柱节点试件的梁段上下两侧的竖向作动器。

3.根据权利要求1所述的长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，所述千斤顶通过第一铰支座对梁柱节点试件的柱顶设置第一铰支座，所述千斤顶通过第一铰支座对柱段加载轴压力；所述梁柱节点试件的柱脚通过第二铰支座设置在所述反力框架底部内侧。

4.根据权利要求1所述的长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，所述预紧组件包括：设置在所述梁柱节点试件的柱顶的第一加载板，设置在所述梁柱节点试件的柱脚的第二加载板，连接所述第一加载板和第二加载板的加载杆，以及设置在所述加载杆穿过所述第一加载板和/或第二加载板的一端的紧固件；所述第一加载板通过所述第一铰支座与所述千斤顶底部连接，所述第二加载板通过所述第二铰支座固定在所述反力框架内底部。

5.根据权利要求4所述的长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，所述紧固件为螺母，所述加载杆穿过所述第一加载板和/或第二加载板的一端设有与所述螺母松紧配合的外螺纹。

6.根据权利要求4所述的长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，所述温控装置包括：炉体，所述节点包裹在所述炉体的炉膛中；所述炉体设有分别供所述梁柱节点试件的柱段和梁段的两端穿过的多个通孔；所述炉体的炉膛内设有加热装置。

7.根据权利要求6所述的长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，所述炉体包括：对称设置在所述梁柱节点试件的前后两侧第一炉盖和第二炉盖；所述第一炉盖和第二炉盖可盖合形成所述炉体；所述通孔设置在所述第一炉盖或所述第二炉盖上。

8.根据权利要求7所述的长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，所述温控装置还包括：滑动机构，所述滑动机构包括：横穿所述反力框架、设置在所述柱段两侧的滑轨；所述第一炉盖和所述第二炉盖的底部分别设有与所述滑轨配合滑动的滑轮。

9.根据权利要求4所述的长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试装置，其特征在于，所述千斤顶与所述第一铰支座之间设有第一压力传感器；所述第一加载板和/或第二加载板与对应所述紧固件之间设有第二压力传感器。

10.一种长期荷载下的梁柱节点火灾后抗震性能测试方法，其特征在于，基于权利要求1-9所述的装置，所述方法包括以下步骤：

S1：通过长期荷载装置的预紧组件对梁柱节点试件的柱段施加长期荷载力；

S2：采用温控装置将所述梁柱节点试件的节点充分包裹，并控制节点所处的环境温度，模拟火灾损伤；

S3：一边卸载所述预紧组件，一边通过千斤顶对所述梁柱节点试件的柱顶施加荷载，过程中维持柱顶荷载大小不变，然后进行节点滞回试验。