CN110657931A - 一种偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，包括：反力架；天车梁，其设置于反力架的下方，天车梁的左右两端以能够前后移动的方式与反力架连接；拉压千斤顶，其上端与天车梁的中部连接；球铰，其上端与拉压千斤顶的下端连接；构件，其上端以能够拆卸的方式与球铰的下端连接，下端固定在地面上；以及水平作动器，其设置于构件的后方，水平作动器的前端以能够拆卸的方式与构件的上端连接，后端与反力墙连接。采用本发明的天车在水平作动器的往复作用下，带动构件上端进行前后移动，并保证了轴拉力相对构件的位置不变和方向相对构件顶面的垂直不变，准确模拟了实际工程中可能出现的偏拉工况，极大缩小了实验误差。

Description

一种偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置

技术领域

本发明涉及拟静力加载试验装置技术领域，特别涉及一种偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置。

背景技术

由于土地资源的有限和人口基数的扩张，充分高效利用土地成为现代建筑需要不断突破的挑战。得益于现代建筑技术的高速发展，超限高层，尤其在高烈度区的超限高层数量犹如雨后春笋般涌现。超限高层虽有效缓解了资源稀缺问题，但随着建筑高宽比的急剧飙升，加之高烈度区地震的双作用，该种结构底部的竖向构件(如框架柱、剪力墙)面临着偏心受拉的危险，而目前针对该种地震工况对竖向构件的影响很少受到工程界的关注和重视，相关的研究技术和装置有亟待完善。

现有的竖向构件抗震性能研究主要集中于偏心受压工况下的破坏机理和抗震性能指标研究，相关的抗震性能试验规程也是基于偏心受压工况进行的。由于拟静力抗震性能试验中对侧移竖向构件施加固定位置的竖向拉力存在一定难度，至今并没有符合实际偏心受拉工况的试验装置。目前尝试采用的偏拉工况下抗震性能试验装置都存在一个共同的缺陷：在低周往复地震力加载过程中，轴拉力的方向不能垂直于构件而造成一定的夹角，由此产生的分力对侧向地震力进行干扰，最终得到的试验结果存在极大的误差，影响对拉剪工况下竖向构件破坏机理和抗震性能的正确评估。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，从而克服现有试验装置的实验误差大的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，包括：反力架；天车梁，其设置于所述反力架的下方，该天车梁的左右两端分别通过第一连接装置以能够前后移动的方式与所述反力架连接；拉压千斤顶，其上端通过第二连接装置与所述天车梁的中部连接；球铰，其上端通过第五连接装置与所述拉压千斤顶的下端连接；构件，其上端通过第三连接装置以能够拆卸的方式与所述球铰的下端连接，下端固定在地面上；以及水平作动器，其设置于所述构件的后方，该水平作动器的前端通过第四连接装置以能够拆卸的方式与所述构件的上端连接，后端与反力墙连接。

优选地，上述技术方案中，所述第一连接装置包括：三个支承板，三个所述支承板分别为第一支承板、第二支承板和第三支承板，每个所述支承板上设置有若干个第一通孔；所述第一支承板设置于所述反力架的顶面上，所述第二支承板设置于所述反力架的底面上，且所述第三支承板设置于所述第二支承板的下方，所有的所述支承板上的所述第一通孔一一对应设置形成若干个第一通孔道，每个所述第一通孔道内插设有第一螺杆，且每个所述支承板在每个所述第一通孔的外侧设置有与相应的所述第一螺杆啮合的第一螺母；其中，所述天车梁的两端分别位于相应的所述第一连接装置的所述第二支承板和所述第三支承板之间，且所述天车梁的两端的顶面和底面分别通过移动机构以能够前后移动的方式与相应的所述支承板连接。

优选地，上述技术方案中，所述移动机构包括若干个滚轴，所述天车梁的两端的顶面和底面分别设置有若干个所述滚轴。

优选地，上述技术方案中，所述第二连接装置包括第四支承板和第五支承板，所述第四支承板设置于所述天车梁的中部的顶面上，所述拉压千斤顶的上端与所述第五支承板焊接，且所述第五支承板设置于所述天车梁的中部的底面上，所述第四支承板和所述第五支承板均设置有若干个第二通孔，且所述第四支承板的所述第二通孔和所述第五支承板的所述第二通孔一一对应设置形成若干个第二通孔道，每个所述第二通孔道内插设有第二螺杆，且每个所述第二通孔道的两端分别设置有与相应的所述第二螺杆啮合的第二螺母。

优选地，上述技术方案中，所述第三连接装置包括若干个第三螺杆和若干个第三螺母，所述球铰的下端设置有若干个第三通孔，所述构件的上端设置有若干个竖直分布的第一预留孔，所述第三通孔与所述第一预留孔一一对应设置形成若干个第三通孔道，每个所述第三通孔道内插设有所述第三螺杆，且每个所述第三通孔道的两端分别设置有与相应的所述第三螺杆啮合的所述第三螺母。

优选地，上述技术方案中，所述第四连接装置包括若干个第四螺杆和若干个第四螺母，所述水平作动器的前端设置有若干个第四通孔，所述构件的上端设置有若干个水平分布的第二预留孔，所述第四通孔与所述第二预留孔一一对应设置形成若干个第四通孔道，每个所述第四通孔道内插设有所述第四螺杆，且每个所述第四通孔道的两端分别设置有与相应的所述第四螺杆啮合的所述第四螺母。

优选地，上述技术方案中，所述第五连接装置包括第一法兰盘和第二法兰盘，所述拉压千斤顶的下端设置有所述第一法兰盘，所述球铰的顶部设置有所述第二法兰盘，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘上下相对分布并通过螺栓连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的天车梁的两端以能够前后移动的方式与反力架连接，以实现在水平作动器的水平往复作用下，天车梁也能配合进行并带动构件上端的前后自由平移，并且拉压千斤顶也在天车梁的带动下随着构件平移，实现了偏拉工况下拟静力加载试验中竖向构件的轴拉力在持荷的同时，其作用点也能保持不变，从而真正模拟了竖向构件偏拉工况的正确性。

2.本发明的装置中的球铰作为拉压千斤顶与构件之间的特殊连接，为采用千斤顶提拉方式进行偏拉工况下的拟静力加载提供了必要修正，鉴于悬臂式的拟静力加载方式中轴力加载装置会与构件上端产生夹角，进而轴力方向相对构件发生改变，以及轴力的一部分以分力的形式损失，并且二者会随着水平推力的大小变化而变化，变化大小难以估计，直接并严重影响加载结果的正确性；而偏拉工况下的拟静力加载采用拉压千斤顶进行提拉以施加轴拉力，采用螺栓连接将球铰与拉压千斤顶和构件二者进行连接，既保证了拉压千斤顶能随着构件上端同步移动，又能在拉压千斤顶与构件产生夹角的情况下保证轴拉力的大小的完整传递和相对构件的方向的不变性，以此保证偏拉工况下的拟静力加载结果的正确性。

附图说明

图1是根据本发明的一种偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置的主体结构示意图。

图2是根据本发明的图1的右视示意图。

图3是根据本发明的反力架、天车梁和第一连接装置的连接结构示意图。

图4是根据本发明的天车梁、千斤顶、球铰、第二连接装置和第五连接装置的连接示意图。

主要附图标记说明：

1-反力架，2-第一连接装置，2-1-滚轴，2-2-第一螺杆，2-3-第一螺母，2-4-第一支承板，2-5-第二支承板，2-6-第三支承板，3-第二连接装置，3-1-第四支承板，3-2-第五支承板，3-3-第二螺杆，3-4-第二螺母，4-天车梁，5-拉压千斤顶，6-第五连接装置，6-1-第一法兰盘，6-2-第二法兰盘，7-球铰，8-第三连接装置，8-1-第三螺杆，8-2-第三螺母，9-构件，10-地面，11-水平作动器，12-第四连接装置，12-1-第四螺杆，12-2-第四螺母，13-反力墙。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1至图4显示了根据本发明优选实施方式的一种偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置的结构示意图，该加载装置包括反力架1、天车梁4、拉压千斤顶5、球铰7、构件9以及水平作动器11。参考图1和图2，反力架1的长度沿左右方向设置，天车梁4设置于反力架1的下方，天车梁4的长度也沿左右方向设置，且天车梁4的左右两端分别通过第一连接装置2以能够前后移动的方式与反力架1连接，以使天车梁4能够前后平移，拉压千斤顶5的上端通过第二连接装置3与天车梁4的中部连接，球铰7的上端通过第五连接装置6与拉压千斤顶5的下端连接，构件9的上端通过第三连接装置8以能够拆卸的方式与球铰7的下端连接，且构件9的下端固定在地面10上，水平作动器11设置于构件9的后方，水平作动器11的前端通过第四连接装置12以能够拆卸的方式与构件9的上端连接，且水平作动器11的后端与反力墙13连接。本发明的天车梁4的两端分别通过第一连接装置2以能够前后移动的方式与反力架1连接，以实现天车梁4的前后自由平移，在水平作动器11的水平往复作用下，带动构件9上端进行前后移动，充分模拟水平地震力，实现了拉压千斤顶5的轴拉力在持荷的同时也能随着水平地震力的往复施加而与构件9同步前后移动，真正模拟了竖向构件9偏拉工况的正确性，准确检测对拉剪工况下竖向构件9的破坏机理和抗震性能，减小实验误差；由于天车梁4前后移动会带动拉压千斤顶5的轴拉力方向转换，将球铰7设置于拉压千斤顶5与构件9之间，通过天车梁4的前后移动和球铰7的转动，能够保证拉压千斤顶5在施加轴拉力的同时，通过球铰7的转动进行微调，以使轴拉力方向始终与构件9垂直，从而进一步减小实验误差。

继续参考图1至图3，优选地，第一连接装置2包括三个支承板，每个支承板上设置有若干个第一通孔，其中，三个支承分别为第一支承板2-4、第二支承板2-5和第三支承板2-6；第一支承板2-4设置于反力架1的顶面上，第二支承板2-5设置于反力架1的底面上，且第三支承板2-6设置于第二支承板2-5的下方，以使所有的支承板上的第一通孔一一对应设置形成若干个第一通孔道，在每个第一通孔道内插设有第一螺杆2-2，且在每个支承板的每个第一通孔的外侧设置有与相应的第一螺杆2-2啮合的第一螺母2-3，即第一支承板2-4的上侧在每个第一通孔的位置上设置有与相应的第一螺杆2-2啮合的第一螺母2-3，第二支承板2-5的下侧在每个第一通孔的位置上设置有与相应的第一螺杆2-2啮合的第一螺母2-3，第三支承板2-6的下侧在每个第一通孔的位置上设置有与相应的第一螺杆2-2啮合的第一螺母2-3，通过旋转拧紧相应的第一螺母2-3，以使第一支承板2-4和第二支承板2-5紧贴在反力架1相应的侧面上。其中，天车梁4的两端分别位于相应的第一连接装置2的第二支承板2-5和第三支承板2-6之间，且天车梁4的两端的顶面和底面分别通过移动机构以能够前后移动的方式与相应的支承板连接。进一步优选地，移动机构包括若干个滚轴2-1，天车梁4的两端的顶面和底面分别设置有若干个滚轴2-1，即天车梁4的两端的顶面和底面分别嵌套有若干个滚轴2-1，每个滚轴2-1以能够前后转动的方式安装于天车梁4上，通过旋转拧紧相应的第一螺母2-3，以将天车梁4夹设在第二支承板2-5和第三支撑板之间，从而使天车梁4顶面上的滚轴2-1能够沿着第二支承板2-5的底面前后滚动，天车梁4底面上的滚轴2-1能够沿着第三支承板2-6的顶面前后滚动。

继续参考图1和图4，优选地，第二连接装置3第四支承板3-1和第五支承板3-2，第四支承板3-1设置于天车梁4的中部的顶面上，拉压千斤顶5的上端与第五支承板3-2焊接，且第五支承板3-2设置于天车梁4的中部的底面上。第四支承板3-1和第五支承板3-2均设置有若干个第二通孔，且第四支承板3-1的第二通孔和第五支承板3-2的第二通孔一一对应设置形成若干个第二通孔道，每个第二通孔道内插设有第二螺杆3-3，且每个第二通孔道的两端分别设置有与相应的第二螺杆3-3啮合的第二螺母3-4，即第四支承板3-1的外侧在每个第二通孔的位置上设置有与相应的第二螺杆3-3啮合的第二螺母3-4，第五支承板3-2的外侧在每个第二通孔的位置上设置有与相应的第二螺杆3-3啮合的第二螺母3-4，通过旋转拧紧每个第二螺母3-4，以将拉压千斤顶5的上端固定在天车梁4上。

继续参考图1和图2，优选地，第三连接装置8包括若干个第三螺杆8-1和若干个第三螺母8-2，球铰7的下端设置有若干个第三通孔，构件9的上端设置有若干个竖直分布的第一预留孔，第三通孔与第一预留孔一一对应设置形成若干个第三通孔道，每个第三通孔道内插设有第三螺杆8-1，且每个第三通孔道的两端分别设置有与相应的第三螺杆8-1啮合的第三螺母8-2，通过旋转拧紧每个第三螺母8-2，以将构件9的上端与球铰7的下端连接。

参考图2，优选地，第四连接装置12包括若干个第四螺杆12-1和若干个第四螺母12-2，水平作动器11的前端设置有若干个第四通孔，构件9的上端设置有若干个水平分布的第二预留孔，第四通孔与第二预留孔一一对应设置形成若干个第四通孔道，每个第四通孔道内插设有第四螺杆12-1，且每个第四通孔道的两端分别设置有与相应的第四螺杆12-1啮合的第四螺母12-2，通过旋转拧紧每个第四螺母12-2，以将构件9的上端与水平作动器11的前端连接。

继续参考图1、图2和图4，优选地，第五连接装置6包括第一法兰盘6-1和第二法兰盘6-2，拉压千斤顶5的下端设置有第一法兰盘6-1，球铰7的顶部设置有第二法兰盘6-2，第一法兰盘6-1和第二法兰盘6-2上下相对分布并通过螺栓连接，以将球铰7固定在拉压千斤顶5的下端。

使用时，将构件9的下端固定在地面10上，并通过第三连接装置8和第四连接装置12将构件9的上端分别固定在球铰7的下端和水平作动器11的前端，以进行加载试验，通过水平作动器11对构件9施加水平往复作用，以提供水平方向模拟地震作用力的施加，并通过拉压千斤顶5对构件9施加竖向的轴拉力。其中，通过天车梁4的前后自由移动，能够保证拉压千斤顶5施加轴拉力的同时，轴拉力相对构件9的施力点保持不变，而通过球铰7的转动微调，实现轴拉力的方向始终与构件9保持垂直，进而极大地缩小实验误差。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，其特征在于，包括：

反力架；

天车梁，其设置于所述反力架的下方，该天车梁的左右两端分别通过第一连接装置以能够前后移动的方式与所述反力架连接；

拉压千斤顶，其上端通过第二连接装置与所述天车梁的中部连接；

球铰，其上端通过第五连接装置与所述拉压千斤顶的下端连接；

构件，其上端通过第三连接装置以能够拆卸的方式与所述球铰的下端连接，下端固定在地面上；以及

水平作动器，其设置于所述构件的后方，该水平作动器的前端通过第四连接装置以能够拆卸的方式与所述构件的上端连接，后端与反力墙连接。

2.根据权利要求1所述的偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，其特征在于，所述第一连接装置包括：

三个支承板，三个所述支承板分别为第一支承板、第二支承板和第三支承板，每个所述支承板上设置有若干个第一通孔；所述第一支承板设置于所述反力架的顶面上，所述第二支承板设置于所述反力架的底面上，且所述第三支承板设置于所述第二支承板的下方，所有的所述支承板上的所述第一通孔一一对应设置形成若干个第一通孔道，每个所述第一通孔道内插设有第一螺杆，且每个所述支承板在每个所述第一通孔的外侧设置有与相应的所述第一螺杆啮合的第一螺母；

其中，所述天车梁的两端分别位于相应的所述第一连接装置的所述第二支承板和所述第三支承板之间，且所述天车梁的两端的顶面和底面分别通过移动机构以能够前后移动的方式与相应的所述支承板连接。

3.根据权利要求2所述的偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，其特征在于，所述移动机构包括若干个滚轴，所述天车梁的两端的顶面和底面分别设置有若干个所述滚轴。

4.根据权利要求1所述的偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，其特征在于，所述第二连接装置包括第四支承板和第五支承板，所述第四支承板设置于所述天车梁的中部的顶面上，所述拉压千斤顶的上端与所述第五支承板焊接，且所述第五支承板设置于所述天车梁的中部的底面上，所述第四支承板和所述第五支承板均设置有若干个第二通孔，且所述第四支承板的所述第二通孔和所述第五支承板的所述第二通孔一一对应设置形成若干个第二通孔道，每个所述第二通孔道内插设有第二螺杆，且每个所述第二通孔道的两端分别设置有与相应的所述第二螺杆啮合的第二螺母。

5.根据权利要求1所述的偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，其特征在于，所述第三连接装置包括若干个第三螺杆和若干个第三螺母，所述球铰的下端设置有若干个第三通孔，所述构件的上端设置有若干个竖直分布的第一预留孔，所述第三通孔与所述第一预留孔一一对应设置形成若干个第三通孔道，每个所述第三通孔道内插设有所述第三螺杆，且每个所述第三通孔道的两端分别设置有与相应的所述第三螺杆啮合的所述第三螺母。

6.根据权利要求1所述的偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，其特征在于，所述第四连接装置包括若干个第四螺杆和若干个第四螺母，所述水平作动器的前端设置有若干个第四通孔，所述构件的上端设置有若干个水平分布的第二预留孔，所述第四通孔与所述第二预留孔一一对应设置形成若干个第四通孔道，每个所述第四通孔道内插设有所述第四螺杆，且每个所述第四通孔道的两端分别设置有与相应的所述第四螺杆啮合的所述第四螺母。

7.根据权利要求1所述的偏拉工况下竖向构件抗震性能试验的加载装置，其特征在于，所述第五连接装置包括第一法兰盘和第二法兰盘，所述拉压千斤顶的下端设置有所述第一法兰盘，所述球铰的顶部设置有所述第二法兰盘，所述第一法兰盘和所述第二法兰盘上下相对分布并通过螺栓连接。

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