CN111751226A - 夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置及其使用方法 - Google Patents

夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置及其使用方法，该测试装置不仅能快速的安装和拆卸，且可多次重复使用，方便施加夯土与木梁节点的各向荷载作用，同时，夯土块置于容置腔体内，且轴力施力器对顶压板施压而不是直接对夯土块施加压力，使得在反复使用的过程中仍可有效避免夯土块压溃。

Description

夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置及其使用 方法
技术领域
本发明涉及土木建筑结构实验技术领域，具体涉及夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置及其使用方法。
背景技术
夯土结构是一种常见的古建筑结构形式，广泛应用于藏式古建筑、福建土楼、西北民居、古代城墙等中国传统建筑结构，具有就地取材、冬暖夏凉、结构独特、景观优美等特点，是我国历史建筑结构的重点保护和研究对象之一。
将木梁嵌入夯土墙，并结合木柱与木楼板等构件，形成协同受力体系，是发挥夯土结构性能与空间效率的有效形式。荷载遵循以下传递路径：首先由木楼板直接承受楼面荷载，然后传递至木梁形成的梁格结构，接着向下传递给木梁两端的木柱和夯土墙，最后木柱和夯土墙将荷载传递至基础和地基。在这个荷载传递路径中，夯土与木梁节点是异种材料的结合部，起到承上启下的作用，是发挥夯土结构性能的关键部位，必须确保其具有足够的抗弯承载力和变形性能。
现有抗弯测试装置多数是反力架与千斤顶的组合，主要适用于钢梁、混凝土梁或钢混组合节点，其特点在于，钢、混凝土或组合构件本身具有很大的刚度，通过螺杆可以较方便地锚固；构件的侧面和顶面容易施加其它荷载，如模拟重力作用而通过千斤顶施加竖向压力，模拟侧向约束作用而通过千斤顶或预应力施加水平压力等。但是，这些装置用于夯土与木梁节点抗弯加载试验时，仍存在一些不足之处：夯土成形前较为松散，即使成形也容易脆性破坏，难以锚固在地面或其它反力装置上，安装拆卸不便；夯土的顶面和侧面难以均匀施加荷载，容易局部受力集中而导致夯土块溃散，不能起到嵌固木梁，从而实现节点抗弯性能加载试验的目的。
发明内容
本发明提供了夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置及其使用方法，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，夯土与木梁节点包括夯土块和一端插接在夯土块内的木梁，木梁另一端悬空，该测试装置包括：
套箍机构，其包括容置腔体和顶压板，夯土块置于容置腔体内且木梁悬空的一端伸出容置腔体外，所述顶压板盖置在夯土块上且可在容置腔体内上下移动；
弯矩加载机构，其包括第一平衡反力架和可在竖直方向上拉拔或顶压木梁悬空的一端以对夯土和木梁节点施加正弯矩或负弯矩的弯矩施力器，该弯矩施力器安装在第一平衡反力架上；
轴力加载机构，其包括第二平衡反力架和可对顶压板施加轴向力进而传递至夯土块以模拟竖直方向重力作用的轴力施力器，该轴力施力器安装在第二平衡反力架上；及
可对夯土块侧面施加压力的侧压力加载机构，其位于容置腔体内。
一较佳实施例之中：所述侧压力加载机构包括两个侧压板和若干个对拉螺栓，夯土块位于两个侧压板之间，对拉螺栓两端分别与两个侧压板相连，可通过旋紧螺母以使两个侧压板相向移动而对夯土块施加侧向压力。
一较佳实施例之中：所述对拉螺栓设有四个且环形间隔布置在夯土块的四周。
一较佳实施例之中：所述容置腔体侧壁设有若干个分别与对拉螺栓相对应的让位侧孔；所述容置腔体前壁设有让位端孔，木梁悬空的一端从让位端孔伸出，该让位端孔沿着容置腔体高度方向延伸以对木梁的变形进行让位。
一较佳实施例之中：该测试装置还包括地锚机构，该地锚机构包括地锚基座和安装在地锚基座的地锚螺杆，地锚基座固接在容置腔体外。
一较佳实施例之中：所述地锚机构设有两组且分别与容置腔体的前后侧壁相连接。
一较佳实施例之中：所述顶压板顶端面设有垫块，所述轴力施力器与该垫块相对应。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置的使用方法，其应用上述任意一项所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，包括：
步骤10，将地锚机构的地锚基座与容置腔体相固接，再将侧压力加载机构放置在容置腔体内，接着，将夯土块填入侧压力加载机构的两个侧压板之间，再将木梁一端穿过容置腔体后插入夯土块内，然后盖上顶压板，以形成夯土块与木梁节点的模型试件；
步骤20，将步骤10中制成的模型试件吊装至测试现场，并通过地锚螺杆将地锚基座锁接在地面上，并安装好弯矩加载机构和轴力加载机构，以使轴力施力器对应顶压板中心，弯矩施力器对应木梁悬空的一端；
步骤30，通过旋紧对拉螺杆以使两个侧压板相向移动以对夯土块的两侧面施加恒定的侧向压力，以模拟夯土墙两侧的侧压力；通过轴力施力器对顶压板施力向下的竖向轴力以带动顶压板向下移动直至顶压板压抵在夯土块顶面，轴力施力器继续施力以对夯土块的顶面施加恒定的向下的竖向轴力，以模拟夯土墙竖直方向的重力作用；通过弯矩施力器在竖直方向上拉拔或顶压木梁悬空的一端，从而在夯土与木梁节点上作用正弯矩或负弯矩，以达到测试夯土与木梁节点的抗弯承载与变形性能的目的。
一较佳实施例之中：在步骤10中，地锚基座与容置腔体之间通过焊接连接；在步骤20中，第一平衡反力架与地面之间通过螺栓锁接，第二平衡反力架与地面之间通过螺栓锁接。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.该测试装置不仅能快速的安装和拆卸，且可多次重复使用，方便施加夯土与木梁节点的各向荷载作用，同时，夯土块置于容置腔体内，且轴力施力器对顶压板施压而不是直接对夯土块施加压力，使得在反复使用的过程中仍可有效避免夯土块压溃。
2.侧压力加载机构包括两个侧压板和若干个对拉螺栓，夯土块位于两个侧压板之间，通过旋紧对拉螺栓的螺母，可使得两个侧压板相向移动以夹紧夯土块，调节方便，且夯土块的侧面受力更加均匀，不会产生受力集中而导致夯土块溃散的现象。
3.对拉螺栓设有四个且环形间隔布置在夯土块的四周，进一步使得夯土块受到的侧面压力更加均匀。
4.地锚机构包括地锚基座和安装在地锚基座的地锚螺杆，地锚基座固接在容置腔体外，地锚螺杆可与实验室地面的地锚孔相锁接，使用更加方便。
5.顶压板顶端面设有垫块，可使轴力施力器对顶压板施加的力可通过垫块进行分散传递，以避免应力集中。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了一较佳实施例的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置的整体示意图。
图2(a)绘示了该测试装置的正视示意图。
图2(b)绘示了该测试装置的侧视图。
图2(c)绘示了该测试装置的俯视图。
图3(a)绘示了弯矩加载机构和轴力加载机构的结构图。
图3(b)绘示了侧压力加载机构的结构图。
图3(c)绘示了地锚机构的结构图。
图3(d)绘示了套箍机构的结构图。
图3(e)绘示了夯土与木梁节点的结构图。
具体实施方式
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”、“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸的固定连接、可拆卸的固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”、以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
请查阅图1至图3，夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置的一较佳实施例，所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置。
如图3(e)所示，夯土与木梁节点6包括夯土块20和一端插接在夯土块20内的木梁21，木梁21另一端悬空。且，夯土块20呈方形，木梁21呈长条形，木梁21与夯土块20之间呈垂直布置。
该测试装置包括套箍机构5、弯矩加载机构1、轴力加载机构2和侧压力加载机构3。
所述套箍机构5包括容置腔体和顶压板16，夯土块20置于容置腔体内且木梁21悬空的一端伸出容置腔体外，所述顶压板16盖置在夯土块20上且可在容置腔体内上下移动。如图3(d)所示，该容置腔体成方形，且由侧孔板14和端孔板18围成。
本实施例中，所述容置腔体侧壁设有若干个让位侧孔15；所述容置腔体前壁设有让位端孔19，木梁21悬空的一端从让位端孔19伸出，该让位端孔19沿着容置腔体高度方向延伸以对木梁21的变形进行让位。
本实施例中，所述顶压板16顶端面设有垫块17，所述轴力施力器8与该垫块17相对应。如图3(d)所示，该垫块17为圆盘状且采用钢材质。
所述弯矩加载机构1包括第一平衡反力架9和可在竖直方向上拉拔或顶压木梁21悬空的一端以对夯土20和木梁21节点施加正弯矩或负弯矩的弯矩施力器7，该弯矩施力器7安装在第一平衡反力架9上。本实施例中，第一平衡反力架9呈倒U形，其与地面可通过螺栓进行固定，所述弯矩施力器7可采用千斤顶。
所述轴力加载机构2包括第二平衡反力架91和可对顶压板16施加轴向力进而传递至夯土块20以模拟竖直方向重力作用的轴力施力器8，该轴力施力器8安装在第二平衡反力架91上。本实施例中，第二平衡反力架91呈倒U形，其与地面可通过螺栓进行固定，所述轴力施力器8可采用千斤顶。如图3(a)所示，弯矩加载机构1和轴力加载机构2呈前后间隔布置。
所述侧压力加载机构3可对夯土块20侧面施加压力，其位于容置腔体内。
本实施例中，所述侧压力加载机构3包括两个侧压板11和若干个对拉螺栓10，夯土块20位于两个侧压板11之间，对拉螺栓10两端分别与两个侧压板11相连，可通过旋紧螺母以使两个侧压板11相向移动而对夯土块20施加侧向压力。且，每一对拉螺栓10从对应的其中一让位侧孔15伸出，以方便螺母的调节。
本实施例中，所述对拉螺栓10设有四个且环形间隔布置在夯土块20的四周，也即，该侧压力加载机构3围成一个方形，夯土块20可置于该侧压力加载机构3中。
本实施例中，该测试装置还包括地锚机构4，该地锚机构4包括地锚基座13和安装在地锚基座13的地锚螺杆12，地锚基座13固接在容置腔体外。
本实施例中，所述地锚机构4设有两组且分别与容置腔体的前后侧壁相连接。
该测试装置的使用方法，包括：
步骤10，将地锚机构4的地锚基座13与容置腔体相固接，再将侧压力加载机构3放置在容置腔体内，接着，将夯土块20填入侧压力加载机构3的两个侧压板11之间，再将木梁21一端穿过容置腔体后插入夯土块20内，然后盖上顶压板16，以形成夯土块与木梁节点6的模型试件；本实施例中，在步骤10中，地锚基座13与容置腔体之间通过焊接连接；
步骤20，将步骤10中制成的模型试件吊装至测试现场，地面可预设地锚孔，并通过地锚螺杆12将地锚基座13锁接在地面上，并安装好弯矩加载机构1和轴力加载机构2，以使轴力施力器8对应顶压板16中心，弯矩施力器7对应木梁21悬空的一端；在步骤20中，第一平衡反力架9与地面之间通过螺栓锁接，第二平衡反力架91与地面之间通过螺栓锁接。
步骤30，通过旋紧对拉螺杆10以使两个侧压板11相向移动以对夯土块20的两侧面施加恒定的侧向压力，以模拟夯土墙两侧的侧压力；通过轴力施力器8对顶压板16施力向下的竖向轴力以带动顶压板16向下移动直至顶压板16压抵在夯土块20顶面，轴力施力器8继续施力以对夯土块20的顶面施加恒定的向下的竖向轴力，以模拟夯土墙竖直方向的重力作用；通过弯矩施力器7在竖直方向上拉拔或顶压木梁21悬空的一端，从而在夯土与木梁节点6上作用正弯矩或负弯矩，以达到测试夯土与木梁节点6的抗弯承载与变形性能的目的。
该测试装置不仅能快速的安装和拆卸，且可多次重复使用，方便施加夯土与木梁节点6的各向荷载作用，同时，夯土块20置于容置腔体内，且轴力施力器8对顶压板16施压而不是直接对夯土块20施加压力，使得在反复使用的过程中仍可有效避免夯土块20压溃。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (9)

1.夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，夯土与木梁节点包括夯土块和一端插接在夯土块内的木梁，木梁另一端悬空，其特征在于：该测试装置包括：
套箍机构，其包括容置腔体和顶压板，夯土块置于容置腔体内且木梁悬空的一端伸出容置腔体外，所述顶压板盖置在夯土块上且可在容置腔体内上下移动；
弯矩加载机构，其包括第一平衡反力架和可在竖直方向上拉拔或顶压木梁悬空的一端以对夯土和木梁节点施加正弯矩或负弯矩的弯矩施力器，该弯矩施力器安装在第一平衡反力架上；
轴力加载机构，其包括第二平衡反力架和可对顶压板施加轴向力进而传递至夯土块以模拟竖直方向重力作用的轴力施力器，该轴力施力器安装在第二平衡反力架上；及
可对夯土块侧面施加压力的侧压力加载机构，其位于容置腔体内。
2.根据权利要求1所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，其特征在于：所述侧压力加载机构包括两个侧压板和若干个对拉螺栓，夯土块位于两个侧压板之间，对拉螺栓两端分别与两个侧压板相连，可通过旋紧螺母以使两个侧压板相向移动而对夯土块施加侧向压力。
3.根据权利要求2所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，其特征在于：所述对拉螺栓设有四个且环形间隔布置在夯土块的四周。
4.根据权利要求2所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，其特征在于：所述容置腔体侧壁设有若干个分别与对拉螺栓相对应的让位侧孔；所述容置腔体前壁设有让位端孔，木梁悬空的一端从让位端孔伸出，该让位端孔沿着容置腔体高度方向延伸以对木梁的变形进行让位。
5.根据权利要求2所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，其特征在于：该测试装置还包括地锚机构，该地锚机构包括地锚基座和安装在地锚基座的地锚螺杆，地锚基座固接在容置腔体外。
6.根据权利要求5所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，其特征在于：所述地锚机构设有两组且分别与容置腔体的前后侧壁相连接。
7.根据权利要求1所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，其特征在于：所述顶压板顶端面设有垫块，所述轴力施力器与该垫块相对应。
8.夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置的使用方法，其应用权利要求5至7中任意一项所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置，其特征在于：包括：
步骤10，将地锚机构的地锚基座与容置腔体相固接，再将侧压力加载机构放置在容置腔体内，接着，将夯土块填入侧压力加载机构的两个侧压板之间，再将木梁一端穿过容置腔体后插入夯土块内，然后盖上顶压板，以形成夯土块与木梁节点的模型试件；
步骤20，将步骤10中制成的模型试件吊装至测试现场，并通过地锚螺杆将地锚基座锁接在地面上，并安装好弯矩加载机构和轴力加载机构，以使轴力施力器对应顶压板中心，弯矩施力器对应木梁悬空的一端；
步骤30，通过旋紧对拉螺杆以使两个侧压板相向移动以对夯土块的两侧面施加恒定的侧向压力，以模拟夯土墙两侧的侧压力；通过轴力施力器对顶压板施力向下的竖向轴力以带动顶压板向下移动直至顶压板压抵在夯土块顶面，轴力施力器继续施力以对夯土块的顶面施加恒定的向下的竖向轴力，以模拟夯土墙竖直方向的重力作用；通过弯矩施力器在竖直方向上拉拔或顶压木梁悬空的一端，从而在夯土与木梁节点上作用正弯矩或负弯矩，以达到测试夯土与木梁节点的抗弯承载与变形性能的目的。
9.根据权利要求8所述的夯土与木梁节点抗弯承载与变形性能的测试装置的使用方法，其特征在于：在步骤10中，地锚基座与容置腔体之间通过焊接连接；在步骤20中，第一平衡反力架与地面之间通过螺栓锁接，第二平衡反力架与地面之间通过螺栓锁接。
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