CN112504809A - 一种模拟灾变装置及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟灾变装置及实验方法，涉及建筑结构实验装置及方法领域，其技术方案要点包括反力台座，所述反力台座为槽式试验台座；所述槽式试验台座上有用于放置试件且将试件围绕的置物组件，槽式试验台座包括位于置物组件两侧的槽轨；所述槽轨上还设有可拆卸的载荷组件，载荷组件包括与槽轨连接的支座部件和与支座部件螺栓连接的载荷部件；所述支座部件设置有地脚螺栓与反力台座锚固；所述载荷部件上连接有对置物组件内试件顶部施加压力的下压装置，下压装置作用至试件上后产生反作用力，且该反作用力通过支座部件传递至反力台座上，技术效果是能够将对试件施压时产生的反力进行平衡。

Description

一种模拟灾变装置及实验方法
技术领域
本发明涉及抗震实验设备的技术领域，特别涉及一种模拟灾变装置及实验方法。
背景技术
建筑中为研究结构在地震作用下的反应，相应的试验研究必不可少。《建筑抗震试验规程》记载的抗震实验主要有四个试验板块，分别为拟静力试验、拟动力试验、模拟地震震动台试验以及现场结构动力特性测试。目前，市场上针对拟动力试验和模拟地震震动台试验所生产的装置各种各样，但是针对拟静力试验的实验装置寥寥无几。
现有的拟静力试验的实验装置不能对试件在施压时产生的反力进行平衡，从而导致实验结果产生误差而不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟灾变装置及实验方法，其具有能够将对试件施压时产生的反力进行平衡的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种模拟灾变装置，包括反力台座，所述反力台座为槽式试验台座；所述槽式试验台座上有用于放置试件且将试件围绕的置物组件，槽式试验台座包括位于置物组件两侧的槽轨；所述槽轨上还设有可拆卸的载荷组件，载荷组件包括与槽轨连接的支座部件和与支座部件螺栓连接的载荷部件；所述支座部件设置有地脚螺栓与反力台座锚固；所述载荷部件上连接有对置物组件内试件顶部施加压力的下压装置，下压装置作用至试件上后产生反作用力，且该反作用力通过支座部件传递至反力台座上。
通过采用上述技术方案，载荷组件、槽式试验台座、下压装置和地脚锚栓形成一个竖向反力装置，同时竖向反力装置有足够的刚度、承载力和稳定性，且竖向反力装置不改变试件的受力状态，从而在下压装置对试件施加力时，下压装置将反力传递至支座部件上，支座部件通过地脚锚栓与槽式试验台座锚固，使得支座部件将反力传递至槽式试验台座上，通过地脚锚栓的锚固，不仅能防止载荷组件在实验过程中发生偏移而导致实验结果不准确，同时能够将反力集中传递至槽式试验台座上，且槽式试验台座适用于实验吨位较大的构件，所以槽式试验台座能够平衡对试件施加荷载时所产生的反力，使得试验结果更加精确。
进一步设置：所述置物组件包括放置在槽式试验台座上的底部钢板，对破裂后的试件提供支撑的防护部件和加固防护部件的加固部件；所述防护部件连接在底部钢板上方。
通过采用上述技术方案，防护部件和加固部件能对破裂后的试件有一个更好的支撑作用。
进一步设置：所述防护部件包括设置在底部钢板上的钢板围栏，钢板围栏上设有开口窗；所述加固部件包括设置在钢板围栏上的若干加固板。
通过采用上述技术方案，钢板围栏和加固板不仅具有良好的支撑，还具有更好的经济性能；开口窗内便于观察钢板围栏内部情况。
进一步设置：所述支座部件包括槽轨上的底部固定板，底部固定板上连接有至少三个底部框架柱，底部框架柱上连接有上部固定板；所述上部固定板上连接有若干上部框架柱，上部框架柱上连接有顶部连接板；所述顶部连接板两侧设有螺纹孔。
通过采用上述技术方案，支座部件通过底部框架柱和上部框架柱的设置，使得支座部件有足够的刚度、承载力和稳定性，起到很好的支撑作用，不会改变试件的受力状态；螺纹孔能够便于与载荷部件的连接。
进一步设置：所述底部固定板、上部固定板和顶部连接板材质为钢板；所述底部框架柱和上部框架柱材质为Q235H型钢。
通过采用上述技术方案，Q235H型钢具有结构强度高、结构自重轻、结构稳定性高的优点。
进一步的设置：所述地脚螺栓为活动地脚螺栓，活动地脚螺栓材质为Q235钢；地脚螺栓埋入槽轨的一端呈J形或L形，另一端与底部固定板紧固连接。
通过采用上述技术方案，活动地脚螺栓是一种可拆卸的地脚螺栓，便于固定工作有强烈震动和冲击的重型机械设备；活动地脚螺栓材质为Q235钢，便于做丝扣；活动地脚螺栓埋入槽轨的一端呈J形或L形，活动地脚螺栓与槽轨之间更加的稳固，通过活动地脚螺栓将力集中传递至槽式试验台座，使得支座部件在实验时所产生的反力可以通过槽式试验台座平衡，且通过活动地脚螺栓锚固支座部件，还能防止载荷组件发生偏移，减少实验误差。
进一步的设置：所述载荷部件包括横梁，横梁两端连接有若干立柱；立柱底端两侧有加固支板，加固支板上端两侧连接有连接钢板；所述连接钢板上连接有螺栓，螺栓与螺纹孔螺栓连接有螺母。
通过采用上述技术方案，横梁与立柱的设置，使得载荷部件有足够的刚度、承载力和稳定性，同时加固支板设置在立柱两侧使得立柱与顶部连接板的接触面积更大，能够将载荷支架受到的反力集中传递给支座部件且在与支座部件通过螺栓连接的时候，使得载荷部件的结构更加稳定，同时不改变试件的受力状态，减少实验误差。
进一步的设置：所述横梁材质为Q235H型钢；所述立柱和加固支板材质为槽钢。
通过采用上述技术方案，Q235H型钢具有结构强度高、结构自重轻、结构稳定性高的优点；槽钢具有改变物体的着力结构的优点。
进一步的设置：所述下压装置包括实验机器和将实验机器与横梁固定的固定部件；所述实验机器包括加荷千斤顶和油泵控制台；所述固定部件包括连接在实验机器上端的第一连接板，第一连接板上连接有若干双头螺柱，双头螺柱连接有第二连接板。
通过采用上述技术方案，实验机器根据实验需要可以固定在横梁的任意位置且有足够的承载力安全储备。
本发明的另一目的是提供一种模拟灾变装置的实验方法。
S1.准备阶段。
S1.1将试件放置在底部钢板上，同时将试件确定在长度方向上的中点位置；
S2.调整阶段：
S2.1 根据试件所在位置，将实验机器于宽度方向滑移确定实验中点；
S2.2 通过固定部件将实验机器固定在载荷部件上。
S3 实验阶段：
S3.1 通过实验机器预设的加载履历对试件缓慢的进行推覆分析或者往复循环加载压力；
S3.2 通过开口窗观察实验过程，并记录实验数据。
S4 结束阶段：
实验结束后关闭实验机器。
通过该实验方法使用该模拟灾变装置能够使得实验数据更加的准确。
综上所诉，本发明具有以下有益效果：
1. 置物组件能够在试件破裂后倒向四周时提供一个支撑，防止破裂的试件砸伤实验人员，保证实验过程中的安全。
2.在试件比较大不能直接放入置物组件时，通过载荷组件的可拆卸连接，可以将试件放入置物组件中；同时可以在不做实验时，将载荷部件与支座部件分离后放置在一侧，避免支座部件中钢材在不做实验时发生疲劳损害与形变，也便于检查载荷部件中钢材是否有疲劳损害与形变，降低实验误差的产生。
3. 活动地脚螺栓是一种可拆卸的地脚螺栓，所以可以根据试件的高度不同，更换不同高度的支座部件来适配试件的高度。
附图说明
图1是本实施方式下的结构示意图；
图2是本实施方式下的爆炸示意图；
图中，1、槽式试验台座；10、置物组件；11、底部钢板；12、防护部件；13、加固部件；121、钢板围栏；122、开口窗；131、加固板；20、载荷组件；21、支座部件；22、载荷部件；3、槽轨；211、底部固定板；212、底部框架柱；213、地脚锚栓；214、上部框架柱；215、顶部连接板；216、上部固定板；217、螺栓孔；221、横梁；222、槽钢；223、加固支板；224、连接钢板；225、螺栓；226、螺母；31、实验机器；321、第一连接板；322、双头螺柱；323、第二连接板；32、固定部件；30、下压装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种优选实施方式：
一种模拟灾变装置及实验方法，如图1所示，一种模拟灾变装置包括用以平衡施加在试件上的荷载所产生的反力的反力台座，反力台座设置在实验室内地面上，反力台座为混凝土结构，该装置中的反力台座为槽式试验台座1，该槽式试验台座的承受抗拔力设计值取500KN/m，槽式试验台座的台座厚度为2m，且槽式试验台座1适用于实验吨位较大的构件且实验的加载点位置可沿台座的槽向任意变动。
如图1所示，槽式试验台座1上有用于放置试件且包围试件的置物组件10，置物组件10包括设置在槽式试验台座1上的底部钢板11，阻挡试件破裂后倒向四周的防护部件12和加固防护部件12的加固部件13。
防护部件12包括设置在底部钢板11四周的钢板围栏121，钢板围栏121与底部钢板11四周焊接，通过钢板围栏121能够在实验过程中试件发生崩坏的时候防止破碎块砸伤人和弄乱实验环境；在实验过程中可通过钢板围栏121上的开口窗122对实验过程进行观察和监测，开口窗122在钢板围栏121一侧，且开口窗122竖直方向设置贯穿钢板围栏121，这样能够观测到钢板围栏121内的所有情况。
加固部件13包括设置在钢板围栏121上的若干加固板131（在图2中所示），在钢板围栏121四面的加固板焊接形成矩形。
如图1所示，槽式试验台座1上有载荷组件20，从而通过载荷组件20便于将试件放入防护部件12。载荷组件20包括与槽式试验台座1两侧连接的支座部件21和与支座部件21可拆卸连接的载荷部件20。
如图2所示，支座部件21设置在槽式试验台座1两侧的槽轨3上，槽轨3是用型钢制成的纵向多跨连续框架式结构，埋置在槽式试验台座的混凝土内，槽轨3的设计值q=400KN/m，。支座部件21包括每侧槽轨3上底部固定板211，底部固定板211沿槽向放置，底部固定板211材质为Q235钢板；底部固定板211上连接有至少3个底部框架柱212，底部框架柱212材质为Q235H型钢，底部框架柱212与底部固定板211连接方式为焊接；底部固定板211两端连接有底部框架柱212，剩余的底部框架柱212均匀放置于两端的底部框架柱212中间，使底部框架柱212能够更好均衡受力；底部框架柱212上端连接有上部固定板216，上部固定板216与底部固定板的形状相同，上部固定板216材质为Q235钢板，上部固定板216与底部框架柱212连接方式为焊接，从而使得支座部件21具有一个稳定的下部支撑。上部固定板216沿槽方向对称连接有两个上部框架柱214，上部框架柱214与上部固定板216通过焊接进行连接，上部框架柱214材质为Q235H型钢；上部框架柱214上有顶部连接板215，顶部连接板215两端分别与上部框架柱214连接，顶部连接板215材质为Q235钢板，顶部连接板215两端与上部框架柱214的连接方式为焊接，顶部连接板215上对称设置有螺纹孔，从而使得支座部件21成一个梯形结构，具有更好的稳定性且能够将力集中传递至下部支撑。槽轨3上有至少两个地脚锚栓213，地脚锚栓213与槽轨3通过锚固方式连接；底部固定板211通过地脚锚栓213与槽轨3栓接，地脚锚栓213在底部固定板211上沿槽向对称设置；地脚螺栓213为一种活动地脚螺栓，是一种可拆卸的地脚螺栓，便于固定工作有强烈震动和冲击的重型机械设备，活动地脚螺栓材质为Q235钢，d=65mm，便于做丝扣，活动地脚螺栓埋入槽轨3的一端呈J形或L形，从而使得槽轨3锚固支座部件21，使得支座部件21在实验时施加荷载所产生的反力可以通过槽式试验台座1平衡，使实验结果更加精确。
载荷部件22包括横梁221，横梁221的材质为Q235H型钢，横梁跨度L=1.5m；横梁221两端与两组立柱222顶端垂直固定连接，立柱222的材质为槽钢，沿槽方向相对于横梁221对称设置的两个立柱222为一组，从而使载荷部件22具有更好的稳定性；每组立柱222底端沿槽方向两侧有加固支板223，加固支板223材质为槽钢；加固支板223相对于立柱222竖直方向对称设置，加固支板223与立柱222连接方式为焊接，从而使得每组立柱222更加稳定且与顶部连接板215接触面积更大；立柱222沿槽方向两侧对称设置有连接钢板224，连接钢板224与立柱222相抵，连接钢板224固定在加固支板223两端，加固支板223上固定有螺栓225，螺栓225连接有螺母226，螺栓225可穿过螺栓孔217与螺母226进行螺纹连接，从而使得载荷部件22能够与支座部件21连接，使得载荷组件20整体受力更加均匀。
Q235H型钢具有结构强度高、结构自重轻、结构稳定性高的优点；槽钢具有改变物体的着力结构的优点。
横梁221上有用于模拟灾变系统进行试验的下压装置30，下压装置30包括实验机器31（在图1中所示）和可以将实验机器31固定在横梁221任意位置的固定部件32。实验机器31包括加荷千斤顶和油泵控制台，加荷千斤顶的最大施加压力值为200（t）。固定部件32包括连接在千斤顶上的第一连接板321，横梁221上滑动连接有第二连接板323，第一连接板321与第二连接板323通过若干双头螺柱322连接，从而使实验机器31能够固定在横梁221任一水平位置，使可进行实验的范围更加广。
设计数据分析：
载荷组件20均采用Q235钢材，Q235钢材的抗拉、抗压、抗弯设计强度值 f =200（N/mm²） ,经过计算允许最大荷载设计值P=2100（KN），实验仪器31的最大压力施加值为200（t），满足实验需求。
地脚螺栓213采用Q235钢材，Q235钢材的抗拉强度设计值ft= 554(KN),该实验装置采用了至少4个地脚螺栓213，按最少4个地脚螺栓213计算，实验机器最大荷载为200（t），则每个螺栓承受的拉力为500（KN），500（KN）＜554（KN），满足设计要求。
槽轨3的设计值q=400KN/m，能够满足地脚螺栓213的受拉强度，从而能够平衡试验机器31在施加最大荷载时产生的反力，使得实验结果更加的准确。
该实验装置中各个节点采用焊接方式，使得各个节点为刚性节点，所以载荷组件20中各个部件之间的斜率是连续的，同时该实验装置主要用于承受竖向静荷载的试验，不存在较大的水平方向的荷载，故不需要考虑水平方向荷载。
一种模拟灾变装置实验方法。
S1.准备阶段：
S1.1将试件放置在底部钢板11上，同时将试件确定在长度方向上的中点位置；
通过起重机将载荷部件22升起，然后通过螺栓225螺栓穿过螺栓孔217与螺母226螺纹配合，从而使得载荷部件22与支座部件21连接。
S2.调整阶段：
S2.1 根据试件所在位置，将实验机器31于宽度方向滑移确定实验中点；
S2.2 通过拧紧双头螺柱322使得第一连接板321和第二连接板323与横梁221紧固，从而使得通过固定部件32将实验机器31固定在载荷部件22上。
S3 实验阶段：
S3.1 通过实验机器31预设的加载履历对试件缓慢的进行推覆分析或者往复循环加载压力；
S3.2 通过开口窗122观察实验过程，并记录实验数据。
S4 结束阶段：
S4.1 实验结束后关闭实验机器31。
上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种模拟灾变装置，其特征在于：包括反力台座，所述反力台座为槽式试验台座(1)；
所述槽式试验台座（1）上有用于放置试件且将试件围绕的置物组件(10)，槽式试验台座包括位于置物组件（10）两侧的槽轨（3）；
所述槽轨（3）上还设有可拆卸的载荷组件（20），载荷组件（20）包括与槽轨（3）连接的支座部件（21）和与支座部件（21）螺栓连接的载荷部件（22）；
所述支座部件（21）设置有地脚螺栓（225）与反力台座锚固；
所述载荷部件（22）上连接有对置物组件内试件顶部施加压力的下压装置（30），下压装置（30）作用至试件上后产生反作用力，且该反作用力通过支座部件（21）传递至反力台座上。
2.根据权利要求1所述的一种模拟灾变装置，其特征在于：所述置物组件(10)包括放置在槽式试验台座(1)上的底部钢板(11)，对破裂后的试件提供支撑的防护部件(12)和加固防护部件(12)的加固部件(13)；
所述防护部件(12)连接在底部钢板(11)上方。
3.根据权利要求2所述的一种模拟灾变装置，其特征在于：所述防护部件(12)包括设置在底部钢板(11)上的钢板围栏(121)，钢板围栏(121)上设有开口窗(122)；
所述加固部件(13)包括设置在钢板围栏(121)上的若干加固板(131)。
4.根据权利要求1所述的一种模拟灾变装置，其特征在于：所述支座部件(21)包括槽轨(3)上的底部固定板(211)，底部固定板(211)上连接有至少三个底部框架柱(212)，底部框架柱(212)上连接有上部固定板(216)；所述上部固定板(216)上连接有若干上部框架柱(214)，上部框架柱(214)上连接有顶部连接板(215)；所述顶部连接板(215)两侧设有螺纹孔。
5.根据权利要求4所述的一种模拟灾变装置，其特征在于：所述底部固定板(211)、上部固定板(216)和顶部连接板(215)材质为钢板；
所述底部框架柱(212)和上部框架柱(214)材质为Q235H型钢。
6.根据权利要求4所述的一种模拟灾变装置，其特征在于：所述地脚螺栓（213）为活动地脚螺栓，活动地脚螺栓材质为Q235钢；地脚螺栓（213）埋入槽轨（3）的一端呈J形或L形，另一端与底部固定板（211）紧固连接。
7.根据权利要求4所述的一种模拟灾变装置，其特征在于：所述载荷部件(22)包括横梁(221)，横梁(221)两端连接有若干立柱；立柱底端两侧有加固支板(223)，加固支板(223)上端两侧连接有连接钢板(224)；所述连接钢板(224)上连接有螺栓(225)，螺栓(225)与螺纹孔螺栓(225)连接有螺母(226)。
8.根据权利要求7所述的一种模拟灾变装置，其特征在于：所述横梁(221)材质为Q235H型钢；
所述立柱和加固支板(223)材质为槽钢(222)。
9.根据权利要求7所述的一种模拟灾变装置，其特征在于：所述下压装置（30）包括实验机器(31)和将实验机器(31)与横梁(221)固定的固定部件(32)；
所述实验机器（31）包括加荷千斤顶和油泵控制台；
所述固定部件(32)包括连接在实验机器(31)上端的第一连接板(321)，第一连接板(321)上连接有若干双头螺柱(322)，双头螺柱(322)连接有第二连接板(323)。
10.一种采用如权利要求1～9任一所述的模拟灾变装置的实验方法，其特征在于：
S1.准备阶段：
S1.1将试件放置在底部钢板（11）上，同时将试件确定在长度方向上的中点位置；
S2.调整阶段：
S2.1 根据试件所在位置，将实验机器（31）于宽度方向滑移确定实验中点；
S2.2 通过固定部件（32）将实验机器（31）固定在载荷部件（22）上；
S3 实验阶段：
S3.1 通过实验机器（31）预设的加载履历对试件缓慢的进行推覆分析或者往复循环加载压力；
S3.2 通过开口窗（122）观察实验过程，并记录实验数据；
S4 结束阶段：
S4.1 实验结束后关闭实验机器（31）。
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