CN113049203A - 一种砌体墙平面外抗震性能实验系统及其实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，包括：静力台座，设置在静力台座上一侧的侧向限位系统，设置在静力台座上另外一侧的横向荷载系统，在侧向限位系统以及横向荷载系统之间设置待测砌体墙，该系统还包括设置在墙体上方的竖向荷载系统；本发明还公开了一种应用砌体墙平面外抗震性能实验系统的实验方法；该方法基于拟静力试验方法，利用水平往复作作动器模拟面外地震荷载作用；本发明通过多级剪力分配装置实现四分点加载再将力传递至第二螺杆，第二螺杆将平面外均布荷载拟化为四条水平等距的横向集中力传到试件上，具有传力路径明确，应力分布均匀，实验精度高结果精准的特点，使得对构件的平面外抗震性能研究更加准确可靠。

Description

一种砌体墙平面外抗震性能实验系统及其实验方法
技术领域
本发明涉及建筑结构抗震试验技术领域，特别是涉及一种砌体墙平面外抗震性能实验系统及其实验方法。
背景技术
砌体结构是世界上应用历史最为悠久的建筑结构形式。由于砌体材料来源广泛,施工方便,相对造价低廉,因而在世界各国都得到了普遍应用。由于砖砌体属脆性材料,其具有一定的抗压承载力,而抗拉、抗剪、抗弯能力很低,因此砌体结构特别是无筋砌体结构的整体性较差,承载力较低。由于砌块及砂浆的抗拉强度非常低，砌块墙体在承受平面外荷载时墙体很快就会沿灰缝发生弯曲破坏，而配筋砌体内设置的纵向钢筋主要集中在平面外截面受弯的中和轴附近，对抵抗平面外弯矩的贡献非常小。现行规范中对砌体结构平面内受力分析模式做了十分详细说明，而实际工程中一般也只考虑砌体的平面内受力性能，对其平面外的受力性能一般只在构造上予以考虑。然而砌体结构在承受平面内荷载的同时还可能承受由强风、洪水、爆炸冲击波以及山体滑坡等引起的平面外荷载。实验方法和实验装置的设计对于更好的模拟墙体在实际荷载下的受力情况起着举足轻重的作用，现有拟静力试验装置尤其是抗弯实验装置有着很大的局限性，如不能消除试件自重以及只能进行单调加载等弊端。因此，设计一种新型砖砌体墙平面外抗震性能试验和方法从而完善砖砌体墙的抗震性能的实验研究，为砖砌体墙的设计和加固提供理论参考。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种砌体墙平面外抗震性能实验系统及其实验方法，用以更加真实地模拟墙体在地震荷载下的受力性能及抗震性能，而且试验效果符合预期、数据真实可靠。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，包括：静力台座，设置在所述静力台座上一侧的侧向限位系统，设置在所述静力台座上另外一侧的横向荷载系统，在所述侧向限位系统以及所述横向荷载系统之间设置待测砌体墙，所述待测砌体墙通过基础梁固定在所述静力台座上，所述待测砌体墙的上方浇筑有圈梁，所述实验系统还包括设置在所述圈梁上方的竖向荷载系统；
所述侧向限位系统包括至少一个三脚架，所述三脚架设置在所述待测砌体墙的一侧，所述三脚架的底面固定在所述静力台座上，所述三脚架平面一侧的上端与所述圈梁之间设有多个第一螺杆，所述三脚架平面一侧的下端与所述基础梁进行固定连接，所述三脚架的斜面一侧还设置有垫板，所述垫板固定在静力台座上，在所述垫板与所述三脚架的斜面之间，设置有横向千斤顶；
所述横向荷载系统包括反力墙，所述反力墙固定在所述静力台座上，并且设置在所述待测砌体墙的另外一侧，在所述反力墙与所述待测砌体墙之间设有水平往复作动器，所述水平往复作动器的底座固定在所述反力墙的墙面上，在所述水平往复作动器与所述待测砌体墙之间还设有多级剪力分配装置，所述多级剪力分配装置包括：垂直设置的长工字钢和两个短工字钢，所述长工字钢的一侧与所述水平往复作动器的端头活动连接，所述长工字钢的另外一侧的上端以及下端对称设置短工字钢，所述长工字钢与所述短工字钢之间通过钢管进行固定连接，所述两个短工字钢与固定在所述待测砌体墙上的双面螺杆连接装置进行连接；
所述竖向荷载系统包括至少一个反力架，所述反力架包括横梁，所述横梁通过立柱固定在所述静力平台上，并且置于所述圈梁的上方，所述横梁的下方连接有压梁，所述压梁与所述圈梁平齐，并且置于在所述圈梁的正上方，在所述压梁与所述圈梁之间设有多个竖向千斤顶。
进一步的，所述两个短工字钢的上端以及下端均连接有所述双面螺杆连接装置，所述双面螺杆连接装置包括：沿着所述待测砌体墙的中线对称设置在所述待测砌体墙两端的钢筋环以及被所述钢筋环水平固定在墙面上的第二螺杆，所述第二螺杆在所述待测砌体墙的两侧均设有，所述钢筋环的上肢下肢均嵌入所述待测砌体墙的砂浆灰缝内；
所述短工字钢与相邻一侧的所述第二螺杆进行连接。
进一步的，在所述压梁与所述圈梁之间设有两个竖向千斤顶，所述竖向千斤顶的对称放置在圈梁的三等分点处。
进一步的，所述钢管水平设置，设置在所述短工字钢的中线位置，并且所述钢管与所述短工字钢以及所述长工字钢均通过焊接进行固定连接。
进一步的，所述侧向限位系统包括两个三脚架，所述两个三脚架与所述圈梁之间均平行设有两个第一螺杆，所述两个三脚架沿着所述待测砌体墙的中线对称设置；
所述竖向荷载系统包括个两个反力架，所述两个反力架沿着所述待测砌体墙的中线对称设置。
进一步的，所述横向荷载系统还包括起吊装置，所述起吊装置的一端固定在所述横梁上，所述起吊装置的另外一端分别连接所述长工字钢以及与所述长工字钢上端连接的短工字钢。
进一步的，所述横向千斤顶以及所述竖向千斤顶均为电动控制液压式千斤顶；所述第一螺杆的直径大于第二螺杆的直径。
本发明还提供一种应用砌体墙平面外抗震性能实验系统的实验方法，包括如下步骤：
步骤S1、将所述待测砌体墙设置在所述静力台座的基础梁上，在所述待测砌体墙的一侧设置侧向限位系统，所述侧向限位系统固定在所述静力台座上，并且为所述待测砌体墙提供侧向支撑，然后在所述待测砌体墙的上端设置竖向荷载系统；
步骤S2、在所述待测砌体墙的另外一侧设置横向荷载系统，在设置所述横向荷载系统过程中，通过起吊装置将所述多级剪力分配装置吊装至预设位置，然后再将所述多级剪力分配装置与所述水平往复作动器以及双面螺杆连接装置进行连接；
步骤S3、利用所述竖向荷载系统给所述待测砌体墙施加轴向压力；
步骤S4、基于拟静力试验方法，利用所述水平往复作作动器模拟面外地震荷载作用，为所述待测砌体墙施加侧向的荷载，在加载荷载的同时，测量并且记录所述待测砌体墙的侧向位移以及相应的侧向荷载；
步骤S5、根据所述侧向位移以及相应的侧向荷载得到荷载-位移滞回曲线。
本发明提供一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，包括：
本发明还提供一种应用砌体墙平面外抗震性能实验系统的实验方法，包括如下步骤：
本发明的有益效果是：
1、本发明通过多级剪力分配装置实现四分点加载再将力传递至第二螺杆，第二螺杆将平面外均布荷载拟化为四条水平等距的横向集中力传到试件上，具有传力路径明确，应力分布均匀，实验精度高结果精准的特点，使得对构件的平面外抗震性能研究更加准确可靠。
2、与传统的受弯承载力试验相比，本发明通过在墙面设置双面螺杆连接装置，并且将双面螺杆连接装置与多级剪力分配装置进行连接，实现墙体在推和拉两个方向都能受力，不是简单的单调加载更好的模拟墙体在地震荷载作用下的实际工作性能。
3、通过本实验系统进行多次实验论证，具体是通过四组砖砌体墙平面外抗震性能实验，得到不同墙体的实时荷载位移关系滞回曲线骨架曲线等实验参数，经试验检验表明应用本发明提供的实验系统，其试验过程安全可控，可靠稳定，试验结果准确。
附图说明
图1为实施例1中提供的实验系统的结构示意图。
图2为实施例1中待测砌体墙的示意图。
图中：
1-静力台座、201-三脚架、202-第一螺杆、203-垫板、204-横向千斤顶、301-反力墙、302-水平往复作动器、3031-长工字钢、3032-短工字钢、3033-钢管、401-待测砌体墙、402-基础梁、403-圈梁、501-横梁、502-立柱、503-压梁、504-竖向千斤顶、601-钢筋环、602-第二螺杆、7-起吊装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1和图2，本实施例提供一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，包括：静力台座1，设置在静力台座1上一侧的侧向限位系统，设置在静力台座1上另外一侧的横向荷载系统，在侧向限位系统以及横向荷载系统之间设置待测砌体墙401，待测砌体墙401通过基础梁402固定在静力台座1上，待测砌体墙401的上方浇筑有圈梁403，实验系统还包括设置在圈梁403上方的竖向荷载系统。
具体的说，在本实施例中，侧向限位系统包括两个三脚架201，两个三脚架201均设置在待测砌体墙401的一侧，这两个三脚架201的底面固定在静力台座1上，这两个三脚架201平面一侧的上端与圈梁403之间均平行设有两个第一螺杆202，第一螺杆202为粗螺杆，这两个三脚架201沿着待测砌体墙401的中线对称设置；设置这两个粗螺杆的目的是在于，抵住圈梁403形成边界条件，以防止墙体在加载过程中反生滑移。
这两个三脚架201平面一侧的下端与基础梁402进行固定连接，这两个三脚架201的斜面一侧还设置有垫板203，垫板203固定在静力台座1上，在垫板203与三脚架201的斜面之间，设置有横向千斤顶204，该横向千斤顶204为电动控制液压式千斤顶。
具体的说，在本实施例中，横向荷载系统包括反力墙301，反力墙301固定在静力台座1上，并且设置在待测砌体墙401的另外一侧，在反力墙301与待测砌体墙401之间设有水平往复作动器302，水平往复作动器302的底座固定在反力墙301的墙面上，在水平往复作动器302与待测砌体墙401之间还设有多级剪力分配装置，多级剪力分配装置包括：垂直设置的长工字钢3031和两个短工字钢3032，长工字钢3031的一侧与水平往复作动器302的端头活动连接，长工字钢3031的另外一侧的上端以及下端对称设置短工字钢3032，共计两个短工字钢3032，长工字钢3031与短工字钢3032之间通过钢管3033进行固定连接，钢管3033水平设置，且设置在短工字钢3032的中线位置，并且钢管3033与短工字钢3032以及长工字钢3031均通过焊接进行固定连接，两个短工字钢3032与固定在待测砌体墙401上的双面螺杆连接装置进行连接。
长工字钢3031和两个钢管3033作为一级分配梁，短工字钢3032作为二级分配梁，将长工字钢3031与两个短工字钢3032连接作为多级剪力分配。
更具体的说，横向荷载系统还包括起吊装置7，起吊装置7的一端固定在横梁501上，起吊装置7的另外一端分别连接长工字钢3031以及与长工字钢3031上端连接的短工字钢3032。
更具体的说，在本实施例中，两个短工字钢3032的上端以及下端均连接有双面螺杆连接装置，双面螺杆连接装置包括：沿着待测砌体墙401的中线对称设置在待测砌体墙401两端的钢筋环601以及被钢筋环601水平固定在墙面上的第二螺杆602，第二螺杆602为细螺杆，第二螺杆602在待测砌体墙401的两侧均设有，钢筋环601的上肢下肢均嵌入待测砌体墙401的砂浆灰缝内，该种设计的好处是在于，通过预先埋入砂浆灰缝中，不会降低墙体的强度。短工字钢3032与相邻一侧的第二螺杆602进行连接。
具体的说，在本实施例中，竖向荷载系统包括两个反力架，反力架包括横梁501，横梁501通过立柱502固定在静力台座1上，并且置于圈梁403的上方，横梁501的下方连接有压梁503，压梁503与圈梁403平齐，并且置于在圈梁403的正上方，在压梁503与圈梁403之间设有两个竖向千斤顶504，该竖向千斤顶504为电动控制液压式千斤顶，竖向千斤顶504的对称放置在圈梁403的三等分点处。
具体的说，在本实施例中，基础梁402的两端、三脚架201的底面以及垫板203的底面均通过地脚螺栓固定在静力台座1上，水平往复作动器302的底座通过螺栓固定在反力墙301上。
本实施例提供的实验系统之所以设置竖向荷载系统，目的是在于，竖向千斤顶504能够将竖向荷载施加到墙体上，从而使墙体承受竖向荷载更加接近真实情况，在使用本实验系统进行实验时，可以先加压竖向千斤顶504，把荷载值调到一个能够模拟上部结构竖向荷载的固定值，然后打开水平往复作动器302用拟静力试验方法来模拟平面外地震荷载作用，从而得到理想的试验效果以及更加真实的墙体受力状态下的荷载-位移滞回曲线。
本实施例通过多级剪力分配装置和在墙体两面砂浆灰缝内嵌钢筋环601并将第二螺杆602插入其中与墙面贴合精密，可以在竖向千斤顶504作用下，水平往复作动器302对墙体施加横向平面外低周反复荷载。
本实施例加载端通过分配梁实现四分点加载再将力传递至第二螺杆602，第二螺杆602将平面外均布荷载拟化为四条水平等距的横向集中力传递到试件上，具有传力路径明确，应力分布均匀，实验精度高、结果精准的特点，使得对墙体的平面外抗震性能研究更加准确可靠。
本实施例设置双面螺杆连接装置，实现墙体在推和拉两个方向都能受力。本实施例通过在三脚架201平行于墙体圈梁403处放置两个短螺杆抵住圈梁403形成边界条件，防止墙体在加载过程中反生滑移，确保砌体墙能充分发挥承载能力和变形能力。
实施例2
本实施例提供一种应用砌体墙平面外抗震性能实验系统的实验方法，包括如下步骤：
步骤S1、将待测砌体墙设置在静力台座的基础梁上，在待测砌体墙的一侧设置侧向限位系统，侧向限位系统固定在静力台座上，并且为待测砌体墙提供侧向支撑，然后在待测砌体墙的上端设置竖向荷载系统；
上述设置侧向限位系统，具体是：将两个三脚架设置在待测砌体墙一侧，沿着墙体的中轴线，对称设置；然后对每一个三脚架依次设置横向千斤顶和垫板，并且在三脚架和待测砌体墙的圈梁之间设置两个平行的粗螺杆，形成待测砌体墙的边界条件，以防止墙体在加载过程中反生滑移。
上述设置竖向荷载系统，具体是：在待测砌体墙的两端的上方对称设置一个反力架，在反力架的下方依次设置压梁和两个竖向千斤顶，竖向千斤顶的对称放置在圈梁的三等分点处。
步骤S2、在待测砌体墙的另外一侧设置横向荷载系统，具体是：在待测砌体墙的另外一侧设置反力墙，在反力墙和待测砌体墙之间，设置水平往复作动器以及多级剪力分配装置，再将多级剪力分配装置分别与事先设置墙体上的双面螺杆连接装置以及水平往复作动器进行连接。
在设置横向荷载系统过程中，可以通过起吊装置将多级剪力分配装置吊装至预设位置，然后再将多级剪力分配装置与水平往复作动器以及双面螺杆连接装置进行连接。
步骤S3、利用竖向荷载系统给待测砌体墙施加轴向压力，需要把荷载值调到一个能够模拟上部结构竖向荷载的固定值。
步骤S4、基于拟静力试验方法，利用水平往复作作动器模拟面外地震荷载作用，为待测砌体墙施加侧向的荷载，水平往复作动器施加荷载经多级剪力分配装置传力后，作用于墙体的中心轴线位置，在加载荷载的同时，测量并且记录待测砌体墙的侧向位移以及相应的侧向荷载，侧向位移通过位移传感器直接测得。
步骤S5、根据侧向位移以及相应的侧向荷载得到荷载-位移滞回曲线。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，其特征在于，包括：静力台座，设置在所述静力台座上一侧的侧向限位系统，设置在所述静力台座上另外一侧的横向荷载系统，在所述侧向限位系统以及所述横向荷载系统之间设置待测砌体墙，所述待测砌体墙通过基础梁固定在所述静力台座上，所述待测砌体墙的上方浇筑有圈梁，所述实验系统还包括设置在所述圈梁上方的竖向荷载系统；
所述侧向限位系统包括至少一个三脚架，所述三脚架设置在所述待测砌体墙的一侧，所述三脚架的底面固定在所述静力台座上，所述三脚架平面一侧的上端与所述圈梁之间设有多个第一螺杆，所述三脚架平面一侧的下端与所述基础梁进行固定连接，所述三脚架的斜面一侧还设置有垫板，所述垫板固定在静力台座上，在所述垫板与所述三脚架的斜面之间，设置有横向千斤顶；
所述横向荷载系统包括反力墙，所述反力墙固定在所述静力台座上，并且设置在所述待测砌体墙的另外一侧，在所述反力墙与所述待测砌体墙之间设有水平往复作动器，所述水平往复作动器的底座固定在所述反力墙的墙面上，在所述水平往复作动器与所述待测砌体墙之间还设有多级剪力分配装置，所述多级剪力分配装置包括：垂直设置的长工字钢和两个短工字钢，所述长工字钢的一侧与所述水平往复作动器的端头活动连接，所述长工字钢的另外一侧的上端以及下端对称设置短工字钢，所述长工字钢与所述短工字钢之间通过钢管进行固定连接，所述两个短工字钢与固定在所述待测砌体墙上的双面螺杆连接装置进行连接；
所述竖向荷载系统包括至少一个反力架，所述反力架包括横梁，所述横梁通过立柱固定在所述静力平台上，并且置于所述圈梁的上方，所述横梁的下方连接有压梁，所述压梁与所述圈梁平齐，并且置于在所述圈梁的正上方，在所述压梁与所述圈梁之间设有多个竖向千斤顶。
2.根据权利要求1所述的一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，其特征在于，所述两个短工字钢的上端以及下端均连接有所述双面螺杆连接装置，所述双面螺杆连接装置包括：沿着所述待测砌体墙的中线对称设置在所述待测砌体墙两端的钢筋环以及被所述钢筋环水平固定在墙面上的第二螺杆，所述第二螺杆在所述待测砌体墙的两侧均设有，所述钢筋环的上肢下肢均嵌入所述待测砌体墙的砂浆灰缝内；
所述短工字钢与相邻一侧的所述第二螺杆进行连接。
3.根据权利要求2所述的一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，其特征在于，在所述压梁与所述圈梁之间设有两个竖向千斤顶，所述竖向千斤顶的对称放置在圈梁的三等分点处。
4.根据权利要求3所述的一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，其特征在于，所述钢管水平设置，设置在所述短工字钢的中线位置，并且所述钢管与所述短工字钢以及所述长工字钢均通过焊接进行固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，其特征在于，所述侧向限位系统包括两个三脚架，所述两个三脚架与所述圈梁之间均平行设有两个第一螺杆，所述两个三脚架沿着所述待测砌体墙的中线对称设置；
所述竖向荷载系统包括个两个反力架，所述两个反力架沿着所述待测砌体墙的中线对称设置。
6.根据权利要求5所述的一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，其特征在于，所述横向荷载系统还包括起吊装置，所述起吊装置的一端固定在所述横梁上，所述起吊装置的另外一端分别连接所述长工字钢以及与所述长工字钢上端连接的短工字钢。
7.根据权利要求6所述的一种砌体墙平面外抗震性能实验系统，其特征在于，所述横向千斤顶以及所述竖向千斤顶均为电动控制液压式千斤顶；
所述第一螺杆的直径大于第二螺杆的直径。
8.一种应用权利要求1-7中任一权利要求中所述的砌体墙平面外抗震性能实验系统的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将所述待测砌体墙设置在所述静力台座的基础梁上，在所述待测砌体墙的一侧设置侧向限位系统，所述侧向限位系统固定在所述静力台座上，并且为所述待测砌体墙提供侧向支撑，然后在所述待测砌体墙的上端设置竖向荷载系统；
步骤S2、在所述待测砌体墙的另外一侧设置横向荷载系统，在设置所述横向荷载系统过程中，通过起吊装置将所述多级剪力分配装置吊装至预设位置，然后再将所述多级剪力分配装置与所述水平往复作动器以及双面螺杆连接装置进行连接；
步骤S3、利用所述竖向荷载系统给所述待测砌体墙施加轴向压力；
步骤S4、基于拟静力试验方法，利用所述水平往复作作动器模拟面外地震荷载作用，为所述待测砌体墙施加侧向的荷载，在加载荷载的同时，测量并且记录所述待测砌体墙的侧向位移以及相应的侧向荷载；
步骤S5、根据所述侧向位移以及相应的侧向荷载得到荷载-位移滞回曲线。
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