CN113218685A - 一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，包括移动式底座、反力框架、气囊、面内竖向加载梁及面内水平加载梁。所述反力框架布置在待测试墙体两侧，反力框架邻近待测试墙体一侧顶部布置若干水平支撑杆，外侧通过斜向支撑杆与移动式底座连接，底部通过螺栓与移动式底座连接。在待测墙体与反力框架之间各布置一个气囊，墙体顶部布置平面内竖向加载梁及水平加载梁，并在地梁两侧与移动式底座之间各布置两个可伸缩水平支撑杆。该装置实现对结构墙体构件平面内外同时加载，真实地模拟了墙体承受的双向往复地震作用。用于结构墙体构件的平面内外耦合作用试验，对研究工程结构墙体的破坏模式及墙体构件平面内外相互作用机理具有重要意义。

Description

一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置。

背景技术

发生地震时，工程结构往往遭受双向地震作用，研究结构墙体在双向地震作用下的受力性能、破坏模式及失效机理对工程结构的设计优化和性能提升具有重要意义。现有测试结构墙体力学性能的试验主要包括拟静力试验、拟动力试验及振动台试验，上述试验的试验装置主要包括面内水平加载梁装置、千斤顶加载装置、气囊加载装置和振动台试验装置。拟静力试验加载梁装置和千斤顶加载装置能够对结构墙体进行点加载，但不能进行结构墙体的全平面均匀加载。气囊加载装置能够实现结构墙体的面外全平面均匀加载，但无法进行墙体的平面内加载，上述试验装置无法真实地模拟双向地震的往复作用。振动台试验装置能够真实模拟地震作用下结构墙体的平面内外的力学性能，但无法绘制荷载-位移曲线，试验费用高昂。同时，现有试验装置不能随意移动，被测试的结构构件尺寸受限，使用不方便。因此，有必要设计一种能够实现墙体面内面外同时加载的试验装置，解决上述试验装置存在的问题。

专利CN105258890A公开了一种剪力墙在拉弯剪复合作用下的抗震性能试验装置，用于对已经固定好的剪力墙试件加载，包括竖向拉压千斤顶、反力梁、竖向拉压千斤顶固定装置、竖向拉压千斤顶加载装置、水平拉压千斤顶、反力墙、水平拉压千斤顶固定装置、水平拉压千斤顶加载装置，其中，竖向拉压千斤顶加载装置包括竖向拉压千斤顶的第二上加载板、第二锚杆和第二锚栓；第二锚杆穿过第二上加载板预留孔和剪力墙试件加载梁预留孔，上端通过第二上加载板与剪力墙试件加载梁固定连接，该装置适用于钢筋混凝土剪力墙、砌体墙和钢板混凝土剪力墙在轴拉力和低周反复荷载作用下的抗震性能试验，然而其仍无法较好的真实模拟双向地震的往复作用，无法方便的绘制荷载-位移曲线。

发明内容

本发明的目的是提供一种适应性强、成本低且能够实现结构墙体面内面外同时加载的试验装置，以解决现有试验装置无法准确模拟双向往复地震作用及试验场地受限等问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，包括可临时固定在地面上的移动式底座、间隔设置在所述移动式底座上的一对反力框架、设于所述反力框架之间的气囊、面内水平加载梁及面内竖向加载梁；

所述反力框架的底部铰接在所述移动式底座上，所述反力框架外部的上端与所述移动式底座之间设有斜向支撑杆，所述斜向支撑杆的两端分别与所述反力框架和所述移动式底座铰接，形成移动式反力框架；

待测试墙体安装在一对反力框架之间，且所述气囊夹在所述反力框架与待测试墙体中间，通过气泵对所述气囊进行充气加压；

所述面内水平加载梁水平安装在所述待测试墙体上，所述面内水平加载梁端部连接水平作动器，施加水平荷载；

所述面内竖向加载梁竖直安装在所述待测试墙体上端，并连接竖向千斤顶施加竖向荷载。

试验时，装置通过反力框架将气囊的平面外压力均匀传递至待测试墙体上，通过面内水平加载梁将水平作动器施加的平面内水平荷载传递至待测试墙体上，通过面内竖向加载梁将竖向千斤顶施加的平面内竖向荷载传递至待测试墙体上，为了获取往复荷载作用下框架填充墙的平面外荷载—位移曲线，墙体一侧气囊充气加压时，另一侧气囊放气卸压并移除，两侧气囊交替加载。

进一步地，所述移动式底座包括地梁和万向滚轮，所述地梁组成一个矩形封闭底座，在矩形封闭底座底部均匀布置若干所述万向滚轮，组成可移动式底座，待测试墙体布置于矩形封闭底座的几何中心，并在地梁两侧与移动式底座之间各布置两个可伸缩水平支撑杆，所述可伸缩水平支撑杆安装在所述地梁的内侧，所述可伸缩水平支撑杆的端部有若干滚珠，所述可伸缩水平支撑杆的端部与所述待测试墙体相抵接。

进一步地，所述地梁采用混凝土或钢材制得，所述可移动式底座通过地锚栓临时固定在地面上。

进一步地，所述反力框架包括顶梁、中间梁、底梁、中间柱、侧柱，所述顶梁、中间梁、底梁、中间柱和侧柱组成一榀框架。

进一步地，所述顶梁上布置若干用于限制待测试墙体顶部平面外位移的水平支撑杆。

进一步地，所述水平支撑杆的端部有若干滚珠。

进一步地，所述面内水平加载梁包括连杆、挡板及加载板，所述挡板及加载板布置在待测试墙体顶梁的前后两端，所述面内水平加载梁在加载板一端连接作动器。

进一步地，所述挡板和加载板厚度为20～35mm，所述连杆直径为15～25mm。

进一步地，在待测试墙体两侧的反力框架上各布置若干位移测量仪器，所述位移测量仪器为激光位移计或拉线位移计。

进一步地，所述反力框架、面内水平加载梁及面内竖向加载梁采用钢材制得。

与现有技术相比，本发明装置具有以下有益效果：

本申请通过在待测试墙体两侧等间距设置反力框架，并在待测试墙体和反力框架间设置可交替充气、放气的气囊，实现了对待测试墙体进行平面外往复均布力的加载。通过与面内水平作动器相连的水平加载梁和与面内竖向千斤顶相连的竖向加载梁，分别实现了对待测试墙体的面内水平往复加载和竖向单调加载。最后通过设置在反力框架底部可临时固定于地面的移动式底座，以及设置在地梁两侧与移动式底座之间的端部带有若干滚珠的可伸缩水平支撑杆，所述可伸缩水平支撑杆的端部与所述待测试墙体相抵接，使反力框架、气囊、移动式底座和待测式墙体形成一个平面外的反力自平衡系统，解决了现有试验装置不能实现平面内外耦合加载的问题。

此外，移动式底座顶部设有凹槽，可根据实际需要调节反力框架与待测式墙体间的距离；反力框架顶部设有带滚珠的水平支撑，限制待测式墙体顶部平面外位移的同时减小了墙体与水平支撑接触面摩擦对试验的影响。本申请适应性强，能够全面、真实地模拟待测试墙体承受的双向往复地震作用，解决了现有试验装置无法准确模拟双向往复地震作用及试验场地受限等问题。

附图说明

图1为本发明应用时的试验装置结构示意图；

图2为本发明应用时的反力框架示意图；

图3为本发明应用时的移动式底座示意图；

图4为本发明应用时的面内水平加载梁示意图；

图5为本发明应用时的水平支撑杆示意图；

图6为本发明应用时的可伸缩水平支撑杆示意图；

图中：移动式底座1、地梁101、万向滚轮102、可伸缩水平支撑杆103、反力框架2、顶梁201、中间梁202、底梁203、中间柱204、侧住205、斜向支撑杆206、水平支撑杆207、气囊3、面内水平加载梁4、连杆401、挡板402、加载板403、面内竖向加载梁5、待测试墙体6、位移测量仪器7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1，一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，包括可临时固定在地面上的移动式底座1、反力框架2、气囊3、面内水平加载梁4、面内竖向加载梁5。

参见图3，所述移动式底座1包括地梁101、万向滚轮102和可伸缩水平支撑杆103，所述地梁101组成一个矩形封闭底座，地梁采用混凝土或钢材制得。在矩形封闭底座底部四周均匀布置14个万向滚轮组成可移动式底座，可移动式底座通过地锚栓临时固定在地面上。框架填充墙布置于矩形封闭底座的几何中心，可移动式底座与框架填充墙底梁之间布置可伸缩水平支撑杆103，可伸缩水平支撑杆103的端部有若干滚珠，可伸缩水平支撑杆103的端部与待测试墙体6相抵接，单侧气囊加载使反力框架沿着平面外方向移动，而通过可伸缩水平支撑杆103起到限制底座移动的作用，限制其平面外移动，但不限制平面内移动。本实施例中待测试墙体6为框架填充墙。

参见图2，所述反力框架包括顶梁201、中间梁202、底梁203、中间柱204、侧柱205、斜向支撑杆206和水平支撑杆207，所述顶梁、中间梁、底梁、中间柱和侧柱组成一榀框架，框架固定于可移动式底座顶部，框架侧向由斜向支撑杆206与移动式底座连接组成可移动式反力框架，沿框架填充墙两侧各布置一榀反力框架。框架填充墙位于两个侧柱205之间，地梁101顶面与框架填充墙底部平齐或位于框架填充墙下方，顶梁201顶部与框架填充墙顶部平齐，顶梁邻近框架填充墙一侧各布置3个水平支撑杆用以限制待测试墙体6顶部的平面外位移，水平支撑杆207端部布置若干滚珠用以减小待测试墙体与水平支撑杆207接触面的摩擦力，水平支撑杆207示意图如图5。

参见图1，气囊3夹在反力框架2与框架填充墙6中间。位移测量仪器7为激光位移计或拉线式位移计，布置于反力框架的中间梁202上。

参见图4，面内水平加载梁包括连杆401、挡板402及加载板403，挡板401及加载板403布置在框架填充墙顶梁的前后两端由4根连杆401连接。

试验时，通过气泵对墙体气囊3进行充气加压，气囊加压膨胀后通过装置反力框架将气囊的平面外压力均匀传递至框架填充墙上，达到在框架填充墙平面外均匀加载的目的，气囊的压力大小可通过气压表控制。

为了获取往复荷载作用下框架填充墙的平面外荷载—位移曲线，墙体一侧气囊充气加压时，另一侧气囊放气卸压并移除，两侧气囊交替加载。在面内水平加载梁的加载板一端通过螺栓与作动器连接，将作动器施加的平面内荷载传递至框架填充墙上，通过面内竖向加载梁将竖向千斤顶施加的平面内竖向荷载传递至框架填充墙上。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，包括可临时固定在地面上的移动式底座(1)、间隔设置在所述移动式底座(1)上的一对反力框架(2)、设于所述反力框架(2)之间的气囊(3)、面内水平加载梁(4)及面内竖向加载梁(5)；

所述反力框架(2)的底部铰接在所述移动式底座(1)上，所述反力框架(2)外部的上端与所述移动式底座(1)之间设有斜向支撑杆(206)，所述斜向支撑杆(206)的两端分别与所述反力框架(2)和所述移动式底座(1)铰接，形成移动式反力框架；

待测试墙体(6)安装在一对反力框架(2)之间，且所述气囊(3)夹在所述反力框架(2)与待测试墙体(6)中间，通过气泵对所述气囊(3)进行充气加压；

所述面内水平加载梁(4)水平安装在所述待测试墙体(6)上，所述面内水平加载梁(4)端部连接水平作动器，施加水平荷载；

所述面内竖向加载梁(5)竖直安装在所述待测试墙体(6)上端，并连接竖向千斤顶施加竖向荷载。

2.根据权利要求1所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，所述移动式底座(1)包括地梁(101)、万向滚轮(102)和可伸缩水平支撑杆(103)，所述地梁(101)组成一个矩形封闭底座，在矩形封闭底座底部均匀布置若干所述万向滚轮(102)，组成可移动式底座，待测试墙体(6)布置于矩形封闭底座的几何中心，所述可伸缩水平支撑杆(103)安装在所述地梁(101)的内侧，所述可伸缩水平支撑杆(103)的端部有若干滚珠，所述可伸缩水平支撑杆(103)的端部与所述待测试墙体(6)相抵接。

3.根据权利要求2所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，所述地梁(101)采用混凝土或钢材制得，所述可移动式底座(1)通过地锚栓临时固定在地面上。

4.根据权利要求1所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，所述反力框架(2)包括顶梁(201)、中间梁(202)、底梁(203)、中间柱(204)、侧柱(205)，所述顶梁(201)、中间梁(202)、底梁(203)、中间柱(204)和侧柱(205)组成一榀框架。

5.根据权利要求4所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，所述顶梁(201)上布置若干用于限制待测试墙体顶部平面外位移的水平支撑杆(207)。

6.根据权利要求5所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，所述水平支撑杆(207)的端部有若干滚珠。

7.根据权利要求5所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，所述面内水平加载梁(4)包括连杆(401)、挡板(402)及加载板(403)，所述挡板(402)及加载板(403)布置在待测试墙体(6)顶梁的前后两端，所述面内水平加载梁(4)在加载板(403)一端连接作动器。

8.根据权利要求7所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，所述挡板(402)和加载板(403)厚度为20～35mm，所述连杆(401)直径为15～25mm。

9.根据权利要求1所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，在待测试墙体(6)两侧的反力框架(2)上各布置若干位移测量仪器(7)，所述位移测量仪器(7)为激光位移计或拉线位移计。

10.根据权利要求1所述的一种结构墙体构件平面内外耦合加载试验装置，其特征在于，所述反力框架(2)、面内水平加载梁(4)及面内竖向加载梁(5)采用钢材制得。

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