CN113324841B - 压剪分离抗震试验加载装置及其使用方法 - Google Patents

压剪分离抗震试验加载装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种压剪分离抗震试验加载装置及其使用方法，包括滑动支座连接板、轴力施加模块、轴剪力分离模块、剪力传递板以及剪力传递测量模块；其中，滑动支座连接板，在试验时其与反力架上安装的滑动支座连接；轴力施加模块，其一端与滑动支座连接板固定连接；轴剪力分离模块，其与所述轴力施加模块的另一端接触连接；剪力传递板，其设置在滑动支座连接板的两侧，在剪力传递板上设置有用于安装轴剪力传递测量模块的通孔；以及剪力转换测量模块，其两端设置在所述剪力传递板的通孔中，所述轴剪力分离模块还与所述剪力测量模块可转动连接。本发明实现了剪力和轴力的分离传递，避免了液压千斤顶受剪，同时测得了剪力和轴力的大小，矫正了试验数据。

Description

压剪分离抗震试验加载装置及其使用方法
技术领域
本发明属于结构构件抗震试验辅助装置的技术领域，具体涉及一种压剪分离抗震试验加载装置及其使用方法。
背景技术
我国处于世界两大地震带即环太平洋地震带和亚欧地震带之间，是一个强震多发的国家。地震给我国造成了人员伤亡和极大的经济损失，因此结构构件的抗震研究是非常有必要的。目前在试验层面上研究结构构件的抗震性能一般采用拟静力试验，《建筑抗震试验规程》（JGJ101-2015）针对各种不同的结构构件（梁、墙、柱等）提供了相应的拟静力试验装置，此外，通过查阅大量结构构件拟静力试验研究的相关文献，拟静力试验装置各部分大致如下：首先将需要研究的结构构件直接浇筑到钢筋混凝土支座内或者固定于钢支座上，再将支座固定以确保结构构件底部的固结条件，结构构件顶部的竖向轴压装置从下到上依次为加载垫块、液压千斤顶、滑动支座、大型反力架，侧面的水平反复荷载由固定于大型反力架上的伺服作动器提供。拟静力试验装置都使用了滑动支座加上千斤顶的轴压加载组合，而在实际试验过程中，由于滑动支座不可能做到完全光滑，其内部在滑动时会产生一定的摩擦力，这会导致两个比较突出的问题。其一、轴压加载组合为了平衡滑动支座处的摩擦力而分配掉一部分伺服作动器提供的水平反复荷载，导致施加的水平反复荷载与结构构件实际承担的水平反复荷载有一定的差距。其二、轴压加载组合上分配水平反复荷载的传递路径经过了液压千斤顶，使得液压千斤顶受剪，而液压千斤顶在工作中受剪会导致液压油的泄露，致使液压千斤顶耗损严重。因此，针对上述不足，急需设计了一种压剪分离抗震试验加载装置及其使用方法，在避免了液压千斤顶受剪的同时矫正试验数据。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种压剪分离抗震试验加载装置，该加载装置实现了剪力和轴力的分离传递，避免了液压千斤顶受剪，此外，通过剪力传递测量模块中的压力传感器测量出了剪力的数值，从而可以得到结构构件真实所受的水平反复荷载的大小，矫正了试验数据。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种压剪分离抗震试验加载装置，包括滑动支座连接板、轴力施加模块、轴剪力分离模块、剪力传递板以及剪力传递测量模块；其中，
滑动支座连接板，在试验时其与反力架上安装的滑动支座连接；
轴力施加模块，其用于对轴剪力分离模块施加轴力，所述轴力施加模块的一端与滑动支座连接板固定连接；
轴剪力分离模块，其用于将结构构件上的轴力与剪力分离，所述轴剪力分离模块与所述轴力施加模块的另一端接触连接；
剪力传递板，其用于接收所述轴剪力分离模块分离出的剪力，所述剪力传递板设置在滑动支座连接板的两侧，在剪力传递板上设置有用于安装剪力传递测量模块的通孔；以及
剪力传递测量模块，其用于传递并测量所述轴剪力分离模块分离出的剪力，所述剪力传递测量模块的两端设置在所述剪力传递板的通孔中，所述轴剪力分离模块还与所述剪力传递测量模块可转动连接。
进一步地，所述轴力施加模块包括设置在滑动支座连接板朝向所述轴剪力分离模块的侧面上的液压千斤顶以及与所述液压千斤顶连接的压头，所述压头与所述轴剪力分离模块接触连接。
进一步地，所述轴力施加模块还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器设置在液压千斤顶和所述压头之间。
进一步地，所述轴剪力分离模块包括与所述轴力施加模块接触连接的加载垫块以及设置在加载垫块两端的滚动轴承，所述滚动轴承与所述剪力传递测量模块转动连接。
进一步地，在所述加载垫块上与压头对应处设置有弧形凹槽，在测试时，所述压头被限位在所述弧形凹槽中。
进一步地，所述剪力传递测量模块包括基体、垂直设置在所述基体上的转轴、设置在所述基体上的至少两个第二压力传感器、旋拧在其中一个第二压力传感器一侧的第一预紧螺杆、旋拧在另一个第二压力传感器相对的另一侧的第二预紧螺杆、设置在第一预紧螺杆端部的第一滚珠滑槽以及设置在第二预紧螺杆端部的第二滚珠滑槽，第一预紧螺杆和第二预紧螺杆的轴线重合，所述第一滚珠滑槽、所述第二滚珠滑槽分别通过滚珠卡设在通孔对应的侧壁上，所述转轴可转动地设置于轴剪力分离模块的滚动轴承中，通过改变第一预紧螺栓和第二预紧螺栓拧入第二压力传感器中的长度以控制剪力传递测量模块与剪力传递板之间的预紧力。
本发明还提供一种上述的压剪分离抗震试验加载装置的使用方法，包括：
将滑动支座连接板与反力架上安装的滑动支座进行连接，调整剪力传递测量模块和轴剪力分离模块的位置，并使得轴力施加模块和轴剪力分离模块紧密接触；
调剪力传递测量模块的预紧力到预设值，然后对结构构件进行预加载，确保各个试验装置的正常运行，预加载完成后，按照预先的试验计划正式进行抗震试验，在试验过程中，剪力传递测量模块测量其所受到的剪力，试验完成后，将提供水平反复荷载作动器处的总水平反复荷载减去对应时间点剪力传递测量模块所测量的剪力即可得到结构构件实际所受的水平反复荷载，完成试验数据的矫正。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1. 通过剪力传递测量模块和轴力传递加载测量模块的分别设计实现了拟静力试验中轴压加载组合的轴力和剪力分离传递，避免了液压千斤顶受剪而漏油，保护试验设备安全、降低液压油的消耗，达到了绿色环保的目的；
2. 通过剪力传递测量模块中的压力传感器测量出了轴压加载组合中滑动支座内部的摩擦力数值，用作动器提供的水平反复荷载数据减去此摩擦力竖直，可以得到结构构件实际所受水平反复荷载大小，矫正了试验数据。
附图说明
图1本发明实施例压剪分离抗震试验加载装置的主视图；
图2本发明实施例压剪分离抗震试验加载装置的侧视图；
图3本发明实施例轴剪力分离模块的主视图；
图4本发明实施例轴剪力分离模块的俯视图；
图5本发明实施例剪力传递测量模块的侧视图；
图6本发明实施例剪力传递测量模块的俯视图；
图7本发明实施例压剪分离抗震试验加载装置在测试时的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1和图2所示，本发明公开了一种压剪分离抗震试验加载装置，包括滑动支座连接板1、轴力施加模块、轴剪力分离模块、剪力传递板以及剪力传递测量模块7。滑动支座连接板1在测试时与结构构件2连接，并由与大型反力架连接的伺服作动器3提供侧向的水平反复载荷。轴力施加装置包括与滑动支座连接板1固定连接的液压千斤顶41、设置在液压千斤顶41施力端的第一压力传感器42以及与第一压力传感器42连接的压头43，第一压力传感器42还与数据采集装置电气连接，液压千斤顶41施加轴向压力并经由第一压力传感器42传递至压头43上，第一压力传感器42测量液压千斤顶41所施加的轴向压力并将压力数据传递给数据采集装置。轴剪力分离模块用于将结构构件上的轴力和剪力进行分离，从而避免了液压千斤顶受剪而漏油，在本实施例中，见图3和图4，轴剪力分离模块包括与压头43接触连接的加载垫块51以及固定在加载垫块51两端的滚珠轴承52，加载垫块51两侧的滚珠轴承52对称设置，且滚珠轴承52的轴线与压头42的轴线垂直设置。为了便于测试时对压头进行限位与减小压头43的侧向刚度，在加载垫块51上与压头43对应处设置有弧形凹槽53，压头43被限位在弧形凹槽53中。此外，要保证滚动轴承52的轴心与弧形凹槽53底端处于同一高度，从而使得加载垫块51与结构构2件可以一起转动，保证两者的紧密接触。
为了方便分离且测量剪力，在滑动支座连接板1的两侧对称设置两块剪力传递板6，剪力传递板6用于接收被轴剪力分离模块分离出的剪力。在每块剪力传递板6上均设置有一方形通孔61并在每块剪力传递板6的通孔61中设置一剪力传递测量模块7。具体的，如图5和图6所示，剪力传递测量模块7包括基体71、垂直设置在基体71上的转轴72、设置在基体71上且并排的两个第二压力传感器73、旋拧在其中一个第二压力传感器73一侧的第一预紧螺杆74、旋拧在另一个第二压力传感器73相对的另一侧的第二预紧螺杆75、固定在在第一预紧螺杆74远离第二传感器73端部的第一滚珠滑槽76以及设置在第二预紧螺杆75远离第二传感器73端部的第二滚珠滑槽77，其中，为了保证受力的稳定性，第一预紧螺杆74和第二预紧螺杆75的轴线重合。转轴72与第一预紧螺杆74和第二预紧螺杆75垂直，且每个剪力传递测量模块7上的转轴72对应插设在加载垫块一端部的滚珠轴承52中，由于滚动轴承52的存在可以使剪力传递测量模块7不随加载垫块51的转动而转动，从而保证剪力测量的有效性，同时，滚动轴承52的相关尺寸应该根据预估剪力的大小进行设计。第一滚珠滑槽76通过滚珠78固定在剪力传递板上的通孔61一侧侧壁上，第二滚珠滑槽77通过滚珠78固定在该块剪力传递板6上的通孔61相对的另一侧壁上。具体地，在第一滚珠滑槽76、第二滚珠滑槽77固定在通孔61侧壁上时，在通孔61相对的两侧壁上设置有与滚珠78配合的卡槽，再将第一预紧螺栓74、第二预紧螺栓75分别拧入到第二压力传感器73中较深处以使得剪力传递测量模块的长度小于通孔61相对的两侧壁之间的间距，之后将剪力传递测量模块放在通孔61中，并将滚珠78与通孔61上的卡槽对应设置，然后旋拧第一预紧螺栓74和第二预紧螺栓75使两者逐渐从第二压力传感器73中逐渐退出，直至第一滚珠滑槽76上的滚珠78卡入通孔中一侧壁的卡槽中且第二滚珠滑槽77中的滚珠78卡入通孔61相对的另一侧壁的卡槽中，至此，剪力传递测量模块固定在剪力传递板6的通孔61中，之后将加载垫块51两侧的滚珠轴承52分别套装在对应的剪力传递测量模块上的转轴72上，进而使得轴剪力分离模块与剪力传递测量模块转动连接。为了提高剪力传递板6与剪力转换测量模块之间连接的稳定性，在第一滚珠滑槽76和第二滚珠滑槽77内均设置有多个滚珠78，第一滚珠滑槽76、第二滚珠滑槽77分别对应地通过多个滚珠78固定在通孔相应的侧壁上，从而防止剪力传递测量模块在测试时发生竖直平面内的转动，提高剪力传递模块的安装稳定性。此外，在测试前，可以通过改变第一预紧螺栓74和第二预紧螺栓76拧入第二压力传感器73的长度从而改变对剪力传递测量模块7内部施加的预紧力，进而消除剪力测量传递模块内部缝隙；剪力传递测量模块7将加载垫块51传递来的剪力转换为滚珠滑槽与剪力传递板6的通孔侧壁之间的压力，同时对压力的大小进行了测量，获取剪力的具体数值。
在使用本实施例的压剪分离抗震试验加载装置时，见图7，将滑动支座连接板1与反力架上安装的滑动支座8进行连接，调整剪力传递测量模块7和轴剪力分离模块的位置，将加载垫块51与结构构件2通过螺栓进行固定。再将第一压力传感器42、第二压力传感器73通过导线与数据采集装置连接，数据采集装置实时显示第一压力传感器42、第二压力传感器73的数值。启动液压千斤顶41，并通过第一压力传感器42实时监控轴力的大小，待到第一压力传感器42出现数值时，停止加载，从而确保压头43和加载垫块5的紧密接触。
之后控制第一预紧螺栓74和第二预紧螺栓75拧入第二压力传感器73中的长度以对剪力传递测量模块7施加预紧力，预紧力可以通过第二压力传感器73实时监控。待到预紧力到第二压力传感器73量程的一半时，保持第一预紧螺栓74和第二预紧螺栓75的拧入长度，之后将第二压力传感器73示数调零。然后对结构构件2进行预加载，确保各个试验装置的正常运行。预加载完成后，按照预先的试验计划正式进行抗震试验。试验完成后，从数据采集系统中导出该加载装置中因滑动支座摩擦力而被分配的剪力大小，即第二压力传感器的数据，再将提供水平反复荷载作动器处的总水平反复荷载减去对应时间点所测量的该加载装置中剪力即可得到结构构件实际所受的水平反复荷载，完成试验数据的矫正。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种压剪分离抗震试验加载装置，其特征在于，包括滑动支座连接板、轴力施加模块、轴剪力分离模块、剪力传递板以及剪力传递测量模块；其中，
滑动支座连接板，在试验时其与反力架上安装的滑动支座连接；
轴力施加模块，其用于对轴剪力分离模块施加轴力，所述轴力施加模块的一端与滑动支座连接板固定连接；
轴剪力分离模块，其用于将结构构件上的轴力与剪力分离，所述轴剪力分离模块与所述轴力施加模块的另一端接触连接；
剪力传递板，其用于接收所述轴剪力分离模块分离出的剪力，所述剪力传递板设置在滑动支座连接板的两侧，在剪力传递板上设置有用于安装剪力传递测量模块的通孔；以及
剪力传递测量模块，其用于传递并测量所述轴剪力分离模块分离出的剪力，所述剪力传递测量模块的两端设置在所述剪力传递板的通孔中，所述轴剪力分离模块还与所述剪力传递测量模块可转动连接；
其中，所述轴剪力分离模块包括与所述轴力施加模块接触连接的加载垫块以及设置在加载垫块两端的滚动轴承，所述滚动轴承与所述剪力传递测量模块转动连接。
2.根据权利要求1所述的压剪分离抗震试验加载装置，其特征在于，所述轴力施加模块包括设置在滑动支座连接板朝向所述轴剪力分离模块的侧面上的液压千斤顶以及与所述液压千斤顶连接的压头，所述压头与所述轴剪力分离模块接触连接。
3.根据权利要求2所述的压剪分离抗震试验加载装置，其特征在于，所述轴力施加模块还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器设置在液压千斤顶和所述压头之间。
4.根据权利要求1所述的压剪分离抗震试验加载装置，其特征在于，在所述加载垫块上与压头对应处设置有弧形凹槽，在测试时，所述压头被限位在所述弧形凹槽中。
5.根据权利要求1所述的压剪分离抗震试验加载装置，其特征在于，所述剪力传递测量模块包括基体、垂直设置在所述基体上的转轴、设置在所述基体上的至少两个第二压力传感器、旋拧在其中一个第二压力传感器一侧的第一预紧螺杆、旋拧在另一个第二压力传感器相对的另一侧的第二预紧螺杆、设置在第一预紧螺杆端部的第一滚珠滑槽以及设置在第二预紧螺杆端部的第二滚珠滑槽，第一预紧螺杆和第二预紧螺杆的轴线重合，所述第一滚珠滑槽、所述第二滚珠滑槽分别通过滚珠卡设在通孔对应的侧壁上，所述转轴可转动地设置于轴剪力分离模块的滚动轴承中，通过改变第一预紧螺栓和第二预紧螺栓拧入第二压力传感器中的长度以控制剪力传递测量模块与剪力传递板之间的预紧力。
6.一种根据权利要求1-5任意一项所述的压剪分离抗震试验加载装置的使用方法，其特征在于，包括：
将滑动支座连接板与反力架上安装的滑动支座进行连接，调整剪力传递测量模块和轴剪力分离模块的位置，并使得轴力施加模块和轴剪力分离模块紧密接触；
调节剪力传递测量模块的预紧力到预设值，然后对结构构件进行预加载，确保各个试验装置的正常运行，预加载完成后，按照预先的试验计划正式进行抗震试验，在试验过程中，剪力传递测量模块测量其所受到的剪力，试验完成后，将提供水平反复荷载作动器处的总水平反复荷载减去对应时间点剪力传递测量模块所测量的剪力即可得到结构构件实际所受的水平反复荷载，完成试验数据的矫正。
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