CN113607365A - 一种位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置及试验方法，装置由墙体框架、气囊、气囊支撑架、液压制动器、反力架、位移传感器支架和位移传感器构成；气囊粘贴在气囊支撑架的上，气囊支撑架下端有万向滚轮，液压制动器前端与气囊支撑架相接，后端与反力架相接；反力架上端通过螺杆与墙体框架的顶梁连接；位移传感器一端与墙体构件相接，另一端与位移传感器支架固定连接。试验方法包括组装试验装置、调试试验装置和加载试验。该发明将液压制动器的位移加载通过气囊施加在被测墙体构件上，实现了通过均布荷载加载模拟真实的地震作用，同时使加载便于控制；该装置既可用于单调加载，也可用于循环往复加载。
Description
技术领域
本发明涉及建筑构件性能试验，具体是一种位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置及试验方法。
背景技术
填充墙作为非结构构件被广泛应用于框架结构，在抗震设计时其抗震性能经常被忽略。通过震后现场调查发现，许多框架结构建筑在小震或中震作用后整体结构没有发生明显损伤，但大量填充墙发生平面外倒塌，由此，填充墙平面外抗震性能开始受到工程界的重视。
对于构件抗震性能的研究，加载如何准确模拟墙体构件受到的地震作用是关键。
已有研究表明，地震作用下墙体受到地震引发的墙体自身惯性力作用，用施加在墙体表面的均布荷载来模拟这种自身惯性力作用比较合理。
填充墙平面外受力性能试验研究主要有三种加载方式，即气囊加载、液压制动器加载和振动台加载。
振动台加载虽然可以真实模拟构件受到的地震作用，但因成本较高难以推广。
气囊加载和液压制动器加载分别有两种加载模式，即单调加载和循环往复加载。单调加载可以快速得到墙体的平面外强度和变形能力，循环往复加载在单调加载基础上还可以分析墙体构件的刚度和强度退化。
对于单调加载，一般通过力控制加载即可，循环往复加载在力控制加载的第一循环后(即墙体开裂后)进行。循环往复通过位移控制加载更为方便。
液压制动器加载一般是通过四个或者八个作动头接触墙体表面进行加载(俗称四点或八点加载)，虽然具有加载过程容易控制的优点，但这种接触方式传递给墙体的是多个集中荷载，不能模拟真实的地震作用，得到的墙体破坏模式与实际地震作用下墙体表现出的破坏形态可能不符。
气囊加载可以实现均布加载，更好模拟真实的地震作用，但加载过程中力的加载不易控制；用其进行循环往复加载时，只能通过不断给气囊放气、再充气来实现，过程不仅耗时，且无法准确对墙体平面外变形进行控制，因此循环往复加载很少采用气囊加载形式。
基于液压制动器加载和气囊加载各自的优缺点，能否能将两种加载方式的优点加以结合而克服其缺点，成为墙体平面外加载试验的研究课题。
发明内容
针对这一研究课题，本发明提供一种位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置及试验方法。
本发明提供的位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置，包括墙体框架、气囊、气囊支撑架、液压制动器、反力架、位移传感器支架和位移传感器；
所述墙体框架为方形，由顶梁、底梁和两个立柱构成，底梁通过锚杆固定在地面上；
所述气囊为单个或相互紧靠的多个(数量取决于墙体构件的尺寸)，气囊位于墙体构件和气囊支撑架之间；气囊支撑架由前面覆盖胶合板)的钢架构成，气囊粘贴在胶合板，气囊支撑架下端通过万向滚轮可在地面上移动；
所述液压制动器前端与所述气囊支撑架的木制垫块相接，后端与反力架相接；
所述反力架的上端通过螺杆与所述墙体框架的顶梁连接，反力架的下部通过锚杆固定在地面上；
所述位移传感器为多个，每个位移传感器的一端与墙体构件相接，另一端与立在地面上的位移传感器支架固定连接，位移传感器支架可在地面上前后移动。
使用上述位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置进行墙体平面外气囊加载试验的方法，包括以下步骤：
步骤1、组装试验装置
将墙体构件(试件)通过砌筑或螺栓连接的方式固定在墙体框架上；移动位移传感器支架，使位移传感器的端部与墙体构件表面固定连接(粘接)，位移传感器能随着墙体变形和恢复而前后移动；
步骤2、调试试验装置
将气囊充气至一个大气压(此时气压传感器测量值为零)，然后利用液压制动器进行位移加载，当气压传感器数值达到所测试墙体构件开裂荷载估算值的20％时停止加载；然后将液压制动器卸载，使气压传感器测量值恢复为零，检查试验装置各部分运行是否正常，不正常则加以调试；
步骤3、加载试验
重新启动液压制动器，若试验为单调加载，则液压制动器通过力控制加载至墙体构件产生第一条裂缝，随后改为位移控制分级加载，每级级差为墙体构件首次开裂时位移传感器所测数据中最大值的5％，每级加载持荷5min，直至气压传感器数值由升转降、降至峰值的85％以下时停止加载，记录墙体构件变形过程中气压传感器和位移传感器的数值，用于分析墙体构件平面外受力性能；若试验为循环往复加载，则第一循环为力控制加载，直至墙体构件产生第一条裂缝再卸载液压制动器，直至气压传感器数值为零，随后从第二循环开始改为位移控制分级加载，每级加载重复三个循环，首次循环以位移控制加载至墙体构件第一次开裂时位移传感器所测数据中最大值再卸载至气压传感器数值为零，以后每级控制加载位移值应以上一级控制加载位移值的5％为级差递增，直至某一循环内气压传感器数值由升转降、降至峰值的85％以下时停止加载，记录墙体构件变形过程中气压传感器和位移传感器的数值，用于分析墙体构件平面外受力性能及墙体构件的刚度和强度退化。
与现有技术相比较，本发明的有益效果：
1、本发明把液压制动器和气囊相结合，将液压制动器的位移加载通过气囊施加在被测墙体构件上，实现了通过均布荷载加载模拟真实的地震作用，同时使加载便于控制。
2、本发明既可用于单调加载，也可用于循环往复加载，扩大了墙体平面外加载试验装置的适用范围。
附图说明
图1是本发明试验装置的侧视结构示意图；
图2是图1的左视图。
图中：1-墙体框架，101-顶梁，102-底梁，103-立柱，2-气囊，3-气囊支撑架，301-胶合板，302-钢架，303-万向滚轮，304-木制垫块，4-液压制动器，5-反力架，501-L形钢架，502-加固钢梁，6-螺杆，7-墙体构件，8-锚杆，9-位移传感器支架，10-位移传感器,11-地面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置的实施例如图1所示，包括墙体框架1、气囊2、气囊支撑架3、液压制动器4、反力架5、位移传感器支架9和位移传感器10；如图2所示，所述墙体框架1为方形，由顶梁101、底梁102和两个立柱103构成，底梁102通过锚杆8固定在地面11上。
如图1所示，所述气囊2为单个，气囊2位于墙体构件和气囊支撑架3之间；气囊支撑架3由前面覆盖胶合板301的钢架302构成，气囊粘贴在胶合板301，气囊支撑架3下端通过万向滚轮303可在地面上移动。
所述液压制动器4前端与所述气囊支撑架3的木制垫块304相接，后端与反力架5相接；
所述反力架(5)为由L形钢架501和加固钢梁502构成的三角形框架，L形钢架501的上端通过螺杆6与所述墙体框架(1)的顶梁101连接，L形钢架的底梁通过锚杆8固定在地面11上。
如图2所示，所述位移传感器10有十个，分两组每组五个，分别沿墙体构件1的横向中线和纵向中线均匀间隔布置，一端与墙体构件7相粘接，另一端与立在地面上的位移传感器支架9固定连接，位移传感器支架9可在地面上前后移动。
Claims (3)
1.一种位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置，其特征在于，包括墙体框架(1)、气囊(2)、气囊支撑架(3)、液压制动器(4)、反力架(5)、位移传感器支架(9)和位移传感器(10)；
所述墙体框架(1)为方形，由顶梁(101)、底梁(102)和两个立柱(103)构成，底梁(102)通过锚杆(8)固定在地面(11)上；
所述气囊(2)为单个或相互紧靠的多个，气囊(2)位于墙体构件和气囊支撑架(3)之间；气囊支撑架(3)由前面覆盖胶合板(301)的钢架(302)构成，气囊粘贴在胶合板(301)，气囊支撑架(3)下端通过万向滚轮(303)可在地面上移动；
所述液压制动器(4)前端与所述气囊支撑架(3)的木制垫块(304)相接，后端与反力架(5)相接；
所述反力架(5)的上端通过螺杆(6)与所述墙体框架(1)的顶梁(101)连接，反力架(5)的下部通过锚杆(8)固定在地面(11)上；
所述位移传感器(10)为多个，每个位移传感器的一端与墙体构件(7)相接，另一端与立在地面(11)上的位移传感器支架(9)固定连接，位移传感器支架(9)可在地面上前后移动。
2.根据权利要求1所述的位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置，其特征在于，所述多个移传感器(10)分两组，分别沿墙体构件(1)的横向中线和纵向中线均匀间隔布置。
3.使用权利要求1所述位移控制的墙体平面外气囊加载试验装置进行墙体平面外气囊加载试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、组装试验装置
将墙体构件通过砌筑或螺栓连接的方式固定在墙体框架上；移动位移传感器支架，使位移传感器的端部与墙体构件表面固定连接，位移传感器能随着墙体变形和恢复而前后移动；
步骤2、调试试验装置
将气囊充气至一个大气压，然后利用液压制动器进行位移加载，当气压传感器数值达到所测试墙体构件开裂荷载估算值的20％时停止加载；然后将液压制动器卸载，使气压传感器测量值恢复为零，检查试验装置各部分运行是否正常，不正常则加以调试；
步骤3、加载试验
重新启动液压制动器，若试验为单调加载，则液压制动器通过力控制加载至墙体构件产生第一条裂缝，随后改为位移控制分级加载，每级级差为墙体构件首次开裂时位移传感器所测数据中最大值的5％，每级加载持荷5min，直至气压传感器数值由升转降、降至峰值的85％以下时停止加载，记录墙体构件变形过程中气压传感器和位移传感器的数值，用于分析墙体构件平面外受力性能；若试验为循环往复加载，则第一循环为力控制加载，直至墙体构件产生第一条裂缝再卸载液压制动器，直至气压传感器数值为零，随后从第二循环开始改为位移控制分级加载，每级加载重复三个循环，首次循环以位移控制加载至墙体构件第一次开裂时位移传感器所测数据中最大值再卸载至气压传感器数值为零，以后每级控制加载位移值应以上一级控制加载位移值的5％为级差递增，直至某一循环内气压传感器数值由升转降、降至峰值的85％以下时停止加载，记录墙体构件变形过程中气压传感器和位移传感器的数值，用于分析墙体构件平面外受力性能及墙体构件的刚度和强度退化。
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