CN117760831A - 一种用于结构柱推覆试验研究的试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢和混凝土组合结构技术领域，公开了一种用于结构柱推覆试验研究的试验装置及其试验方法，其试验装置包括第一固定机构、加载机构和测量组件；第一固定机构用于固定结构柱的柱脚；加载机构包括第一载荷施加组件和第二载荷施加组件，第一载荷施加组件用于与结构柱的顶部连接，向结构柱施加纵向载荷并测量荷载大小，第二载荷施加组件用于与结构柱的侧壁连接，向结构柱施加横向载荷并测量荷载大小；测量组件包括八个位移传感器和位移静态采集仪。本发明在对结构柱进行加载时，通过获取结构柱多方向多位置的位移数据，用以解决大变形作用下柱顶转角对水平位移及结构柱水平反力的影响，提高试验数据的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及钢和混凝土组合结构技术领域，具体是一种用于结构柱推覆试验研究的试验装置及试验方法。
背景技术
钢-混凝土组合结构，指钢材和混凝土组成整体共同工作的结构，简称组合结构。
近年来，具有高承载力、优越抗震性能的钢-混组合结构，被广泛应用于高层，大跨结构等建筑和桥梁工程中，结构柱作为主要承载构件，其稳定性是最突出的问题。实际工程结构中，横向荷载如地震荷载对结构柱稳定性的影响突出，这对结构柱的抗震等稳定性能提出了更高的要求。因此对钢-混等结构柱的横向水平荷载试验研究十分必要。
目前，国内外关于结构柱的性能测试试验研究广泛，特别是水平荷载下的抗震等性能。例如通过横向水平荷载试验来测量结构柱的柱顶与柱底相对水平位移及结构柱水平反力，试验过程中，将试验加载设备与结构柱柱顶连接，向结构柱施加水平荷载致使柱顶发生侧向位移或变形。
结构柱施加横向荷载时，结构柱竖向中线与柱初始竖向中线产生一定转角，当水平荷载较大时柱顶中心在转角的作用下发生水平及竖向偏移，同时由于结构柱的偏转，竖向荷载会对结构柱产生一定附加弯矩，从而导致结构柱水平反力增加，而以往的试验中获取柱顶水平位移及水平反力时往往忽略了结构柱偏转对水平位移及水平反力的影响。因此在大变形荷载试验中，将会产生较大误差，降低试验数据的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于结构柱推覆试验研究的试验装置及试验方法，在对结构柱进行加载时，通过获取结构柱多方向多位置的位移数据以及加载机构对结构柱施加的水平荷载和竖直荷载，用以解决大变形作用下柱顶转角对水平位移及结构柱水平反力的影响，提高试验数据的可靠性。
本发明的技术方案是：
一种用于结构柱推覆试验研究的试验装置，包括第一固定机构、加载机构、第二固定机构和测量组件；第一固定机构用于固定结构柱的柱脚；加载机构包括第一载荷施加组件和第二载荷施加组件，第一载荷施加组件竖直设置，第一载荷施加组件的输出端设有第一连接组件，所述第一连接组件用于与所述结构柱的柱顶铰接，所述第一载荷施加组件用于向结构柱施加纵向载荷并测量荷载大小，第二载荷施加组件水平设置，第二载荷施加组件的输出端设有第二连接组件，第二连接组件用于与结构柱的柱顶侧壁铰接连接，第二载荷施加组件用于向结构柱施加横向载荷并测量荷载大小；第二固定机构用于固定所述第一载荷施加组件和第二载荷施加组件的位置；测量组件包括八个位移传感器，其中两个位移传感器用于设置在所述结构柱的柱脚两侧，且沿柱脚的水平受力方向布置，用于测量柱脚两侧沿水平受力方向的水平位移，另外四个位移传感器分为两对，每对位移传感器均用于设置在所述结构柱的柱顶两侧，其中一对沿柱顶的水平受力方向设置，另外一对沿柱顶的竖直方向设置，两对位移传感器分别用于测量柱顶两侧沿水平受力方向的水平位移以及竖直位移，另外两个位移传感器中一个位移传感器水平设置于第一载荷施加组件与柱顶铰接处，用于测量第一载荷施加组件与柱顶铰接处水平位移，另一个位移传感器水平设置于第二载荷施加组件施荷中心处结构处一侧，用于测量施荷中心处结构柱水平位移，所述位移静态采集仪分别与八个位移传感器连接，用于显示位移传感器采集的位移数据。
优选的，作为本发明的进一步改进，所述第一固定机构包括底座和两组固定组件，所述底座包括通过螺栓锚固于地基的底板，底板顶部四周分别固定有围护板，每个围护板的外侧壁上固定有耳板，每个围护板的侧壁上设有螺纹孔，所述固定组件对称设置在围护板相对的两侧壁上，所述固定组件包括螺纹杆及固定夹板，固定夹板设置在围护板的内侧，固定夹板正对螺纹孔的侧壁上固定有螺母，所述螺纹杆穿过螺纹孔后与所述螺母螺纹连接。
优选的，作为本发明的进一步改进，所述固定夹板与结构柱接触一侧设有齿状波纹面。
优选的，作为本发明的进一步改进，所述第一载荷施加组件包括MTS液压作动器和设置在MTS液压作动器上的载荷传感器，所述第二载荷施加组件的结构与第一载荷施加组件的结构相同，所述第一载荷施加组件中的MTS液压作动器竖直设置，且MTS液压作动器的活塞杆端通过第一连接组件与结构柱的柱顶铰接，所述第二载荷施加组件中的MTS液压作动器水平设置，且MTS液压作动器的活塞杆端通过第二连接组件与结构柱的柱顶侧壁铰接连接。
优选的，作为本发明的进一步改进，所述第一连接组件包括转动座、第一销栓和铰接座，转动座与竖直设置的MTS液压作动器的活塞杆端固定，转动座通过第一销栓与所述铰接座铰接，所述铰接座用于与所述组合结构柱的柱顶中心处固定。
优选的，作为本发明的进一步改进，所述第二连接组件包括两个柱顶夹板，其中一个柱顶夹板与水平设置的MTS液压作动器的活塞杆端通过第二销栓铰接连接，两个柱顶夹板之间通过连接螺栓连接。
优选的，作为本发明的进一步改进，还包括第二固定机构，用于固定两个MTS液压作动器，所述第二固定机构包括两个门式反力架、反力梁、安装架和支撑梁，所述门式反力架包括横梁以及固定在横梁两侧的纵梁，纵梁的底部用于与地基固定，所述反力梁水平设置固定在两个门式反力架之间，反力梁两端与两个门式反力架中的横梁固定连接，所述安装架设置在反力梁上，竖直设置的MTS液压作动器的缸体与所述安装架连接，所述支撑梁水平架设连接在其中一个门式反力架的两个纵梁之间，且支撑梁的高度可调，水平设置的MTS液压作动器的缸体与所述支撑梁固定连接。
本发明还公开了一种基于上述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置的试验方法，包括以下步骤：
将结构柱放入到两个固定夹板之间，通过转动螺纹杆使两个固定夹板将结构柱的柱脚进行夹持固定；
调节竖直设置的MTS液压作动器的活塞杆端高度，并将铰接座与所述结构柱的顶部固定，调节水平设置的MTS液压作动器的活塞杆端距离，并通过调节连接螺栓使两个柱顶夹板将结构柱的顶部侧壁夹持固定；
将两块L形角钢分别固定于结构柱的柱顶两侧，且沿水平受力方向设置，在每个L形角钢水平端上表面标定柱顶竖向位移测点，所述柱顶竖向位移测点表示L形角钢水平端上表面该点处距柱顶中心点的水平距离，在每个L形角钢竖直端侧表面标定柱顶水平位移测点，所述柱顶水平位移测点表示L形角钢竖直端侧表面该点处距柱顶中心点垂直距离，然后在结构柱底部两侧高于第一固定机构5mm-10mm处沿水平受力方向标定柱底水平位移测点；在竖直MTS作动器与柱顶铰接处标定竖直施荷水平位移测点，在水平MTS作动器施荷中心处标定水平位移测点；
将各位移传感器通过磁性表座分别固定于柱顶水平位移测点、柱顶竖向位移测点、柱底水平位移测点处、竖直施荷水平位移测点及水平施荷水平位移测点，通过竖直设置MTS液压作动器对柱顶施加竖向荷载，通过水平设置的MTS液压作动器对结构柱顶施加试验水平荷载，各位移传感器数据通过位移静态采集仪采集并输出，根据采集的各位移传感器数据分别获得柱顶中点转角、柱顶中点竖向位移、柱顶中点水平位移、柱底中点水平位移、相对水平位移，根据获取的水平荷载、竖向荷载、柱顶中点转角及位移数据计算得到水平反力。
优选的，作为本发明的进一步改进，所述获得柱顶中点转角的计算方法为：
式中，θ表示柱顶中点转角，D3和D4表示柱顶两侧竖向位移测点的位移，X表示柱顶竖向位移测点距柱顶中心点的水平距离；
获得柱顶中点竖向位移的计算方法为：
式中，yt表示柱顶中点竖向位移，D1和D2表示柱顶两侧水平位移测点的位移，Y为柱顶水平位移测点(31)距柱顶中心点竖向距离；
获得柱顶中点水平位移的计算方法为：
式中，xt表示柱顶中点水平位移；
获得柱底中点水平位移的计算方法为：
式中，xb表示柱底中点水平位移，D5和D6表示柱底两侧水平位移测点(33)的位移；
获得相对水平位移的计算方法为：
Δx＝xt-xb
式中，Δx表示相对水平位移；
获得水平反力的计算方法为，当竖向施荷点与水平施荷点竖向距离较大时，由于水平位移的增大，结构柱偏转而产生一定弯矩，导致柱顶水平反力增大，先通过竖直MTS液压作动器获取竖向荷载N0，通过水平MTS液压作动器获取水平荷载Pm，
竖向施荷N0产生的弯矩：
Ma＝Nv·(D7-D8)+NH·(Lt-Lf)
Nv＝N0·cosθ
NH＝N0·sinθ
式中，Ma为竖向施荷N0产生的弯矩，NV表示竖向施荷N0的垂直分力，NH表示竖向施荷N0的水平分力，D7和D8表示竖直施荷水平位移测点及水平施荷水平位移测点的位移，Lf表示柱底水平测点与水平施荷水平位移测点间的垂直距离，Lt表示柱底水平测点与竖直施荷水平位移测点间的垂直距离；
结构柱偏转弯矩产生的水平力为：
式中，Pla为弯矩产生的水平力；
结构柱水平反力为：
P＝Pm+NH+Pla
式中，P为结构柱水平反力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置的多个位移传感器来获取多方向多位置的位移数据，从而解决大变形作用下柱顶转角对水平位移及结构柱水平反力的影响，以此获得更加精确的位移及反力数据，减小试验数据误差。
2、本发明适用于结构柱抗弯、抗剪、抗震等性能研究，通过底座中两组或多组固定组件顶紧固定试验结构柱，保证结构柱柱底的稳定性，同时通过调节第一固定机构中各固定组件的相对位置实现对不同尺寸，不同形状的结构柱进行固定以便试验开展，且试验装置使用简单，通用性强，节省大量人力物力资源。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明中的第一固定机构的立体结构示意图；
图4为本发明中的固定夹板处的结构示意图；
图5为本发明中结构柱与第一固定机构固定时的立体结构示意图；
图6为本发明中布置在结构柱上的各位移测点的主视示意图；
图7为本发明中布置在结构柱上的各位移测点的侧视示意图；
图8为本发明中结构柱与第一固定机构固定时的俯视结构示意图；
图9为本发明中结构柱在推覆试验时的受力示意图；
图10为本发明中的结构柱在位移测量计算时的示意图；
图11为本发明中的结构柱在反力测量计算时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图1到图11，对本发明的具体实施方式进行详细描述。在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
如图1到图11所示，本发明实施例提供一种用于结构柱推覆试验研究的试验装置，包括用于结构柱推覆试验研究的试验装置，包括第一固定机构1、加载机构2和测量组件3；第一固定机构1用于固定结构柱5的柱脚；加载机构2包括第一载荷施加组件21和第二载荷施加组件25，第一载荷施加组件21用于与结构柱5的顶部连接，向结构柱5施加纵向载荷并测量荷载大小，第二载荷施加组件25用于与结构柱5的侧壁连接，向结构柱5施加横向载荷并测量荷载大小；测量组件3包括八个位移传感器和位移静态采集仪，其中两个位移传感器用于设置在结构柱5的柱脚两侧，且沿柱脚的水平受力方向布置，用于测量柱脚两侧沿水平受力方向的水平位移，其中四个位移传感器分为两对，每对位移传感器均用于设置在结构柱5的柱顶两侧，其中一对沿柱顶的水平受力方向设置，另外一对沿柱顶的竖直方向设置，两对位移传感器分别用于测量柱顶两侧沿水平受力方向的水平位移以及竖直位移，另外两个位移传感器中一个位移传感器水平设置于第一载荷施加组件21与柱顶铰接处，用于测量第一载荷施加组件21与柱顶铰接处水平位移，另一个位移传感器水平设置于第二载荷施加组件25施荷中心处结构处一侧，用于测量施荷中心处结构柱水平位移，所述位移静态采集仪分别与八个位移传感器连接，用于显示位移传感器采集的位移数据。
本实施中，第一载荷施加组件21和第二载荷施加组件25均选用MTS液压作动器，且在MTS液压作动器上设置有载荷传感器，通过载荷传感器能够获取MTS液压作动器施加时的荷载数据，第一载荷施加组件21中的MTS液压作动器竖直设置，且MTS液压作动器的活塞杆端通过第一连接组件与结构柱5的柱顶铰接，第二载荷施加组件25中的MTS液压作动器水平设置，且MTS液压作动器的活塞杆端通过第二连接组件与结构柱5的柱顶侧壁铰接连接，在测量过程中，根据试验目的，首先通过第一载荷施加组件21对柱顶施加试验竖向荷载实现需求荷载比设定，而后通过第二载荷施加组件25对结构柱5柱顶施加试验水平荷载实现需求荷载比设定，并通过载荷传感器来分别获得第一载荷施加组件21中的MTS液压作动器施加的竖向荷载数据，第二载荷施加组件25中的MTS液压作动器施加的水平荷载数据，然后通过各位移传感器获得获取多方向多位置的位移数据，以此获得柱顶及柱脚的相对位移及柱顶转角，从而获取更准确的水平横向变形，根据获取的水平荷载、竖向荷载、柱顶中点转角及位移数据计算得到更精确的水平反力，为结构柱水平变形理论设计方法提供更精确数据参考。
具体的，作为第一连接组件的可选实施方案，如图1和图2所示，第一连接组件包括转动座22、第一销栓23和铰接座24，转动座22与竖直设置的MTS液压作动器的活塞杆端固定，转动座22通过第一销栓23与铰接座24铰接，所述铰接座24用于与所述结构5的柱顶中心处固定。
工作时，转动座22与铰接座24通过第一销栓23可发生相对转动，保证直设置的MTS液压作动器的输出荷载始终与柱顶面保持垂直，同时释放所测结构柱柱顶水平约束。
具体的，作为第二连接组件的可选实施方案，如图1和图2所示，第二连接组件包括两个柱顶夹板26，其中一个柱顶夹板26与水平设置的MTS液压作动器的活塞杆端通过第二销栓铰接连接，两个柱顶夹板26之间通过连接螺栓27连接，通过两个柱顶夹板26与连接螺栓27的配合，能够实现对不同长度的结构柱5柱顶进行固定，水平设置的MTS液压作动器通过柱顶夹板26向结构柱5施加横向荷载，以此实现结构柱抗推覆性能试验。
具体的，如图3到图5所示，作为第一固定机构1的可选实施方式，第一固定机构1包括底座11和两组固定组件16，底座11包括通过螺栓锚固于地基6的底板13，底板13顶部四周分别固定有围护板12，每个围护板12的外侧壁上固定有耳板15，每个围护板12的侧壁上设有螺纹孔14，固定组件16对称设置在围护板12相对的两侧壁上，固定组件16包括螺纹杆17及固定夹板19，固定夹板19设置在围护板12的内侧，固定夹板19正对螺纹孔14的侧壁上固定有螺母18，螺纹杆17穿过螺纹孔14后与螺母18螺纹连接，用于稳定夹持插入的结构柱5柱脚，固定夹持方向沿结构柱柱顶水平受力方向，本实施例中的第一固定机构1通过螺纹杆17与螺母18的配合，实现在转动螺纹杆17的过程中带动螺母18进行水平移动，从而能够快速调节两个固定夹板19的间距，利用两个固定夹板19能够对不同大小的结构柱5的柱底进行快速固定，同时能够在试验研究当中，能够对多个平行试件进行快速装夹更换，提高了试验的便捷性。
如图5所示，结构柱5插入底座11中部空腔，通过两组固定组件16沿水平受力方向夹持顶紧固定，本次试验判定结束后即可快速收起压力传感器，放松柱底固定组件，快速更换对比组试验结构柱进行下一次荷载试验。
作为上述实施例中第一固定机构1的进一步改进，如图4所示，螺纹杆17与固定夹板19连接的间隙中可填充开设相应螺纹孔14的填充板，增强顶紧固定效果，固定夹板19与结构柱接触一侧设置为0.3mm高度的齿状波纹面110，增大固定夹板的机械咬合力。
作为上述实施例中第一固定机构1的进一步改进，考虑到结构柱的形状大多为正多边形，因此为了能够对不同形状正多边形的结构柱进行固定，因此第一固定机构中的固定组件不仅限于沿水平受力方向安置，可由结构柱脚稳定性需求四周布置，同时，若结构柱为柱形，可以将固定夹板19替换成具有弧形夹持面的夹板即可，使得本试验装置适用于结构柱抗弯、抗剪、抗震等性能研究，适合测试不同尺寸，不同形状的结构柱，具有简单可调节，通用性强。
进一步的，为了实现对两个MTS液压作动器的固定，以便施加荷载，如图1和图2所示，因此还包括第二固定机构4，第二固定机构4包括两个门式反力架41、反力梁42、安装架和支撑梁，门式反力架41包括横梁以及固定在横梁两侧的纵梁，纵梁的底部用于与地基6固定，反力梁42水平设置固定在两个门式反力架41之间，反力梁42两端与两个门式反力架41中的横梁固定连接，安装架设置在反力梁42上，竖直设置的MTS液压作动器的缸体与安装架连接，其中，安装架包括上下两个卡持在反力梁42上的卡板，两个卡板之间通过四个连接螺栓连接，如此设置，使得安装架能够反力梁42上水平移动，以调节其位置，从而使得竖直设置的MTS液压作动器能够正对组合结构柱5的顶部中心处，支撑梁水平架设连接在其中一个门式反力架41的两个纵梁之间，水平设置的MTS液压作动器的缸体与支撑梁固定连接，其中，支撑梁与门式反力架41之间设有高度调节组件，通过高度调节组件能够调节支撑梁的高度，进而调节水平设置的MTS液压作动器的高度，使其对不同高度的组合结构柱5进行加载，具体的，高度调节组件包括多组开设在纵梁上的定位螺孔，多组定位螺孔沿纵梁的高度方向均布设置，支撑梁正对纵梁的侧壁上设有定位螺栓，且通过定位螺孔与纵梁螺纹连接，通过定位螺栓与定位螺孔的配合，能够实现调节支撑梁的高度。
实施例2
本发明公开了一种基于上述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置的试验方法，包括以下步骤：
将组合结构柱5放入到两个固定夹板19之间，通过转动螺纹杆17调节两个固定夹板19的间距，利用两个固定夹板19能够对不同大小的组合结构柱5的柱底进行快速固定；
调节竖直设置的MTS液压作动器的活塞杆端高度，并将铰接座24与组合结构柱5的顶部中心处固定，调节水平设置的MTS液压作动器的活塞杆端距离，并通过调节连接螺栓27使两个柱顶夹板26将组合结构柱5的顶部侧壁夹持固定；
将两块L形角钢分别固定于结构柱5的柱顶两侧，且沿水平受力方向设置，根据试验需求，在每个L形角钢水平端上表面标定柱顶竖向位移测点32，顶竖向位移测点32表示L形角钢水平端上表面该点处距柱顶中心点的水平距离，在每个L形角钢竖直端侧表面标定柱顶水平位移测点31，柱顶水平位移测点31表示L形角钢竖直端侧表面该点处距柱顶中心点垂直距离，然后在结构柱底部两侧高于第一固定机构5mm-10mm处沿水平受力方向标定柱底水平位移测点33；在竖直MTS作动器与柱顶铰接处标定竖直施荷水平位移测点34，在水平MTS作动器施荷中心处标定水平位移测点35；
将各位移传感器通过磁性表座分别固定于柱顶水平位移测点31、顶竖向位移测点32和柱底水平位移测点33处，根据试验需求，通过竖直设置MTS液压作动器对柱顶施加竖向荷载实现需求荷载比设定，通过水平设置的MTS液压作动器对组合结构柱顶施加水平荷载实现需求荷载比设定，各位移传感器数据通过位移静态采集仪采集并输出，根据采集的各位移传感器数据分别获得柱顶中点转角、柱顶中点竖向位移、柱顶中点水平位移、柱底中点水平位移和相对水平位移。
其中获得柱顶中点转角的计算方法为：
式中，θ表示柱顶中点转角，D3和D4表示柱顶两侧竖向位移测点32的位移，X表示柱顶竖向位移测点32距柱顶中心点的水平距离；
其中获得柱顶中点竖向位移的计算方法为：
式中，yt表示柱顶中点竖向位移，D1和D2表示柱顶两侧水平位移测点31的位移，Y为柱顶水平位移测点31距柱顶中心点竖向距离；
其中获得柱顶中点水平位移的计算方法为：
式中，xt表示柱顶中点水平位移；
其中获得柱底中点水平位移的计算方法为：
式中，xb表示柱底中点水平位移，D5和D6表示柱底两侧水平位移测点33的位移；
获得相对水平位移的计算方法为：
Δx＝xt-xb
式中，Δx表示相对水平位移；
获得水平反力的计算方法为，当竖向施荷点与水平施荷点竖向距离较大时，由于水平位移的增大，结构柱偏转而产生一定弯矩，导致柱顶水平反力增大，先通过竖直MTS液压作动器获取竖向荷载N0，通过水平MTS液压作动器获取水平荷载Pm，
竖向施荷N0产生的弯矩：
Ma＝Nv·(D7-D8)+NH·(Lt-Lf)
Nv＝N0·cosθ
NH＝N0·sinθ
式中，Ma为竖向施荷N0产生的弯矩，NV表示竖向施荷N0的垂直分力，NH表示竖向施荷N0的水平分力，D7和D8表示竖直施荷水平位移测点(34)及水平施荷水平位移测点(35)的位移，Lf表示柱底水平测点(33)与水平施荷水平位移测点(35)间的垂直距离，Lt表示柱底水平测点(33)与竖直施荷水平位移测点(34)间的垂直距离；
结构柱偏转弯矩产生的水平力为：
式中，Pla为弯矩产生的水平力；
结构柱水平反力为：
P＝Pm+NH+Pla
式中，P为结构柱水平反力。
以上公开的仅为本发明的较佳地几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于结构柱推覆试验研究的试验装置，包括加载机构(2)，所述加载机构(2)包括第一载荷施加组件(21)和第二载荷施加组件(25)，所述第一载荷施加组件(21)用于与结构柱(5)的顶部铰接，向结构柱(5)施加纵向载荷并测量荷载大小，所述第二载荷施加组件(25)用于与结构柱(5)的侧壁连接，向结构柱(5)施加横向载荷并测量荷载大小，其特征在于，还包括：
第一固定机构(1)，用于固定结构柱(5)的柱脚；
测量组件(3)，包括八个位移传感器和位移静态采集仪，其中两个位移传感器用于设置在所述结构柱(5)的柱脚两侧，且沿柱脚的水平受力方向布置，用于测量柱脚两侧沿水平受力方向的水平位移，其中四个位移传感器分为两对，每对位移传感器均用于设置在所述结构柱(5)的柱顶两侧，其中一对沿柱顶的水平受力方向设置，另外一对沿柱顶的竖直方向设置，两对位移传感器分别用于测量柱顶两侧沿水平受力方向的水平位移以及竖直位移，另外两个位移传感器中一个位移传感器水平设置于第一载荷施加组件(21)与柱顶铰接处，用于测量第一载荷施加组件(21)与柱顶铰接处水平位移，另一个位移传感器水平设置于第二载荷施加组件(25)施荷中心处结构处一侧，用于测量施荷中心处结构柱水平位移，所述位移静态采集仪分别与八个位移传感器连接，用于显示位移传感器采集的位移数据。
2.根据权利要求1所述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置，其特征在于，所述第一固定机构(1)包括底座(11)和两组固定组件(16)，所述底座(11)包括通过螺栓锚固于地基(6)的底板(13)，底板(13)顶部四周分别固定有围护板(12)，每个围护板(12)的外侧壁上固定有耳板(15)，每个围护板(12)的侧壁上设有螺纹孔(14)，所述固定组件(16)对称设置在围护板(12)相对的两侧壁上，所述固定组件(16)包括螺纹杆(17)及固定夹板(19)，固定夹板(19)设置在围护板(12)的内侧，固定夹板(19)正对螺纹孔(14)的侧壁上固定有螺母(18)，所述螺纹杆(17)穿过螺纹孔(14)后与所述螺母(18)螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置，其特征在于，所述固定夹板(19)与所述结构柱(5)的接触的板面上设有齿状波纹面(110)。
4.根据权利要求2所述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置，其特征在于，所述第一载荷施加组件(21)包括MTS液压作动器和设置在MTS液压作动器上的载荷传感器，所述第二载荷施加组件(25)的结构与第一载荷施加组件(21)的结构相同，所述第一载荷施加组件(21)中的MTS液压作动器竖直设置，且MTS液压作动器的活塞杆端通过第一连接组件与结构柱(5)的柱顶铰接，所述第二载荷施加组件(25)中的MTS液压作动器水平设置，且MTS液压作动器的活塞杆端通过第二连接组件与结构柱(5)的柱顶侧壁铰接连接。
5.根据权利要求4所述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置，其特征在于，所述第一连接组件包括转动座(22)、第一销栓(23)和铰接座(24)，转动座(22)与竖直设置的MTS液压作动器的活塞杆端固定，转动座(22)通过第一销栓(23)与所述铰接座(24)铰接，所述铰接座(24)用于与所述结构柱(5)的柱顶中心处固定。
6.根据权利要求5所述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置，其特征在于，所述第二连接组件包括两个柱顶夹板(26)，其中一个柱顶夹板(26)与水平设置的MTS液压作动器的活塞杆端通过第二销栓铰接连接，两个柱顶夹板(26)之间通过连接螺栓(27)连接。
7.根据权利要求6所述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置，其特征在于，还包括第二固定机构(4)，用于固定两个MTS液压作动器，所述第二固定机构(4)包括两个门式反力架(41)、反力梁(42)、安装架和支撑梁，所述门式反力架(41)包括横梁以及固定在横梁两侧的纵梁，纵梁的底部用于与地基(6)固定，所述反力梁(42)水平设置固定在两个门式反力架(41)之间，反力梁(42)两端与两个门式反力架(41)中的横梁固定连接，所述安装架设置在反力梁(42)上，竖直设置的MTS液压作动器的缸体与所述安装架连接，所述支撑梁水平架设连接在其中一个门式反力架(41)的两个纵梁之间，且支撑梁的高度可调，水平设置的MTS液压作动器的缸体与所述支撑梁固定连接。
8.一种根据权利要求7所述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
将结构柱(5)放入到两个固定夹板(19)之间，通过转动螺纹杆(17)使两个固定夹板(19)将结构柱(5)的柱脚进行夹持固定；
调节竖直设置的MTS液压作动器的活塞杆端高度，并将铰接座(24)与所述结构柱(5)的顶部固定，调节水平设置的MTS液压作动器的活塞杆端距离，并通过调节连接螺栓(27)使两个柱顶夹板(26)将结构柱(5)的顶部侧壁夹持固定；
将两块L形角钢分别固定于结构柱(5)的柱顶两侧，且沿水平受力方向设置，在每个L形角钢水平端上表面标定柱顶竖向位移测点(32)，所述柱顶竖向位移测点(32)表示L形角钢水平端上表面该点处距柱顶中心点的水平距离，在每个L形角钢竖直端侧表面标定柱顶水平位移测点(31)，所述柱顶水平位移测点(31)表示L形角钢竖直端侧表面该点处距柱顶中心点垂直距离，然后在结构柱底部两侧高于第一固定机构5mm-10mm处沿水平受力方向标定柱底水平位移测点(33)；在竖直MTS作动器与柱顶铰接处标定竖直施荷水平位移测点(34)，在水平MTS作动器施荷中心处标定水平位移测点(35)；
将各位移传感器通过磁性表座分别固定于柱顶水平位移测点(31)、柱顶竖向位移测点(32)、柱底水平位移测点(33)处、竖直施荷水平位移测点(34)及水平施荷水平位移测点(35)，通过竖直设置MTS液压作动器对柱顶施加竖向荷载，通过水平设置的MTS液压作动器对结构柱顶施加试验水平荷载，各位移传感器数据通过位移静态采集仪采集并输出，根据采集的各位移传感器数据分别获得柱顶中点转角、柱顶中点竖向位移、柱顶中点水平位移、柱底中点水平位移、相对水平位移，根据获取的水平荷载、竖向荷载、柱顶中点转角及位移数据计算得到水平反力。
9.根据权利要求8所述的用于结构柱推覆试验研究的试验装置的试验方法，其特征在于，所述获得柱顶中点转角的计算方法为：
式中，θ表示柱顶中点转角，D3和D4表示柱顶两侧竖向位移测点(32)的位移，X表示柱顶竖向位移测点(32)距柱顶中心点的水平距离；
获得柱顶中点竖向位移的计算方法为：
式中，yt表示柱顶中点竖向位移，D1和D2表示柱顶两侧水平位移测点(31)的位移，Y为柱顶水平位移测点(31)距柱顶中心点竖向距离；
获得柱顶中点水平位移的计算方法为：
式中，xt表示柱顶中点水平位移；
获得柱底中点水平位移的计算方法为：
式中，xb表示柱底中点水平位移，D5和D6表示柱底两侧水平位移测点(33)的位移；
获得相对水平位移的计算方法为：
Δx＝xt-xb
式中，Δx表示相对水平位移；
获得水平反力的计算方法为，当竖向施荷点与水平施荷点竖向距离较大时，由于水平位移的增大，结构柱偏转而产生一定弯矩，导致柱顶水平反力增大，先通过竖直MTS液压作动器获取竖向荷载N0，通过水平MTS液压作动器获取水平荷载Pm，
竖向施荷N0产生的弯矩：
Ma＝Nv·(D7-D8)+NH·(Lt-Lf)
Nv＝N0·cosθ
NH＝N0·sinθ
式中，Ma为竖向施荷N0产生的弯矩，NV表示竖向施荷N0的垂直分力，NH表示竖向施荷N0的水平分力，D7和D8表示竖直施荷水平位移测点(34)及水平施荷水平位移测点(35)的位移，Lf表示柱底水平测点(33)与水平施荷水平位移测点(35)间的垂直距离，Lt表示柱底水平测点(33)与竖直施荷水平位移测点(34)间的垂直距离；
结构柱偏转弯矩产生的水平力为：
式中，Pla为弯矩产生的水平力；
结构柱水平反力为：
P＝Pm+NH+Pla
式中，P为结构柱水平反力。
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