CN207036452U - 一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，包括外部框架固定装置、试件固定装置、试件加载装置及数据采集系统；外部框架固定装置包括支撑钢框架、支撑工字型钢、侧向型钢及滑轮；试件固定装置包括固定在地面上的底座基础、压梁，压梁通过第一地脚螺栓固定在地面上；试件加载装置包括水平作动器，大球铰支座，小球铰支座，多通道应变采集仪及质量块；数据采集系统包括通过油管连接水平作动器的液压油源、控制器、电脑、多通道应变采集仪及百分表。本实用新型测试装置能够有效的克服常规竖向液压千斤顶无法对实际屋面荷载模拟加载和加载过程中面外失稳的难题，使传统风格建筑钢框架结构的受力更接近实际工程。
Description
【技术领域】
本实用新型属于传统风格建筑钢结构体系领域，涉及一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置。
【背景技术】
中国木结构古建筑文化博大精深，其独特的结构形式及优美的造型在世界建筑物的舞台上占有了重要的地位。为了克服木结构易燃易腐蚀等缺点，采用钢结构材料建造的传统风格建筑应运而生。
传统风格建筑一般均位于文化遗产保护区，其所处地位非常重要。传统风格钢框架结构静力和滞回性能的好坏对整个传统风格空间建筑的抗震性能起到了决定性作用。准确测量传统风格平面钢框架的静力和滞回性能对评价该类结构形式的延性、承载力、耗能性能及刚度退化特性具有重要意义。
由于传统风格建筑的坡屋顶造型要求，常规竖向液压千斤顶很难对实际屋面荷载进行模拟加载，且平面框架在水平加载过程中会产生面外失稳的不利情况。
【发明内容】
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，该装置能够有效的克服常规竖向液压千斤顶无法对实际屋面荷载模拟加载和加载过程中面外失稳的难题，使传统风格建筑钢框架结构的受力更接近实际工程。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现：
一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，包括试件固定装置，试件加载装置及数据采集系统，试件固定装置与传统风格建筑钢框架试件的立柱相连，试件加载装置包括水平作动器和若干个质量块，水平作动器的一端与传统风格建筑钢框架试件水平大梁的一端铰接，另一端与反力墙铰接，传统风格建筑钢框架试件的屋面荷载等效转化为点荷载后的转化点上均悬挂有质量块；水平作动器内设有位移传感器，位移传感器和水平作动器均与数据采集系统连接。
所述水平作动器的一端通过小球铰支座与传统风格建筑钢框架试件水平大梁的一端铰接，另一端通过大球铰支座与反力墙铰接。
所述传统风格建筑钢框架试件的屋面荷载等效转化为点荷载后的转化点上均设置有悬壁钢管，每个悬壁钢管水平设置，且与传统风格建筑钢框架所在平面垂直，悬壁钢管的两端关于传统风格建筑钢框架试件所在平面对称，每个悬壁钢管的两端通过钢绞线悬挂质量块。
所述试件固定装置包括底座基础，传统风格建筑钢框架试件的立柱的底端通过第一高强螺栓与底座基础固定连接，底座基础通过压梁和第一地脚螺栓与地面固定连接。
所述底座基础的表面上设有用于测量底座基础位移的百分表，百分表与数据采集系统连接。
所述数据采集系统包括依次相连的液压油源、控制器、电脑和多通道应变采集仪，液压油源通过油管与水平作动器连接，多通道应变采集仪通过传感器导线分别与水平作动器、荷载传感器和百分表连接。
传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置还包括用于侧向支撑传统风格建筑钢框架试件和防止传统风格建筑钢框架试件面外失稳的外部框架固定装置。
所述外部框架固定装置包括设置在传统风格建筑钢框架试件两端的支撑钢框架，传统风格建筑钢框架试件每端两侧均设置支撑钢框架，支撑钢框架的底端固定设置，传统风格建筑钢框架试件同一侧的支撑钢框架之间连接有侧向型钢，侧向型钢与传统风格建筑钢框架试件的水平大梁平行且同高，侧向型钢沿长度方向间隔设置有若干个与水平大梁接触，并用于支撑水平大梁的滑轮，水平大梁两侧的滑轮对称设置。
传统风格建筑钢框架试件同一端的支撑钢框架之间通过支撑工字型钢连接，侧向型钢的端部搭接在支撑工字型钢上。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型测试装置水平荷载采用作动器进行加载，可灵活调节作动器的行程，在加载过程中通过数据采集系统实现数据采集以及高精度控制，同时传统风格建筑钢框架试件传统风格建筑钢框架试件通过试件固定装置进行固定，因此，可有效防止试验过程中试件底座基础发生大位移，本实用新型测试装置拆卸和组装方便、安全和可靠，同时克服了常规竖向液压千斤顶无法对实际屋面荷载模拟加载的难题，使传统风格建筑钢框架的受力更接近于现实工程。
进一步的，本实用新型通过在底座基础的表面上设有用于测量底座基础位移的百分表，通过外设置百分表设备，用来测量底座基础的微小位移，以期在试验结束后期阶段数据处理，测量精度较高。
进一步的，本实用新型通过外部框架固定装置能够用于侧向支撑传统风格建筑钢框架试件，防止传统风格建筑钢框架试件面外失稳，克服试件结构加载过程中可能出现的面外失稳问题。
【附图说明】
图1是本实用新型的整体结构立体图；
图2是本实用新型的正面图；
图3是本实用新型的数据采集系统示意图。
其中，1为反力墙、2为水平作动器、3为压梁、4为底座基础、5为侧向型钢、6为滑轮、7为支撑钢框架、8为传统风格建筑钢框架试件、9为质量块、10为悬臂钢管、11为第一地脚螺栓、12为小球铰支座、13为水平底板、14为第一高强螺栓、15为钢绞线、16为百分表、17为第二高强螺栓、18为加载板、19为大球铰支座、20为第二地脚螺栓、21为油管、22为导线、23为控制器、24为电脑、25为传感器导线、26为多通道应变采集仪、27为液压油源、28为支撑工字型钢、29为第三高强螺栓。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
参考图1、图2和图3，本实用新型的传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置包括外部框架固定装置，试件固定装置，试件加载装置及数据采集系统；外部框架固定装置包括支撑钢框架7、支撑工字型钢28、侧向型钢5及滑轮6；试件固定装置包括底座基础4，压梁3，压梁通过第一地脚螺栓11固定在地面上；试件加载装置包括水平作动器2，水平作动器的一端连接大球铰支座19，另一端连接小球铰支座12，水平作动器内设置有位移传感器，屋面荷载等效转化为点荷载后采用质量块9的方式施加，质量块通过钢绞线15悬挂在试件的悬臂钢管10上；数据采集系统包括通过油管连接水平作动器的液压油源27、液压油源通过导线22连接控制器23、控制器23的输出端通过导线22连接电脑24、电脑24通过导线22连接多通道应变采集仪26，多通道应变采集仪26通过传感器导线25连接水平作动器2荷载传感器和百分表16。
本实用新型的试件固定装置与传统风格建筑钢框架试件8的立柱相连用于固定传统风格建筑钢框架试件8，水平作动器2的一端通过小球铰支座12与传统风格建筑钢框架试件8水平大梁的一端铰接，另一端通过大球铰支座19与反力墙1铰接，反力墙1通过预埋地基与地面形成一个整体，传统风格建筑钢框架试件8的屋面荷载等效转化为点荷载后的转化点上均设置有悬壁钢管10，每个悬壁钢管10水平设置，且与传统风格建筑钢框架试件8所在平面垂直，悬壁钢管10的两端关于传统风格建筑钢框架试件8所在平面对称，每个悬壁钢管10的两端通过钢绞线悬挂质量块9，水平作动器2内设有位移传感器，位移传感器和水平作动器2均与数据采集系统连接；外部框架固定装置包括设置在传统风格建筑钢框架试件8两端的支撑钢框架7，传统风格建筑钢框架试件8每端两侧均设置支撑钢框架7，支撑钢框架7的底端固定设置，传统风格建筑钢框架试件8同一侧的支撑钢框架7之间连接有侧向型钢5，侧向型钢5与传统风格建筑钢框架试件8的水平大梁平行且同高，传统风格建筑钢框架试件8同一端两侧的支撑钢框架7之间通过支撑工字型钢28连接，侧向型钢5的端部搭接在支撑工字型钢28上，侧向型钢5沿长度方向间隔设置有若干个与水平大梁接触，并用于支撑水平大梁的滑轮6，水平大梁两侧的滑轮6对称设置。
需要说明的是，支撑钢框架7通过第二地脚螺栓20固定在地面上，支撑工字型钢28固定于支撑钢框架7腹板位置处，滑轮6固定在侧向型钢5翼缘处，另一侧与传统风格建筑钢框架试件8水平大梁接触；传统风格建筑钢框架试件8柱底通过水平底板13和底座基础4上表面紧密接触，水平底板13通过第一高强螺栓14固定于底座基础4表面；支撑钢框架7通过第二地脚螺栓20固定于地面上，底座基础4通过压梁3和第一地脚螺栓11固定于地面上；质量块9在试验开始前在加工厂制作完成。大球铰支座19通过第三高强螺栓29固定在反力墙1上，小球铰支座12通过第二高强螺栓17固定在传统风格建筑钢框架试件8水平大梁的端部，第二高强螺栓17另一侧连接加载板18，通过预加压力使小球铰支座12与水平大梁试件8紧密相连；液压油源27通过导线22连接控制器23，控制器23的输出端通过导线22连接电脑24，电脑24通过导线22连接多通道应变采集仪26，多通道应变采集仪26通过传感器导线25分别连接水平作动器2、荷载传感器和百分表16，导线22为四芯导线。
本实用新型测试装置水平荷载采用作动器进行加载，可灵活调节作动器的行程，在加载过程中通过电脑实现高精度控制，同时在试件底部设置底座基础和压梁，可有效防止试验过程中试件底座基础发生大位移，另外设置百分表设备，用来测量底座基础的微小位移，以期在试验结束后期阶段数据处理，测量精度较高；在试件平面外布置两道侧向型钢，克服试件结构加载过程中可能出现的面外失稳问题；本实用新型测试装置拆卸和组装方便、安全和可靠，同时克服了常规竖向液压千斤顶无法对实际屋面荷载模拟加载的难题，使传统风格建筑钢框架的受力更接近于现实工程。本实用新型克服了千斤顶无法提供精确竖向力的缺点，并解决了面外失稳的难题，具有较强的现实意义。
本实用新型装置的测试方法如下：
第一步：将反力墙1通过预埋地基与地面形成一个整体，再将支撑钢框架7通过第二地脚螺栓20固定在地面上；
第二步：将底座基础4通过压梁3和第一地脚螺栓11固定在地面上，并将传统风格建筑钢框架试件8通过水平底板13和底座基础4上表面紧密接触，水平底板13通过第一高强螺栓14固定于底座基础4表面；
第三步：将钢绞线15悬挂在悬臂钢管10的外侧，钢绞线15两端悬挂质量块9；
第四步：将水平作动器2的一端通过大球铰支座19与反力墙1连接，通过电脑24和控制器23调节水平作动器2的行程到合适的位置，然后将水平作动器2的另一端和小球铰支座12进行连接，小球铰支座12的另一端通过第二高强螺栓17与加载板18相连，连接后加载端和传统风格建筑钢框架试件8紧密接触；
第五步：将水平作动器2通过油管21与液压油源27连接，将液压油源27、控制器23、电脑24、多通道应变采集仪26通过导线22连接，再将水平作动器2中的水平荷载传感器和百分表16通过传感器导线25连接到多通道应变采集仪26上；
第六步：当测试时，通过电脑24和控制器23按照水平荷载加载制度控制水平作动器2施加水平力，直至试件破坏，并通过电脑24和多通道应变采集仪26采集试验过程中的水平力F、位移Δ及各位置处的应变ε，最终绘制出需要研究的特征曲线。
Claims (9)
1.一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，包括试件固定装置，试件加载装置及数据采集系统，试件固定装置与传统风格建筑钢框架试件(8)的立柱相连，试件加载装置包括水平作动器(2)和若干个质量块(9)，水平作动器(2)的一端与传统风格建筑钢框架试件(8)水平大梁的一端铰接，另一端与反力墙(1)铰接，传统风格建筑钢框架试件(8)的屋面荷载等效转化为点荷载后的转化点上均悬挂有质量块(9)；水平作动器(2)内设有位移传感器，位移传感器和水平作动器(2)均与数据采集系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述水平作动器(2)的一端通过小球铰支座(12)与传统风格建筑钢框架试件(8)水平大梁的一端铰接，另一端通过大球铰支座(19)与反力墙(1)铰接。
3.根据权利要求1所述的一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述传统风格建筑钢框架试件(8)的屋面荷载等效转化为点荷载后的转化点上均设置有悬壁钢管(10)，每个悬壁钢管(10)水平设置，且与传统风格建筑钢框架试件(8)所在平面垂直，悬壁钢管(10)的两端关于传统风格建筑钢框架试件(8)所在平面对称，每个悬壁钢管(10)的两端通过钢绞线悬挂质量块(9)。
4.根据权利要求1所述的一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述试件固定装置包括底座基础(4)，传统风格建筑钢框架试件(8)的立柱的底端通过第一高强螺栓(14)与底座基础(4)固定连接，底座基础(4)通过压梁(3)和第一地脚螺栓与地面固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述底座基础(4)的表面上设有用于测量底座基础(4)位移的百分表(16)，百分表(16)与数据采集系统连接。
6.根据权利要求5所述的一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述数据采集系统包括依次相连的液压油源(27)、控制器(23)、电脑(24)和多通道应变采集仪(26)，液压油源(27)通过油管(21)与水平作动器(2)连接，多通道应变采集仪(26)通过传感器导线(25)分别与水平作动器(2)、荷载传感器和百分表(16)连接。
7.根据权利要求1所述的一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，还包括用于侧向支撑传统风格建筑钢框架试件(8)和防止传统风格建筑钢框架试件(8)面外失稳的外部框架固定装置。
8.根据权利要求7所述的一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，所述外部框架固定装置包括设置在传统风格建筑钢框架试件(8)两端的支撑钢框架(7)，传统风格建筑钢框架试件(8)每端两侧均设置支撑钢框架(7)，支撑钢框架(7)的底端固定设置，传统风格建筑钢框架试件(8)同一侧的支撑钢框架(7)之间连接有侧向型钢(5)，侧向型钢(5)与传统风格建筑钢框架试件(8)的水平大梁平行且同高，侧向型钢(5)沿长度方向间隔设置有若干个与水平大梁接触，并用于支撑水平大梁的滑轮(6)，水平大梁两侧的滑轮(6)对称设置。
9.根据权利要求8所述的一种传统风格建筑钢框架结构双向荷载测试装置，其特征在于，传统风格建筑钢框架试件(8)同一端的支撑钢框架(7)之间通过支撑工字型钢(28)连接，侧向型钢(5)的端部搭接在支撑工字型钢(28)上。
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|---|---|---|---|---|
| CN109406127A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-03-01 | 广州大学 | 一种带有支座的增加试件荷载的实验装置 |
| CN110926753A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-03-27 | 中国人民解放军陆军研究院特种勤务研究所 | 一种双坡屋面活动房屋风载模拟试验方法 |
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| CN109406127B (zh) * | 2018-11-30 | 2023-10-27 | 广州大学 | 一种带有支座的增加试件荷载的实验装置 |
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| CN110926753B (zh) * | 2019-12-10 | 2022-01-14 | 中国人民解放军陆军研究院特种勤务研究所 | 一种双坡屋面活动房屋风载模拟试验方法 |
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