CN210322639U

CN210322639U - 一种剪力墙抗震试验装置

Info

Publication number: CN210322639U
Application number: CN201921070174.XU
Authority: CN
Inventors: 舒赣平; 杜二峰; 秦颖; 韩建红
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2029-07-10

Abstract

本实用新型公开了一种剪力墙抗震试验装置，装置包括反力场地、四柱自平衡刚架、三角形反力刚架、加载横梁、竖向加载装置、水平加载装置、数据采集系统和控制系统等。所述反力场地包括反力墙、反力地坪和地下室；所述四柱自平衡刚架由顶梁、四个立柱和底梁组成，所述竖向加载装置安装在四柱自平衡刚架的顶梁底部，通过加载横梁对剪力墙试件施加竖向荷载；所述水平加载装置分别安装在反力墙和三角形反力刚架上，通过加载横梁对剪力墙试件施加低周水平往复荷载；所述数据采集系统用于采集各测点的力、位移和应变；所述控制系统用于控制千斤顶和液压伺服作动器。利用本装置可以完成水平单向最大5000kN的剪力墙低周往复抗震试验。

Description

一种剪力墙抗震试验装置

技术领域

本发明属于结构性能试验与检测技术领域，具体涉及一种剪力墙抗震试验装置。

背景技术

在建筑结构中，剪力墙主要承受由风荷载或地震作用引起的水平荷载，同时也承受有上部结构及自重引起的竖向荷载，其抗震能力和竖向承载能力对结构安全起着重要作用，因此需要对其进行深入研究。

结构试验技术是研究结构性能，发展结构计算理论，研发新材料、新结构和新施工工艺的重要手段，对土木工程学科发展和重大工程建设具有重大推进作用。试验装置是试验研究最基本的技术保证，通常包括加载装置系统和反力装置系统两大部分，其中加载装置系统用于给试验模型施加荷载，反力装置系统用于平衡试验模型受荷后传给加载装置的反力，同时为加载装置和试验模型提供可靠的边界条件。

为了真实反映结构的实际受力状态和变形特征，消除构件尺寸和材料性能等方面对试验结果的影响，试验研究应尽可能采用足尺模型。实际结构中，每层剪力墙的高度通常为2700-3000mm，宽度通常大于1500mm，因此要求试验装置需具有足够的加载空间和加载能力。

然而现有的试验装置存在较大局限，难以满足上述要求，例如：目前常见的长柱压力机最大加载能力约为10000kN，但其加载空间和试验对象都十分有限；目前常用的门式反力刚架虽具有较大的加载空间，但其竖向加载能力大多不超过20000kN，且刚架立柱必须进行可靠锚固，对使用场地要求较高；目前常用的压剪试验机可进行较大压力作用下的剪切试验，但其加载空间有限，试验对象也局限于橡胶支座等构件。因此，研发具有足够加载能力和加载空间，实现足尺剪力墙抗震性能的试验装置，对新型剪力墙的研究和应用具有重大意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种剪力墙抗震试验装置，试验装置具有较大加载能力和加载空间，设计合理，使用方便，可以完成水平单向最大5000kN的剪力墙低周往复抗震试验。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种剪力墙抗震试验装置，包括反力场地、四柱自平衡刚架、三角形反力刚架、竖向加载装置、水平加载装置、加载横梁、数据采集系统和控制系统；

所述反力场地包括反力墙、反力地坪以及地下室三部分；所述反力墙采用双肢钢筋混凝土剪力墙结构，墙肢上开有等距锚孔；反力地坪采用预应力钢筋混凝土结构，地坪上开有等距锚孔；反力地坪下方为地下室，所述反力墙、反力地坪和地下室一体浇筑而成；

所述四柱自平衡刚架包括四个立柱、一根顶梁和一根底梁；所述四个立柱底部分别焊接在底梁四个角部上面；四个立柱内侧翼缘上部开有若干螺栓孔，所述顶梁通过螺栓与立柱内侧翼缘相连；

所述反力墙竖直设置在反力地坪一侧上方，所述三角形反力刚架设置在反力地坪另一侧上方，剪力墙试件设置在三角形反力刚架与反力墙之间；

所述加载横梁设置在顶梁下方，加载横梁固定在剪力墙试件上方；

所述竖向加载装置包括连接第一液压液系统的千斤顶和水平滑动支座，所述水平滑动支座固定在所述顶梁下方，所述千斤顶放置所述水平滑动支座和所述加载横梁之间；

所述水平加载装置包括连接第二液压液系统的第一液压伺服作动器和第二液压伺服作动器、第一支座和第二支座；所述第一液压伺服作动器的一端通过第一支座与所述反力墙相连，所述第一液压伺服作动器的另一端通过螺栓与加载横梁一侧相连；所述第二液压伺服作动器的一端通过第二支座与所述三角形反力刚架相连，所述第二液压伺服作动器的另一端通过螺栓与加载横梁另一侧相连。

所述数据采集系统通过各布置在各测点的力传感器、位移计和应变片分别采集力、位移和应变数据；所述控制系统通过设备内置元件控制千斤顶和液压伺服作动器。

优选的，所述三角形反力刚架由两片刚架组成，其中每片刚架包括竖杆、斜杆、地梁、横腹杆和斜腹杆，所述竖杆、斜杆、地梁构成一个封闭的直角三角形结构，横腹杆和斜腹杆设置在三角形内，各组成部分通过焊接相连，两片刚架通过连杆连成一体，并通过锚杆固定在反力地坪上。

优选的，所述四柱自平衡刚架的立柱之间设置侧向支撑，并可根据需要上下移动。

优选的，所述反力墙与四柱自平衡刚架之间设置第一水平约束钢梁，三角形反力刚架与四柱自平衡刚架之间设置第二水平约束钢梁。

优选的，所述底梁和顶梁为变截面异形梁。底梁呈工字型结构，底梁上翼缘开有螺栓孔，用于安装剪力墙试件。顶梁两端设有钢板，钢板上开有螺栓孔，通过高强度螺栓与四根立柱内侧翼缘相连，并可根据剪力墙试件高度上下移动以满足加载需要。

优选的，所述立柱、底梁和顶梁的上下翼缘间每隔一定的距离都焊有加劲肋，用于增强局部承载能力。

优选的，所述加载横梁为焊接双腹板H型钢梁，加载横梁两侧分别焊有连接端头，可通过螺栓连接第一液压伺服作动器和第二液压伺服作动器。加载横梁的两端分别焊有侧板，可用于施加平面外约束。

优选的，所述反力墙每片墙肢厚度为1m。

优选的，所述反力地坪厚度为1m。

优选的，所述地下室由厚度200mm的横墙和纵墙分隔，地下室净高3m。

优选的，所述第一液压液系统、数据采集系统和控制系统放置在反力地坪上，所述第二液压液系统设置在地下室内。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种能够较好的进行剪力墙抗震试验的装置，试验装置具有较大加载能力和加载空间，设计合理，可以完成水平单向最大5000kN的剪力墙低周往复抗震试验。本发明提高了剪力墙抗震试验的精度和效率，实现了足尺剪力墙低周往复抗震试验的需求。

附图说明

图1为本发明的剪力墙往复抗震试验装置示意图；

图2为本发明所述的四柱自平衡刚架示意图；

图3为本发明所述的四柱自平衡刚架的底梁示意图；

图4为本发明所述的四柱自平衡刚架的顶梁示意图；

图5为本发明所述的三角形反力刚架示意图；

图6为本发明所述的加载横梁示意图。

附图标记说明：

1-反力场地；11-反力墙；12-反力地坪；13-地下室；2-四柱自平衡刚架；21-立柱、22-顶梁；23-底梁；24-钢板；3-三角形反力刚架；31-竖杆；32-斜杆；33-地梁；34-横腹杆；35-斜腹杆；4-竖向加载装置； 41-第一液压液系统；42-千斤顶；43-水平滑动支座；5-水平加载装置；51-第二液压液系统；52-第一液压伺服作动器；53-第二液压伺服作动器；54-第一支座；55-第二支座；6-加载横梁；61-连接端头；62-侧板；7-侧向支撑；8-第一水平约束钢梁；9-第二水平约束钢梁；10-剪力墙试件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图所示，本实施例的剪力墙抗震试验装置包括：反力场地1、四柱自平衡刚架2、三角形反力刚架3、竖向加载装置4、水平加载装置5、加载横梁6、侧向支撑7、第一水平约束钢梁8、第二水平约束钢梁9、数据采集系统和控制系统。

反力场地1由反力墙11、反力地坪12和地下室13组成。反力地坪12厚1m，为预应力钢筋混凝土结构，用作四柱自平衡刚架2和三角形反力刚架3的基础。反力地坪12预留有间距为500mm的锚孔，用于固定四柱自平衡刚架2和三角形反力刚架3。反力墙11为双肢钢筋混凝土剪力墙结构，每片墙肢厚度1m，其上开有等距锚孔，用于固定水平加载装置5，为低周往复抗震试验提供反力。地下室13净高3m，由厚度200mm的横墙和纵墙分隔成小室。

如图2、图3和图4所示，本发明所述的四柱自平衡刚架2包括四个立柱21、一根顶梁22和一根底梁23，均有钢板焊接而成，钢材材质为Q345B。四个立柱21的截面均为箱型，截面尺寸相同，其宽和高分别为1600mm和800mm。四个立柱21底部分别焊接在底梁23四个角部上面。底梁23和顶梁22为变截面异形梁。底梁23高1200mm，其俯视平面呈工字型。底梁23上翼缘开有螺栓孔，用于安装剪力墙试件。底梁23的顶面采用喷丸处理，用于实现高强螺栓摩擦型连接。顶梁22高度亦为1200mm，其两端的两侧分别含有高2600mm、宽1800mm的钢板，钢板上开有螺栓孔，通过高强度螺栓与四根立柱21内侧翼缘相连，并可根据剪力墙试件10高度上下移动以满足加载需要。立柱21、底梁23和顶梁22的上下翼缘间每隔一定的距离都焊有加劲肋，用于增强局部承载能力。

如图5所示，三角形反力刚架3由两片刚架组成，其中每片刚架包括竖杆31、斜杆32、地梁33、横腹杆34、斜腹杆35，各组成部分通过焊接相连，两片刚架通过连杆36连成一体。竖杆31高5050mm，其外翼缘上开有螺栓孔，用于连接水平加载装置5。地梁33长2900mm，其上开有地锚孔，通过锚杆固定在反力地坪12上。

如图1所示，竖向加载装置4包括连有第一液压液系统41的千斤顶42和水平滑动支座43。水平滑动支座43通过螺栓固定在顶梁22的下翼缘，千斤顶42放置水平滑动支座43和加载横梁6之间。

如图1所示，水平加载装置5包括连有第二液压液系统51的第一液压伺服作动器52和第二液压伺服作动器53、第一支座54和第二支座55。第二液压液系统51放置在地下室13内，第一支座54通过锚杆固定反力墙11上，第二支座55通过螺栓固定在三角形反力刚架3上。根据剪力墙试件10的高度，第一支座54和第二支座55可分别在反力墙11和三角形反力刚架3上移动。第一液压伺服作动器52的一端通过螺栓与第一支座54相连，第一液压伺服作动器52的另一端通过螺栓与加载横梁6相连。第二液压伺服作动器53的一端通过螺栓与第二支座55相连，第二液压伺服作动器53的另一端通过螺栓与加载横梁6相连。侧向支撑7为焊接H型钢梁，梁长3500mm，横截面宽和高均为200mm，钢材材质为Q345B。侧向支撑7的两端开有螺栓孔，通过螺栓安装在立柱21内侧翼缘，用于防止剪力墙试件10突然反生较大的平面外变形，侧向支撑7可根据需要上下移动。第一水平约束钢梁8为焊接双腹板H型钢梁，其一端焊有连接端板，通过锚栓与反力墙1相连，第一水平约束钢梁8另一端焊有耳板，通过螺栓与底梁23相连；第二水平约束钢梁9为焊接H型钢梁，其一端亦焊有连接端板，通过螺栓与三角形反力刚架3相连，第二水平约束钢梁9另一端亦焊有耳板，通过螺栓与底梁23相连。

如图6所示，加载横梁6为焊接双腹板H型钢梁，梁长3060mm，横截面宽和高分别为750mm和550mm，钢材材质为Q345B。加载横梁6两端分别焊有连接端头61，可通过螺栓连接第一液压伺服作动器52和第二液压伺服作动器53。加载横梁6的两端两侧分别焊有侧板62，可用于施加平面外约束。

数据采集系统集成了力、位移、应力和应变数据采集和处理装置，通过各布置在各测点的力传感器、位移计和应变片分别采集力、位移和应变数据。控制系统通过设备内置元件控制千斤顶和液压伺服作动器。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims

1.一种剪力墙抗震试验装置，其特征在于：包括反力场地、四柱自平衡刚架、三角形反力刚架、竖向加载装置、水平加载装置、加载横梁、数据采集系统和控制系统；

所述水平加载装置包括连接第二液压液系统的第一液压伺服作动器和第二液压伺服作动器、第一支座和第二支座；所述第一液压伺服作动器的一端通过第一支座与所述反力墙相连，所述第一液压伺服作动器的另一端通过螺栓与加载横梁一侧相连；所述第二液压伺服作动器的一端通过第二支座与所述三角形反力刚架相连，所述第二液压伺服作动器的另一端通过螺栓与加载横梁另一侧相连；

2.根据权利要求1所述的一种剪力墙抗震试验装置，其特征在于：所述三角形反力刚架由两片刚架组成，其中每片刚架包括竖杆、斜杆、地梁、横腹杆和斜腹杆，所述竖杆、斜杆、地梁构成一个封闭的直角三角形结构，横腹杆和斜腹杆设置在三角形内，各组成部分通过焊接相连，两片刚架通过连杆连成一体，并通过锚杆固定在反力地坪上。

3.根据权利要求1所述的一种剪力墙抗震试验装置，其特征在于：所述四柱自平衡刚架的立柱之间设置侧向支撑。

4.根据权利要求1所述的一种剪力墙抗震试验装置，其特征在于：所述反力墙与四柱自平衡刚架之间设置第一水平约束钢梁，三角形反力刚架与四柱自平衡刚架之间设置第二水平约束钢梁。

5.根据权利要求1所述的一种剪力墙抗震试验装置，其特征在于：所述底梁和顶梁为变截面异形梁，底梁呈工字型结构，底梁上翼缘开有螺栓孔，顶梁两端设有钢板，钢板上开有螺栓孔，通过高强度螺栓与四根立柱内侧翼缘相连。

6.根据权利要求1所述的一种剪力墙抗震试验装置，其特征在于：所述立柱、底梁和顶梁的上下翼缘间每隔一定的距离都焊有加劲肋。

7.根据权利要求1所述的一种剪力墙抗震试验装置，其特征在于：所述加载横梁为焊接双腹板H型钢梁，加载横梁两侧分别焊有连接端头，通过螺栓连接第一液压伺服作动器和第二液压伺服作动器，加载横梁的两端分别焊有侧板。

8.根据权利要求1所述的一种剪力墙抗震试验装置，其特征在于：所述第一液压液系统、数据采集系统和控制系统放置在反力地坪上，所述第二液压液系统置在地下室内。