CN215727336U - 一种墙体构件平面外受力性能试验装置 - Google Patents

Abstract

一种墙体构件平面外受力性能试验装置，该装置由框架式反力架、气囊、反力板、荷载传感器组件和位移传感器组成；反力板位于反力架内部，气囊位于墙体构件与反力板之间，反力板通过荷载传感器组件与反力架相接；位移传感器一端与墙体构件相接触，另一端与位移传感器支架固定连接。该装置在保留现有技术优点的基础上通过荷载传感器组件调整反力板与墙体构件表面平行，调整气囊与墙体构件表面贴合，提高了试验数据的准确性。

Description

一种墙体构件平面外受力性能试验装置

技术领域

本实用新型涉及土木工程结构性能试验，特别是一种墙体构件平面外受力性能试验装置。

背景技术

历次地震灾害表明，地震作用下建筑结构中的墙体构件会发生严重的平面外方向倒塌，不仅造成建筑物使用功能的破坏，且震后墙体构件的维修费用巨大。更为严重的是，墙体的倒塌以及甩出掉落会危及人民生命和财产安全，阻断救援路线。因此研究墙体构件平面外受力性能十分必要，而墙体构件平面外受力性能试验装置是该项研究的重要手段。

已有的墙体构件平面外受力性能试验装置主要分为地震模拟振动台、液压作动器加载试验装置及气囊加载试验装置。

地震模拟振动台虽然可以模拟构件在真实地震作用下的受力过程，但无法准确掌握墙体构件平面外承载能力和变形能力，且试验成本高昂，难以推广。

地震作用下，墙体受到地震引发的墙体自身惯性力作用。已有研究表明，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是合理的。液压作动器加载试验装置虽然可以通过位移控制实现循环往复加载，但对墙体传递集中荷载，无法模拟真实的均布荷载；气囊加载试验装置可以较好地模拟真实的均布荷载。

现有气囊加载试验装置，以CN109211549A专利申请披露的“一种结构构件平面外气囊加载试验装置”为例，由可移动反力框、气囊、反力板和位移测量仪器组成，该装置依靠气囊通过反力板对被试验墙体构件进行均布加载，加载荷载通过气压传感器读取，墙体构件的变形通过安装在墙体构件和支架之间的位移测量仪器测量。该装置具有通过气囊对墙体构件平面施加均布荷载以真实模拟地震作用、通过自反力平衡系统使试验不需大型反力墙的优点。但在实际使用过程中发现尚存在两个技术问题：①因气囊充气膨胀后其表面边缘处具有一定的弧度，在与墙体构件表面接触时，边缘处无法保证与墙体构件表面完全贴合，此时如将气囊尺寸设计的大于墙体表面尺寸(使膨胀气囊能与墙体构件表面完全贴合)，因气囊会同时对墙体周围的框架进行加载而不可取。墙体构件加载试验的目的是要获得其平面外荷载-位移曲线，荷载数据来源于气压与墙体表面积的乘积，如果气囊与墙体构件表面贴合程度不好，这个乘积会大于墙体试件实际受到的荷载，由此影响试验结果的准确性。此外，对于大尺寸墙体构件，由于墙体表面较大，通常采用由多个气囊同时覆盖墙体表面，此时各气囊充气膨胀时，相互接触的边缘处会产生空隙，导致气囊与墙体构件表面贴合不良，这种情况因不发生在墙体边缘难以通过观察发现，同样影响试验结果的准确性。②气囊加载时采用自制反力板代替反力墙形成自反力平衡系统，此时气囊通过反力板支撑，若反力板不能与墙体构件表面保持平行，气囊对于墙体表面各处传递荷载会不均匀，也影响试验结果的准确性。

实用新型内容

针对现有气囊加载试验装置存在的上述技术问题，本实用新型提供一种墙体构件平面外受力性能试验装置，以提高试验结果的准确性。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种墙体构件平面外受力性能试验装置，包括气囊、反力架、反力板、荷载传感器组件和位移传感器；

所述气囊为单个气囊或多个相互紧靠的气囊(多个气囊适用于大尺寸墙体构件)；

所述反力架为长方体形或立方体形(取决于墙体构件的形状)框架结构，反力架后侧两根框架柱之间安装有一组上下均匀间隔分布的反力横梁；

所述反力板由单面覆盖胶合板的钢管网架(302)构成，钢管网架的底部布置一组万向滚轮；反力板位于所述反力架的内部，所述气囊位于墙体构件与胶合板之间，反力板通过一组分别与所述反力架后侧的反力横梁相对应、上下间隔布置的荷载传感器组件与反力架后侧的反力横梁相接；

所述荷载传感器组件包括“S”形荷载传感器和与荷载传感器两端螺纹连接(用于调整反力板与墙体构件的平行度)的前连接头和后连接头；前连接头通过垫片与所述钢管网架相连接，后连接头与所述反力架的反力横梁(206)相连接；

所述位移传感器水平均匀间隔布置在墙体构件的背侧，位移传感器的一端与墙体构件相接触，另一端与立在地面上的位移传感器支架固定连接。

利用上述墙体构件平面外受力性能试验装置进行墙体构件平面外受力性能试验的方法，包括以下步骤：

步骤1、组装试验装置

首先将墙体构件(试件)通过砌筑或螺栓连接的方式固定在反力架前侧的框架上；然后在墙体构件和反力板之间放置气囊；再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接触；

步骤2、通过调整使反力板与墙体构件表面平行

对气囊进行充气加载(多个气囊时采用同一充气速率同时充气)，采用气压传感器(多个气囊时每个气囊均配备气压传感器)测量气囊内部气压，当气压达到墙体构件开裂荷载估算值的20％时停止加载；将多个荷载传感器测得的数值相互对比，如基本相同，说明反力板与墙体构件表面平行，试验进入下一步；如多个荷载传感器测得的数值存在较大差异，说明反力板与墙体构件表面不够平行，此时将气囊泄压至零，通过旋拧荷载传感器来调节个别荷载传感器组件的长度，从而调整反力板在空间的位置，使之与墙体构件表面相平行，然后重新对气囊进行充气至气囊气压为墙体构件开裂荷载估算值的20％停止加载，试验进入下一步；

步骤3、通过调整使气囊与墙体构件表面贴合

反力板与墙体构件表面平行后，将荷载传感器测量的数值除以气压传感器测得的气囊气压，将计算结果与墙体构件的表面积进行对比，若基本相同，则说明气囊与墙体构件表面贴合良好，将气囊泄压至零，试验进入下一步；若计算结果明显小于墙体构件表面积，则说明气囊与墙体构件表面贴合不良，此时将气囊泄压至零，调整气囊平面内位置(对于多个气囊，放气后使其相互靠紧，减小充气膨胀后相互之间的空隙)，再对气囊充气至气压达到墙体构件开裂荷载估算值的20％停止加载，重复进行以上计算，直至计算结果与墙体构件的表面积基本相同，然后将气囊泄压至零，试验进入下一步；

步骤4、加载试验

对气囊不断充气(多个气囊采用同一充气速率同时充气)，直至墙体构件破坏，记录墙体构件变形直至破坏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。

本实用新型的有益效果：

本实用新型保留了现有技术(CN109211549A专利申请披露的试验装置)的优点，即通过气囊对墙体构件平面施加均布荷载以模拟真实地震作用；通过自反力平衡系统使试验不需大型反力墙、不受试验条件限制；位移传感器支架在试验初期用于固定位移传感器，试验后期试件发生破坏时用于拦截墙体倒塌的碎片，保证试验安全和试验环境整洁。在此基础上，本实用新型通过安装在反力板和反力架之间的荷载传感器可调整反力板与墙体构件表面平行；调整气囊与墙体构件表面良好贴合，从而提高了试验数据的准确性。

附图说明

图1为本实用新型墙体构件平面外受力性能试验装置的三维立体示意图(不含位移传感器及其支架)；

图2为沿图1中A-A剖视图(增加了位移传感器及其支架)；

图3为图1和图2中反力架的结构三维示意图；

图4为图1和图2中反力板的结构示意图；

图5为图1和图2中荷载传感器组件的结构三维示意图。

图中：1-气囊，2-反力架，201-框架顶横梁，202-框架顶纵梁，203-框架柱、204-框架底横梁，205-框架底纵梁，206-反力横梁，3-反力板，301-胶合板，302-钢管网架，303-万向滚轮，4-荷载传感器组件，401-荷载传感器，402-后连接头，403-前连接头，404-垫片，5-墙体构件，6-位移传感器，7-位移传感器支架。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型墙体构件平面外受力性能试验装置作进一步说明。

结合图1和图2，本实用新型墙体构件平面外受力性能试验装置的实施例，包括气囊1、反力架2、反力板3、荷载传感器组件4和位移传感器6；气囊)为单个气囊。

如图3所示，所述反力架2为长方体形框架结构，包括四根框架柱203；与框架柱203上端固定连接的两根框架顶横梁201和框架顶纵梁202；与框架柱203下端固定连接的两根框架底横梁204和框架底纵梁205；反力架2后侧的两根框架柱203之间安装有三个上下均匀间隔分布的反力横梁206；整个框架由钢材制成。

如图4所示，所述反力板3由单面覆盖胶合板301的钢管网架302构成，钢管网架302的底部安装两个万向滚轮303；如图1所示，反力板3位于所述反力架2的内部；如图2所示，所述气囊1位于墙体构件5与胶合板301之间，反力板3通过三个与所述反力架2后侧的反力横梁206相对应、上下间隔布置的荷载传感器组件4与反力架的反力横梁206相接。

如图5所示，所述荷载传感器组件4包括“S”形荷载传感器401和与荷载传感器401两端螺纹连接(未图示)的前连接头403和后连接头402；前连接头403通过垫片404与所述钢管网架302焊接在一起，后连接头402与所述反力架2的反力横梁206焊接在一起；通过旋拧荷载传感器401可调整荷载传感器组件4的长度，进而调整反力板3与墙体构件5的平行度。

如图2所示，所述位移传感器6水平均匀间隔布置在墙体构件5的背侧，位移传感器6的一端与墙体构件5相接触，另一端与立在地面上的位移传感器支架7固定连接。

Claims (1)

1.一种墙体构件平面外受力性能试验装置，其特征在于，包括气囊(1)、反力架(2)、反力板(3)、荷载传感器组件(4)和位移传感器(6)；

所述气囊(1)为单个气囊或多个相互紧靠的气囊；

所述反力架(2)为长方体形或立方体形框架结构，反力架(2)后侧两根框架柱(203)之间安装有一组上下均匀间隔分布的反力横梁(206)；

所述反力板(3)由单面覆盖胶合板(301)的钢管网架(302)构成，钢管网架(302)的底部布置一组万向滚轮(303)；反力板(3)位于所述反力架(2)的内部，所述气囊(1)位于墙体构件(5)与胶合板(301)之间，反力板(3)通过一组分别与所述反力架后侧的反力横梁(206)相对应、上下间隔布置的荷载传感器组件(4)与反力架后侧的反力横梁(206)相接；

所述荷载传感器组件(4)包括“S”形荷载传感器(401)和与荷载传感器(401)两端螺纹连接的前连接头(403)和后连接头(402)；前连接头(403)通过垫片(404)与所述钢管网架(302)相连接，后连接头(402)与所述反力架(2)的反力横梁(206)相连接；

所述位移传感器(6)水平均匀间隔布置在墙体构件(5)的背侧，位移传感器(6)的一端与墙体构件(5)相接触，另一端与立在地面上的位移传感器支架(7)固定连接。

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