CN107727343A - 一种可调式框架节点抗震试验加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种可调式框架节点抗震试验加载装置，高差转换块设置在反力墙上，其高度可调；加载器一端与高差转换块连接，另一端与试验试件的上柱端侧部连接；柱底铰支座设置在刚性地梁上，用于安装试验试件的下柱端；千斤顶安装在试验试件的上柱端，千斤顶上部设置有柱顶刚性反力板；柱顶刚性反力板与柱底铰支座之间通过固定连接件紧固；梁长调节方钢管套在刚性地梁上组成梁长调节机构；梁长调节方钢管安装在地面上，其轴向位置可调；梁端可调节支杆长度可调，其一端与梁长调节机构连接，另一端与试验试件梁的端部连接。本发明为一种内受力、自平衡的加载体系，其尺寸可调、可重复使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种框架节点抗震实验加载装置，尤其是一种可根据试验试件尺寸调节的加载装置。
背景技术
框架节点作为建筑结构的关键部件，其性能直接决定了整个结构性能的优良。随着国内外对框架节点研究的不断深入，目前对于节点研究都是建立在对节点试验的基础之上。研究人员通过对节点的抗震加载，得到节点的性能参数，如承载力、延性、耗能能力等，从而将其应用于现实的结构设计当中。由于研究的需要，在实际的试验过程中，每个实验人员所设计出的节点尺寸不尽相同，这就导致了目前国内外大部分抗震实验室所面临的一个试验需要设计制作一套与该试验节点尺寸相对应的一套试验加载装置的问题。这就造成了试验成本的大幅增加，由于试验加载完成后该加载装置即废弃，这也造成了资源的浪费。同时，如福州大学王文达等人在《土木工程学报》2006年9月第9期第39卷《方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点滞回性能的实验研究》一文中所采用的加载装置，对于柱顶轴力的加载，大部分学者采用了在柱顶上方设置刚性横梁提供反力，通过千斤顶来施加。这种轴力的加载方式，在把竖向轴力加载到试验构件上的同时，力也传递到了加载装置底部的铰支座上，这就造成了由于底部铰支座抗剪承载力的限制导致了大轴压比模型试件或足尺模型试件的试验无法进行。
发明内容
本发明的目的是解决目前国内外科研人员在实验室对建筑框架节点进行抗震加载时需设计制作一套与其试验节点相配套的加载装置，而该试验完成后该加载装置即废弃的问题，提出一种尺寸可调的框架节点抗震加载装置，可重复使用。同时，对于目前框架节点抗震试验加载中节点框架柱的竖向轴力采用刚性横梁提供反力由千斤顶施加的方法，使竖向轴力施加给试验试件的同时也传递给加载装置底部的铰支座，导致部分大轴压比模型试件或足尺模型试件的试验受到限制的情况，提出一种内受力、自平衡的加载体系，从而避免了框架节点柱上施加的竖向轴力传递到底部铰支座上。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可调式框架节点抗震试验加载装置，包括安装高差转换块、加载器、柱顶刚性反力板、千斤顶、柱端夹板、固定连接件、梁端夹头、柱底铰支座、梁端可调节支杆、梁长调节方钢管、刚性地梁；所述高差转换块设置在反力墙上，其高度可调；加载器一端与高差转换块连接，另一端与试验试件的上柱端侧部连接；所述柱底铰支座设置在刚性地梁上，用于安装试验试件的下柱端；千斤顶安装在试验试件的上柱端，千斤顶上部设置有柱顶刚性反力板；柱顶刚性反力板与柱底铰支座之间通过固定连接件紧固；所述梁长调节方钢管套在刚性地梁上组成梁长调节机构；梁长调节方钢管安装在地面上，其轴向位置可调；所述梁端可调节支杆长度可调，其一端与梁长调节机构连接，另一端与试验试件梁的端部连接。
进一步，所述固定连接件为螺纹钢或者预应力钢绞线；柱顶刚性反力板和柱底铰支座上开设有上下对应、平面对称的安装孔，用于安装纹钢或者预应力钢绞线。
进一步，在柱底铰支座的侧壁上对称设置有柱底定位螺栓，用于从侧面固定试验试件的下柱端。
进一步，高差转换块背部以及反力墙上均设置有高度不同的多个定位孔，高差转换块背部与反力墙之间相对应的定位孔中***锚杆后将高差转换块安装在反力墙上。
进一步，高差转换块前部设置有高度不同的多个定位孔，用于固定加载器。
进一步，所述加载器为作动器或者拉压千斤顶。
进一步，所述加载器通过两个柱端夹板与试验试件的上柱端侧部连接；两个柱端夹板上开设有对对应的定位孔，定位孔内安装锚杆后与试验试件的上柱端侧部紧固，加载器与其中对应的柱端夹板连接。
进一步，所述梁端可调节支杆由内外嵌套的两个方钢管组成，两个方钢管上开有对应的多个定位孔，定位孔与栓钉配合定位。
进一步，所述梁端可调节支杆与梁长调节机构连接和试验试件梁的端部均铰接；在梁端可调节支杆两端的方钢管的端部设置有转换板，转换板上设置有铰片；试验试件梁的端部安装有梁端夹头，所述梁端夹头包括上端夹板和梁端铰支座，上端夹板和梁端铰支座上开设有对应的安装孔，安装孔内安装锚杆后上端夹板和梁端铰支座紧固在试验试件梁的端部；转换板上设置的铰片与梁端铰支座上设置的铰片相配合。
进一步，所述梁长调节方钢管和刚性地梁上开设有对应的定位孔，定位孔与栓钉配合定位
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)采用将加载装置设计制作成尺寸可调的方式，大大增加了该装置的普适性，改变了以往不同尺寸的节点抗震试验需要制作与之配套的特定加载装置的状况，使得加载装置可重复利用，很大程度上减少了试验中对加载装置重新设计制作时造成的人力和财力的浪费；(2)采用将节点试件的轴力设置成内受力、自平衡的方式，大大减小了加载装置底部铰支座承受的剪力，使大轴压比试件或足尺模型试件的抗震加载试验不再受加载装置的承载力限制。
附图说明
图1是本发明加载装置用于十字节点试验的安装图。
图2是本发明的加载装置用于T形节点试验的安装图。
图3是本发明可加载的试验试件示意图，图中竖向为节点柱，横向为节点梁，其中(a)为试验试件所属平面框架结构示意图，(b)为(a)中A部分的十字形中节点放大图，(c)为(a)中B部分的T字形边节点示意图。
图4是高差转换块示意图。
图5是柱顶刚性反力板示意图。
图6是柱端夹板示意图。
图7是梁端夹头示意图。
图8是柱底铰支座示意图。
图9是梁端可调节支杆示意图。
图10是锚板示意图。
图11是可调节地梁示意图。
图中：1为反力墙、2为高差转换块、3为作动器或拉压千斤顶、4为柱顶刚性反力板、5为油压千斤顶、6为柱端夹板、7为高强度精轧螺纹钢或预应力钢绞线、8为试验试件、9为梁端夹头、10为柱底铰支座、11为锚杆、12为梁长调节方钢管、13梁端可调节支杆、14锚板、15刚性地梁、16为刚性地面、17为栓钉、18为与反力墙对应的后排定位孔、19为与作动器对应的前排定位孔、20为高强度精轧螺纹钢或预应力钢绞线的锚固孔、21为上端夹板、22为锚杆、23为梁端铰支座、24为钢筋锚固孔、25柱底定位螺栓、26为梁端铰支座的下半部分、27方管端板、28为栓钉、12为梁长调节方钢管、15为刚性地梁、17为栓钉。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明带可调式框架节点抗震试验加载装置的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
结合图1至图3，本发明加载装置由反力墙1、高差转换块2、加载器3、柱顶刚性反力板4、油压千斤顶5、柱端夹板6、固定连接件7、试验试件8、梁端夹头9、柱底铰支座10、锚杆11、梁长调节方钢管12、梁端可调节支杆13、锚板14、刚性地梁15、地面16、栓钉17等组成。
所述反力墙1及刚性地面16为国内外大部分结构实验室所具有的反力墙和地面，在反力墙1上和地面16上有固定间距的锚孔，用于试验加载装置的固定；所述高差转换块2用于反力墙1和加载器3的连接，高差转换块2有前后两排相互错开的定位孔，后排定位孔18与反力墙1通过锚杆11相连，前排定位孔19用于与加载器3相连，通过高差转换块2的转换可实现对试验试件中不同柱子高度(H)的普适性；所述加载器3为国内外大部分结构实验室所具有的普通加载器，例如作动器或拉压千斤顶，加载器具有加载及其对应数据采集的功能；所述柱顶刚性反力板4刚度大、强度高，四周开有定位孔，该反力板通过固定连接件7与柱底铰支座10上的定位孔相连，为实验试件柱子竖向轴力的施加提供了一个内承受力体系，形成了加载装置的自平衡，固定连接件7可以为高强度精轧螺纹钢或预应力钢绞线；所述千斤顶5可施加柱顶轴力并通过油压表控制轴力的大小；所述柱端夹板6通过锚杆11将实验试件夹到加载器3上，以便试验试件8的滞回加载；所述高强度精轧螺纹钢或预应力钢绞线7在实验试件四周对称布置，其强度高，布置数量灵活，当试验所需轴力很大时，可加倍数量对称布置；所述试验试件8为平面框架结构中的节点部分，可分为十字形中节点试件和T字形边节点试件；所述梁端夹头9将试验试件8的梁端夹紧并与梁端可调节支杆13铰接，通过锚杆11将梁端夹紧，实现了试验试件8中不同梁截面尺寸(La×Lb)的普适性；所述柱底铰支座10将试件柱底铰接，模拟柱子在框架中的受力状态，其两侧有四颗定位螺栓25用于试验试件的侧向固定，这就保证了不同柱截面尺寸(Ha×Hb)的普适性，其平面上开孔位置与柱顶刚性反力板4上的孔对应；所述锚杆11用于各部件的连接；所述梁长调节方钢管12，采用的方钢管内径与刚性地梁15所采用的方钢管外径相同，外套在刚性地梁15上并可在其上相对移动，在钢管上开有定位孔用于与刚性地梁15通过栓钉17固定；所述梁端可调节支杆13分为内外两个部分，该支杆用两个方钢管做成，下方的方钢管的外径与上方的方钢管内径相同，在上下两部分的方钢管上开有同样间距及尺寸的定位孔以便于支杆长度的调节和固定；所述锚板14用于配合锚杆11将梁长调节方钢管12在刚性地面16上；所述刚性地梁15为方钢管制成，其特征在于方钢管上开有与梁端调节支座上的钢管相同间距和尺寸的定位孔，其保证了不同试件的左右梁长(Lf、Lr)的普适性。
实施例
本发明加载装置所适用的试验试件既可以是十字形节点、T形节点。当对十字形节点进行抗震试验加载时如图1所示进行安装，当对T形节点进行抗震试验加载时该加载装置如图2所示进行安装。试验试件的尺寸参数如图3所示，当进行不同尺寸的节点抗震加载试验时通过调整梁端支杆13的长度即可满足对不同下柱高度(Hd)的试件加载；通过调整可调节横梁15上梁长调节方钢管12的位置即可满足不同左右梁长度(Lf、Lr)的试件加载；通过调整高差转换块2和作动器3的高度即可满足不同柱高(H)的试件加载；同时，梁端夹头9采用锚杆11连接，满足了不同梁截面尺寸(La×Lb)的试件可以进行试验加载；柱端夹板6与作动器3采用锚杆11连接及柱底铰支座10上设有四颗定位螺栓25满足了不同柱截面尺寸(Ha×Hb)的试件可以进行试验。通过上述方法，该加载装置可以对平面框架中任意尺寸的十字形和T形节点进行抗震加载试验。
结合图4，高差转换块2通过后排定位孔18与反力墙1上对应的孔锚固定即可实现加载点高度的初步调整。通过在前排定位孔19上寻找合适的高度安装作动器即可完成加载点高度的精确定位。采用以上方法即可满足不同节点柱高(H)所需的加载点高度。
结合图5和图8，在柱顶刚性反力板4和柱底铰支座10上开有上下对应、平面对称的两排安装孔20和24，用高强度精轧螺纹钢或预应力钢绞线穿过安装孔后固定连接，为油压千斤顶5提供反力，从而为实验试件的柱子提供竖向轴力，竖向轴力的大小采用油压千斤顶5的油压表控制。通过这种方法施加竖向轴力形成了一种内受力、自平衡的体系，大幅减小了柱底铰支座10所承受的剪力。对于普通小轴压比的试验试件，施加轴力时只需四根高强钢筋，即可满足。对于部分大轴压比试件和足尺模型试件，其所需的轴力很大时，只需在剩余的安装孔中按竖向轴力的需要对称增加钢筋数量。
结合图9，梁端可调节支杆13由内外嵌套的两个方钢管制成，在内外两个方钢管上开有对应等间距的定位孔。方钢管的端部焊接有转换板27，转换板上焊有连接铰支座的两个铰片26。对于方钢管的选取，外部方钢管的内径与内部方钢管的外径相同，使内部方钢管刚好套进外部方钢管中，以保证梁端可调节支杆13的稳定性和可相对移动性。内外两个方钢管通过栓钉穿过定位孔固定，定位孔的数目一般不少于2个，当梁端力很大时可适当增加栓钉连接数量。
结合图1、图10和图11，梁长调节方钢管12和刚性地梁15其均采用方钢管开定位孔制成且刚性地梁15的方钢管外径与可调节铰支座12的方钢管内径相同，这样保证了其连接的稳定性和可相对移动性。梁长调节方钢管12与刚性地梁15之间的连接采用栓钉与定位孔配合连接，且每侧定位孔连接的数量不少于2个，当受力很大时可适当增加连接数量。如图1所示，将图10所示的锚板14通过两根锚杆将图11所示的可调节地梁锚在地面16上，同时一个梁长调节方钢管上使用两块锚板固定以保证加载装置在加载过程中的稳定性。
Claims (10)
1.一种可调式框架节点抗震试验加载装置，其特征在于，包括安装高差转换块(2)、加载器(3)、柱顶刚性反力板(4)、千斤顶(5)、柱端夹板(6)、固定连接件(7)、梁端夹头(9)、柱底铰支座(10)、梁端可调节支杆(13)、梁长调节方钢管(12)、刚性地梁(15)；
所述高差转换块(2)设置在反力墙(1)上，其高度可调；加载器(3)一端与高差转换块(2)连接，另一端与试验试件(8)的上柱端侧部连接；
所述柱底铰支座(10)设置在刚性地梁(15)上，用于安装试验试件(8)的下柱端；千斤顶(5)安装在试验试件(8)的上柱端，千斤顶(5)上部设置有柱顶刚性反力板(4)；柱顶刚性反力板(4)与柱底铰支座(10)之间通过固定连接件(7)紧固；
所述梁长调节方钢管(12)套在刚性地梁(15)上组成梁长调节机构；梁长调节方钢管(12)安装在地面(16)上，其轴向位置可调；
所述梁端可调节支杆(13)长度可调，其一端与梁长调节机构连接，另一端与试验试件(8)梁的端部连接。
2.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，所述固定连接件(7)为螺纹钢或者预应力钢绞线；柱顶刚性反力板(4)和柱底铰支座(10)上开设有上下对应、平面对称的安装孔，用于安装纹钢或者预应力钢绞线。
3.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，在柱底铰支座(10)的侧壁上对称设置有柱底定位螺栓(25)，用于从侧面固定试验试件(8)的下柱端。
4.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，高差转换块(2)背部以及反力墙(1)上均设置有高度不同的多个定位孔，高差转换块(2)背部与反力墙(1)之间相对应的定位孔中***锚杆(11)后将高差转换块(2)安装在反力墙(1)上。
5.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，高差转换块(2)前部设置有高度不同的多个定位孔，用于固定加载器(3)。
6.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，所述加载器(3)为作动器或者拉压千斤顶。
7.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，所述加载器(3)通过两个柱端夹板(6)与试验试件(8)的上柱端侧部连接；两个柱端夹板(6)上开设有对对应的定位孔，定位孔内安装锚杆(11)后与试验试件(8)的上柱端侧部紧固，加载器(3)与其中对应的柱端夹板(6)连接。
8.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，所述梁端可调节支杆(13)由内外嵌套的两个方钢管组成，两个方钢管上开有对应的多个定位孔，定位孔与栓钉(17)配合定位。
9.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，所述梁端可调节支杆(13)与梁长调节机构连接和试验试件(8)梁的端部均铰接；
在梁端可调节支杆(13)两端的方钢管的端部设置有转换板(27)，转换板(27)上设置有铰片(26)；
试验试件(8)梁的端部安装有梁端夹头(9)，所述梁端夹头(9)包括上端夹板(21)和梁端铰支座(23)，上端夹板(21)和梁端铰支座(23)上开设有对应的安装孔，安装孔内安装锚杆(22)后上端夹板(21)和梁端铰支座(23)紧固在试验试件(8)梁的端部；转换板(27)上设置的铰片(26)与梁端铰支座(23)上设置的铰片相配合。
10.如权利要求1所述加载装置，其特征在于，所述梁长调节方钢管(12)和刚性地梁(15)上开设有对应的定位孔，定位孔与栓钉(17)配合定位。
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