CN108181191A - 一种钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，包括钢框架体系、电液伺服作动器、试验梁柱和试验炉，所述试验梁柱放置于试验炉内部，所述钢框架体系布置于试验炉外周，所述钢框架体系与试验梁柱之间还依次设有水平疲劳荷载装置、竖直疲劳荷载装置和扭转疲劳荷载装置，所述水平疲劳荷载装置布置在试验梁柱的水平方向，所述竖直疲劳荷载装置安装在试验梁柱的竖直方向，所述扭转疲劳荷载装置设置在试验梁柱的上方。本发明能够满足钢性梁柱和混凝土梁柱受偏心拉伸疲劳荷载，偏心大小可以由实验要求自行设定，只需改变柱头和试验梁柱的相对位置即可，还可以满足钢性梁柱和混凝土梁柱，╋型、T型、L型等节点疲劳破坏试验装置。

Description

一种钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置

技术领域

本发明涉及建筑结构抗火领域，尤其涉及一种钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置。

背景技术

近年来，随着我国国民经济快速发展，我国已经建成了规模宏大、数量众多的地铁、桥梁、生产厂房等基础设施，在地铁站由于机车在铁轨上通过，和由于地铁站内结构大多在地下而且结构复杂，还存在上下层铁轨交互的情况，所以产生了很大的的疲劳荷载，同样在桥梁上汽车行驶也对桥体结构施加了多次不规侧循环的疲劳荷载，生产厂房由于大型机械的使用也一样对厂房结构产生了疲劳荷载。而且地铁站大多采用大跨的结构，为了满足需要结构形式也很复杂，地铁站内人流量特别大，一旦发生火灾致使节点失效后果不堪设想，所以对于地铁站的节点疲劳荷载研究非常重要。

例如1987年11月18日发生在英国伦敦地铁君王十字车站，发生了一起火灾事故，造成31人死亡大量人员受伤，1995年10月28日傍晚，在阿塞拜疆首府巴库的地铁内发生了一场火灾事故，事故造成289人死亡265人受伤。这些残酷的事故下和我国正在高速发展地铁事业下让我们科研火灾方向的人员感觉到使命重大，在现有的规范规定强节点弱连接就可以看出在工程中节点的重要性，在地铁站建筑结构由于平时受到严重的疲劳荷载，而节点恰恰连接了所有的承重构件，节点在火灾、疲劳荷载和本身的静力荷载作用下发生破坏，那么现有的规范是否满足设计要求，就值得深入研究。

基于之前研究梁柱节点受水平疲劳荷载、竖直疲劳荷载、扭转疲劳荷载和火灾相互分割开来的研究，所以研究火灾下的火灾下钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏尤为的重要。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，该试验装置能够同时进行火灾试验拉伸疲劳和扭转疲劳破坏试验。

本发明的技术方案如下：

一种钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其中，包括钢框架体系、电液伺服作动器、试验梁柱和试验炉，所述试验梁柱放置于试验炉内部，所述钢框架体系布置于试验炉外周，所述钢框架体系与试验梁柱之间还依次设有水平疲劳荷载装置、竖直疲劳荷载装置和扭转疲劳荷载装置，所述水平疲劳荷载装置布置在试验梁柱的水平方向，所述竖直疲劳荷载装置安装在试验梁柱的竖直方向，所述扭转疲劳荷载装置设置在试验梁柱的上方。

所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其中，所述的钢框架体系包括反力架立柱、钢框架横梁、钢框架、钢框架立柱以及I字斜梁，所述反力架立柱放置于试验炉两边并将钢框架横梁搭接在钢框架立柱上，所述钢框架用高强螺栓锚固到钢框架立柱上，所述I字斜梁熔焊到钢框架立柱上，所述钢框架横梁熔焊到钢框架立柱上。

所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其中，所述的水平疲劳荷载装置和竖直疲劳荷载装置包括电液伺服作动器、约束钢梁、关节轴承块和钢垫板，所述刚垫板焊接于钢框架上，所述电液伺服作动器安装于钢框架横梁上，所述电液伺服作动器末端与约束钢梁连接，所述约束钢梁一端连接关节轴承块，所述关节轴承块用于电液伺服作动器对试验梁柱的水平疲劳荷载。

所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其中，所述的扭转疲劳荷载装置包括拐臂梁、关节轴承块、约束钢梁、电液伺服作动器，所述拐臂梁由钢管和钢框架梁组成，钢管焊接于钢框架梁上末端，其长度不短于试验梁柱净长度，所述钢垫板放置于钢性地面上，所述约束钢梁放置于电液伺服作动器上，所述关节轴承块用于连接电液伺服作动器和钢框架梁。

所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其中，所述的火灾试验炉包括钢筋混凝土侧墙壁、钢筋混凝土顶盖、保温板、温度传感器、热电偶、钢丝网、保温层、加热元件、通风口、支撑钢框架，所述支撑钢框架、温度传感器和钢筋混凝土侧墙壁放置于刚性地面上，所述通风口设置于钢筋混凝土侧墙壁下方，所述保温层贴于钢筋混凝土侧墙壁内壁，所述加热元件设置于保温层上，所述热电偶贴设于试验梁柱表面，所述钢丝网用于防止火灾时混凝土碎片剥落损坏加热元件，所述钢筋混凝土顶盖和保温板设置于钢筋混凝土侧墙壁的顶部。

所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其中，所述的电液伺服作动器包括较支基座、位移传感器、电液伺服阀、活塞杆、荷载传感器、旋转垫圈、指令信号、调整放大***、伺服闸、油源、加载器、传感器、反馈***，所述较支基座连接于钢垫板上，实现电液伺服作动器不受钢框架***扭转作用，所述位移传感器、电液伺服阀、活塞杆、荷载传感器、旋转垫圈依次安装连接，所述指令信号用于调整放大***、伺服闸、油源、加载器、传感器、反馈***。

有益效果：相比现有技术，本发明火灾下钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，是先制定试验方案，确定研究的梁柱的偏心大小、尺寸大小、节点类型、连接方式等，然后把梁柱放置于火灾试验炉中，用液压伺服作动器进行预加载，待全部结构充分接触后，开启试验炉电源控制器，按一定的升温曲线对梁柱节点升温，竟可能模拟出实验研究对象真实的火灾下受力情形，对梁柱进行水平疲劳莪荷载、竖直疲劳荷载和扭转疲劳荷载，同时结合实验材料如钢结构的钢性材料，钢筋混凝土的混凝土材料，钢筋材料在温度变化下的力学性能下降，由于高温各种材料的粘结性能变化情况等导致节点破坏机理相结合。

附图说明

图1是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的正平面图。

图2是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的不规侧节点正平面图。

图3是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的火灾试验炉详图。

图4是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的A-A剖面图。

图5是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的拐臂梁详图。

图6是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的电液伺服作动器详图。

图7是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的电液伺服作动器加载详图。

图8是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的╋型节点受力详图。

图9是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的T型节点受力详图。

图10是钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置的L型节点受力详图。

1-电液伺服作动器；11-较支基座；12-位移传感器；13-电液伺服阀；14-活塞杆；15-荷载传感器；16-旋转垫圈；17-指令信号；18-调整放大***；19-伺服闸；110-油源；111-加载器；112传感器；113-反馈***；2-试验炉；22-钢筋混凝土侧墙壁；23-钢筋混凝土顶盖；26-保温板；27-电箱；28-电源控制器；25-温度传感器；24-热电偶；211-钢丝网；210-保温层；29-加热元件；212-通风口；3-钢框架体系；31-反力架立柱；4-水平疲劳荷载装置；41-竖直疲劳荷载装置；43-扭转疲劳荷载装置；42-厚壁方钢管；51-钢框架；54-约束钢梁；61-钢框架梁；62-拐臂梁；63-钢管；7-关节轴承块；8-试验梁柱；85-柱头；91-钢垫板；10-支撑钢框架；111-钢框架立柱；113-钢框架横梁；114-I字斜梁。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。此外，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所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

图1至图10示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，一种钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，包括钢框架体系3、电液伺服作动器1、试验梁柱8和试验炉2，试验梁柱8放置于试验炉2内部，钢框架体系3布置于试验炉外周，在钢框架体系3与试验梁柱8之间还设有水平疲劳荷载装置4、竖直疲劳荷载装置41和扭转疲劳荷载装置43，水平疲劳荷载装置4布置在试验梁柱8的水平方向，竖直疲劳荷载装置41安装在试验梁柱8的竖直方向，扭转疲劳荷载装置43设置在试验梁柱8的上方。

结合图1、图2、图4，说明本实施方式钢框架体系3包括两根反力架立柱31，两个钢框架横梁113；三个钢框架51，两个钢框架立柱111；两个I字斜梁114。两根反力架立柱31放置在试验炉2两边把钢框架横梁113搭接在两个钢框架立柱111，把三个钢框架51用高强螺栓锚固到两个钢框架立柱111上，然后把两个钢框架立柱111放置在足够刚度的地面上,把两个I字斜梁114熔焊到两个钢框架立柱111上，然后把一个钢框架横梁113熔焊到两个钢框架立柱111上形成一个钢框架体系，如果是不规侧节点疲劳试验可以把钢框架51换成下端成半球型的钢框架。

结合图1、图,4、图6、图8、图9、图10，说明本实施方式水平疲劳荷载装置4和竖直疲劳荷载装置41包括电液伺服作动器1约束钢梁54、关节轴承块7、钢垫板91，在水平方向上先把刚垫板91焊接到钢框架51上，再把电液伺服作动器1安装到钢框架横梁111上，在电液伺服作动器1末端连接约束钢梁54，然后在约束钢梁54一端连接关节轴承块7，关节轴承块7实现电液伺服作动器1对试验梁柱的只有水平的疲劳荷载。在竖直方向先把钢垫板91焊接到钢框架51上再把电液伺服作动器1安装到关节轴承块7上，下端把关节轴承块7放到钢垫板91上。在竖直方向先把钢垫板91焊接到钢框架51上再把电液伺服作动器1安装到关节轴承块7上，下端把关节轴承块7放到钢垫板91上,为了满足不规则节点，还可以把钢框架51换成下端呈半球型的钢框架，用螺栓连接到电液伺服作动器1上，可以实现任意角度的竖向疲劳荷载作用到试验梁柱上。

结合图1、图4、图5、、图6、图7、图8、图9、图10，说明本实施方式扭转疲劳荷载装置43包括拐臂梁62关节轴承块7约束钢梁54电液伺服作动器1，拐臂梁上有四根钢管63和一个钢框架梁61组成，四根钢管63焊接到钢框架梁61上末端长度一般不短于试验梁柱8净长度，把钢垫板91放置于钢性地面上再放置电液伺服作动器1再把约束钢梁54放置到电液伺服作动器1上，用关节轴承块7把电液伺服作动器1和钢框架梁61连接起来形成一个扭转疲劳荷载实验装置43。

结合图1，说明本实施方式试验炉2包括钢筋混凝土侧墙壁22、钢筋混凝土顶盖23、保温板26、电箱27、电源控制器28、温度传感器25、热电偶24、钢丝网211、保温层210、加热元件29、通风口212、支撑钢框架10，在刚性地面放置支撑钢框架10砌筑钢筋混凝土侧墙壁22的同时按实验要求放置温度传感器25，下方设置通风口212在钢筋混凝土墙内壁贴保温层210，在保温层210上设置加热元件29，在试验梁柱8表面贴热电偶24用钢丝网211防止火灾时混凝土碎片剥落损坏加热元件29，然后连接电箱27和电源控制器28，最后盖上钢筋混凝土顶盖23和保温板26。

结合图1、图8、图9、图10，说明本实施方式试验梁柱8包括柱头85、厚壁方钢42、钢垫板91，浇筑试验梁柱时同时浇筑柱头85将柱头85事先埋设的螺栓连接到关节轴承块7上，为了实现不同类型节点疲劳荷载实验装置，本试验装置还可以用厚壁方钢42和钢垫板91连接关节轴承块7上，实现不同类型节点疲劳荷载，而且试验梁柱8既可以是钢筋混凝土梁柱又可以是钢性梁柱，最后用岩棉封堵钢管63和柱头85与试验炉钢筋混凝土侧墙壁22和钢筋混凝土顶盖23之间的缝隙。

结合图6、图7，说明本实施方式电液伺服作动器1包括较支基座11、位移传感器12、电液伺服阀13、活塞杆14、荷载传感器15、旋转垫圈16、指令信号17、调整放大***18、伺服闸19、油源110、加载器111、传感器112、反馈***113，将较支基座,11连接到钢垫板91上实现电液伺服作动器1不受钢框架***3扭转作用，然后将位移传感器12电液伺服阀13活塞杆14荷载传感器15旋转垫圈16依次安装，然后连接约束钢框54，用指令信号17调整放大***18、伺服闸19、油源110、加载器111、传感器112、反馈***113实现电液伺服作动器1按实验要求工作。

本发明火灾下钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，是先制定试验方案，确定研究的梁柱的偏心大小、尺寸大小、节点类型、连接方式等，然后把梁柱放置于火灾试验炉中，用液压伺服作动器进行预加载，待全部结构充分接触后，开启试验炉电源控制器，按一定的升温曲线对梁柱节点升温，竟可能模拟出实验研究对象真实的火灾下受力情形，对梁柱进行水平疲劳莪荷载、竖直疲劳荷载和扭转疲劳荷载，同时结合实验材料如钢结构的钢性材料，钢筋混凝土的混凝土材料，钢筋材料在温度变化下的力学性能下降，由于高温各种材料的粘结性能变化情况等导致节点破坏机理相结合。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域正常技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其特征在于，包括钢框架体系、电液伺服作动器、试验梁柱和试验炉，所述试验梁柱放置于试验炉内部，所述钢框架体系布置于试验炉外周，所述钢框架体系与试验梁柱之间还依次设有水平疲劳荷载装置、竖直疲劳荷载装置和扭转疲劳荷载装置，所述水平疲劳荷载装置布置在试验梁柱的水平方向，所述竖直疲劳荷载装置安装在试验梁柱的竖直方向，所述扭转疲劳荷载装置设置在试验梁柱的上方。

2.根据权利要求1所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其特征在于，所述的钢框架体系包括反力架立柱、钢框架横梁、钢框架、钢框架立柱以及I字斜梁，所述反力架立柱放置于试验炉两边并将钢框架横梁搭接在钢框架立柱上，所述钢框架用高强螺栓锚固到钢框架立柱上，所述I字斜梁熔焊到钢框架立柱上，所述钢框架横梁熔焊到钢框架立柱上。

3.根据权利要求1所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其特征在于，所述的水平疲劳荷载装置和竖直疲劳荷载装置包括电液伺服作动器、约束钢梁、关节轴承块和钢垫板，所述刚垫板焊接于钢框架上，所述电液伺服作动器安装于钢框架横梁上，所述电液伺服作动器末端与约束钢梁连接，所述约束钢梁一端连接关节轴承块，所述关节轴承块用于电液伺服作动器对试验梁柱的水平疲劳荷载。

4.根据权利要求1所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其特征在于，所述的扭转疲劳荷载装置包括拐臂梁、关节轴承块、约束钢梁、电液伺服作动器，所述拐臂梁由钢管和钢框架梁组成，钢管焊接于钢框架梁上末端，其长度不短于试验梁柱净长度，所述钢垫板放置于钢性地面上，所述约束钢梁放置于电液伺服作动器上，所述关节轴承块用于连接电液伺服作动器和钢框架梁。

5.根据权利要求1所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其特征在于，所述的火灾试验炉包括钢筋混凝土侧墙壁、钢筋混凝土顶盖、保温板、温度传感器、热电偶、钢丝网、保温层、加热元件、通风口、支撑钢框架，所述支撑钢框架、温度传感器和钢筋混凝土侧墙壁放置于刚性地面上，所述通风口设置于钢筋混凝土侧墙壁下方，所述保温层贴于钢筋混凝土侧墙壁内壁，所述加热元件设置于保温层上，所述热电偶贴设于试验梁柱表面，所述钢丝网用于防止火灾时混凝土碎片剥落损坏加热元件，所述钢筋混凝土顶盖和保温板设置于钢筋混凝土侧墙壁的顶部。

6.根据权利要求3所述的钢性梁柱和混凝土梁柱多节点疲劳破坏试验装置，其特征在于，所述的电液伺服作动器包括较支基座、位移传感器、电液伺服阀、活塞杆、荷载传感器、旋转垫圈、指令信号、调整放大***、伺服闸、油源、加载器、传感器、反馈***，所述较支基座连接于钢垫板上，实现电液伺服作动器不受钢框架***扭转作用，所述位移传感器、电液伺服阀、活塞杆、荷载传感器、旋转垫圈依次安装连接，所述指令信号用于调整放大***、伺服闸、油源、加载器、传感器、反馈***。