可消除摩擦影響且可對柱軸力進行控制的加載裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及梁柱組合體和框架柱的受力性能研究，具體是一種可消除摩擦影響且可對柱軸力進行控制加載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]梁柱節(jié)點、框架柱均是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受力性能復(fù)雜的重要部位，特別是在地震過程中，其抗震性能對整體結(jié)構(gòu)的抗震性能起著至關(guān)重要的作用。目前國內(nèi)外對梁柱組合體、框架柱受力性能的研究主要集中在試驗研究和數(shù)值模擬兩個方面，而試驗研究的準確性對認識梁柱節(jié)點、框架柱的受力機理和滯回反應(yīng)特征等起著不可替代的作用。對于梁柱組合體、框架柱的抗震性能試驗，通常采用在柱頂施加低周反復(fù)荷載的方法(稱為柱端加載試驗)得到柱頂水平力與水平位移(p-A )關(guān)系曲線以及節(jié)點區(qū)的非線性變形情況，以研究梁柱組合體、框架柱的整體和局部的變形。此外，梁柱組合體試驗、框架柱均需要考慮軸力對其滯回反應(yīng)的影響，因此試驗中需要對柱施加一恒定軸力。
[0003]以柱端加載的梁柱組合體試驗為例對該問題進行說明。國內(nèi)外主要存在兩類柱端加載的梁柱組合體試驗裝置，但這兩種試驗裝置均存在一定誤差。
[0004]第一類試驗裝置的優(yōu)點是，在試驗過程中通過對油壓千斤頂或豎向作動器的控制，試驗者可以人為調(diào)整柱軸力的大小，軸力發(fā)生變化時可以及時進行調(diào)整，以保證整個試驗過程中軸力保持恒定;而這類試驗裝置的缺點在于試驗過程中油壓千斤頂或豎向作動器施加的軸力通常較大，相應(yīng)的就會使得與反力系統(tǒng)相連的鉸軸或滑動小車會產(chǎn)生較大的摩擦力，這時試驗測得的水平力就包含了這部分摩擦力，從而影響試驗實測結(jié)果的準確性。
[0005]第二類試驗裝置的優(yōu)點是，在試驗過程中通過擰緊構(gòu)件上下端鋼板上的螺栓施加試驗所需的軸力，試件與反力系統(tǒng)之間不存在摩擦，因此水平荷載P的測量值較準確;而這類試驗裝置的缺點是，柱子的軸力一般僅在試驗開始前施加，試驗過程中柱子軸力發(fā)生變化時無法及時對其進行調(diào)整或補償，使得整個試驗過程中軸力無法保持不變。
[0006]綜上所述，現(xiàn)有兩種試驗裝置都存在一定程度上的誤差，均無法準確測得試驗數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有加載裝置中摩擦力影響大和柱軸力無法控制的問題。
[0008]為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，可消除摩擦影響且可對柱軸力進行控制的加載裝置，其特征在于:包括反力梁、反力柱、豎向作動器、拉壓力傳感器1、水平作動器、拉壓力傳感器π、拉壓力傳感器m、試件、鉸軸、定位座1、定位座π、連接裝置1、連接裝置π和固定裝置。
[0009]所述試件是一個“十”字型梁柱組合體框架，所述梁柱組合體框架分為上下左右四支，所述試件的四支橫截面均為矩形。
[0010]所述反力梁與反力柱均為鋼結(jié)構(gòu)支架，所述反力梁的兩端分別固定在兩根反力柱上。所述固定裝置包括鋼板1、鋼板π、鋼板m、螺紋桿1、螺紋桿π、螺紋桿m、螺紋桿IV。
[0011]所述傳感器和試件用固定裝置固定，具體固定方式為:所述傳感器的一個端面與鋼板I相接，傳感器的另一個端面與鋼板Π相接。所述試件的上支與鋼板Π相接，試件的下支與鋼板m相接。所述螺紋桿1、螺紋桿π、螺紋桿m、螺紋桿IV從上到下依次穿過鋼板1、鋼板π、鋼板m，并在鋼板I和鋼板m的端面上用螺母擰緊。
[0012]所述鋼板m與水平地面通過鉸軸相連，如圖4所示，所述鉸軸包括三片扇形板和連接軸，所述三個扇形板的形狀大小一致且疊放在一起，所述扇形板對稱軸上設(shè)有通孔，所述連接軸依次穿過三個扇形板的通孔，將三個扇形板鉸接在一起，并用螺母擰緊連接軸尾端，所述中間位置的扇形板固定在鋼板m上，兩側(cè)的扇形板固定在地面上；
[0013]所述拉壓力傳感器I一端與鋼板I通過鉸軸相連，所述鉸軸與鉸軸形狀和結(jié)構(gòu)一致，所述拉壓力傳感器I另一端豎向作動器的一端相連。
[0014]所述豎向作動器的另一端與連接裝置I相連，所述連接裝置I由鉸軸、螺紋桿和鋼板組成，所述鋼板置于反力梁上下對稱的位置上，所述兩片鋼板被四根螺紋桿從上到下依次穿過，兩片鋼板被螺母擰緊，所述鉸軸連接在反力梁下方的鋼板上，所述鉸軸與鉸軸形狀一致。
[0015]所述水平作動器的一端與連接裝置Π相連，所述連接裝置Π與連接裝置I的構(gòu)成和形狀一致，連接裝置π的兩塊鋼板固定在反力柱上。
[0016]所述水平作動器的另一端與拉壓力傳感器Π的一端相連，所述拉壓力傳感器Π的另一端試件的上支相連，連接裝置與連接裝置Π—致。
[0017]所述定位座I和定位座Π形狀和結(jié)構(gòu)一致，且位置相對于試件的下支對稱。
[0018]所述定位座I和定位座Π包括底座、滾軸球鉸裝置、支撐桿和連接裝置，所述滾軸球鉸裝置位于底座頂部中心處，所述支撐桿一端與滾軸球鉸裝置相連，支撐桿另一端與連接裝置相連，所述連接裝置與連接裝置I形狀和結(jié)構(gòu)一致，定位座I的連接裝置連接在試件的左支上，所述定位座Π的連接裝置連接在試件的右支上，所述定位座I和定位座Π的連接裝置的連接位置相對于試件的上下兩支對稱。
[0019]采用權(quán)利要求1所述的可消除摩擦影響且可對柱軸力進行控制的加載裝置的加載方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0020]1)將試件的縱向端固定在鋼板Π和鋼板ΙΠ之間，橫向兩端分別固定在定位座I和定位座π的支撐桿上；
[0021]2)采用電子測力扳手將鋼板I和鋼板m上的螺栓擰緊，通過這種方式施加試驗所需的柱軸力；
[0022]3)通過水平作動器，對試件施加試驗所需的柱頂水平力，并且豎向作動器不施加作用力；
[0023]4)在步驟3)完成后，柱軸向力減小或增大時，通過豎向作動器施加壓力或拉力，對柱軸向力進行調(diào)整，直到拉壓力傳感器m與初始軸力相等。
[0024]調(diào)整的過程是，如果柱軸力相對初始值減小了，就用豎向作動器施加一個向下的壓力，使軸力增大；如果柱軸力相對初始值變大了，就通過豎向作動器施加一個向上的拉力，使整體作用于柱子的軸力減小。
[0025]進一步，所述試件對于“十”字形中間層中間節(jié)點、“卜”形中間層邊節(jié)點和柱子試驗同樣適用。
[0026]進一步，所述試件的四支橫截面對于圓形、“T”形同樣適用。
[0027]本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明中的裝置，測得的柱頂水平荷載受摩擦力的影響非常小，并且在實驗過程中試驗者可以自主控制軸向力的大小，大大提高了試驗實測數(shù)據(jù)的準確性。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的試驗裝置示意圖；
[0029]圖2為鋼板8的俯視圖；
[0030]圖3為“卜”形中間層邊節(jié)點的試驗裝置示意圖；
[0031]圖4為鉸軸的示意圖。
[0032]圖中:反力梁1，反力柱2，豎向作動器3，拉壓力傳感器14，水平作動器5，拉壓力傳感器Π 6，拉壓力傳感器ΙΠ7，鋼板18，鋼板Π 9，鋼板ΙΠ10，螺紋桿111，螺紋桿Π 12，螺紋桿ΙΠ13，螺紋桿IV14，試件15，鉸軸16，定位座117，定位座Π 18，連接裝置119，連接裝置Π 20，固定裝置21。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0034]可消除摩擦影響且可對柱軸力進行控制的加載裝置及方法，其特征在于:包括反力梁1、反力柱2、豎向作動器3、拉壓力傳感器14、水平作動器5、拉壓力傳感器Π 6、拉壓力傳感器ΙΠ7、試件15、鉸軸16、定位座117、定位座Π 18、連接裝置119、連接裝置Π 20和固定裝置
21ο
[0035]所述試件15是一個“十”字型梁柱組合體框架，所述梁柱組合體框架分為上下左右四支，所述試件15的四支橫截面均為矩形。
[0036]所述反力梁1與反力柱2均為鋼結(jié)構(gòu)支架，所述反力梁1的兩端分別固定在兩根反力柱2上。
[0037]所述固定裝置21包括鋼板18、鋼板Π 9、鋼板ΙΠ10、螺紋桿111、螺紋桿Π 12、螺紋桿m 13、螺紋桿IV14。
[0038]所述拉壓力傳感器ΙΠ7和試件15用固定裝置21固定，具體固定方式為:所述拉壓力傳感器ΙΠ7的一個端面與鋼板18相接，拉壓力傳感器ΙΠ7的另一個端面與鋼板Π9相接。所述試件15的上支與鋼板Π 9相接，試件15的下支與鋼板ΙΠ10相接。所述螺紋桿111、螺紋桿Π12、螺紋桿m 13、螺紋桿IV14從上到下依次穿過鋼板18、鋼板Π 9、鋼板m 10，并在鋼板18和鋼板ΙΠ10的端面上用螺母擰緊。
[0039]所述鋼