一种结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置及其试验方法

1.一种结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置，其特征在于：装置包括：
用于对试件（10）进行轴向压力试验的轴压比施加体系；包括第一槽形钢板（1）、第二槽形钢板（2）、对拉螺杆（3）、定位螺母（4）、固定螺母（5）、抗弯钢垫板（6）、带圆弧凹槽钢板（7）、力传感器（8）、千斤顶（9）及钢垫板（11）；其中，所述第一槽形钢板（1）与第二槽形钢板（2）的两翼均具有水平段，水平段上预留螺孔，通过对拉螺杆（3）、定位螺母（4）和固定螺母（5）将所述第一槽形钢板（1）和第二槽形钢板（2）之间相对固定，第二槽形钢板（2）至所述第一槽形钢板（1）之间依次放置试件（10）、钢垫板（11）、千斤顶（9）、力传感器（8）和带圆弧凹槽钢板（7）；
用于将试件（10）的底部固定在地梁上的地锚固定体系；该体系包括对称设置在试件（10）底部两侧的两组固定组件，每组包括地锚槽型钢板（13）、地锚锚杆（14）、抗弯钢垫板（6）及地锚螺母（15）；其中，所述地梁上设有供所述地锚锚杆（14）穿过的垂直通道，所述地锚槽型钢板（13）两翼水平段上预留供地锚锚杆（14）穿过的螺纹孔；所述试件（10）通过地锚槽型钢板（13）、地锚锚杆（14）及地锚螺母（15）与所述地梁相对固定；
还包括一轴压力偏心调整体系，用于对所述轴压比施加体系进行偏心调整；所述第一槽型钢板（1）上焊接两个吊环（17），所述地锚槽型钢板（13）上设有钢环（16），华兰螺栓（18）连接吊环（17）和钢环（16）。
2.根据权利要求1所述的结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置，其特征在于：所述试件（10）下部预留供所述第二槽形钢板（2）穿过的凹槽（12）。
3.根据权利要求1所述的结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置，其特征在于：所述第一槽形钢板（1）的两翼水平段、第二槽形钢板（2）的两翼水平段及地锚槽型钢板（13）的两翼水平段上分别设置有抗弯钢垫板（6），所述对拉螺杆（3）和地锚锚杆（14）的直径不小于25mm。
4.一种利用权利要求1～3中任意一项所述结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置进行加载固定的方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
第一步：先将地锚锚杆（14）放在地梁下，再将地锚槽型钢板（13）放在试件（10）的底座上，使地锚锚杆（14）穿过地锚槽形钢板（13）两翼上水平段的预留孔；
第二步：依次在地锚槽形钢板（13）两翼水平段放入抗弯钢垫板（6）和地锚螺母（15），通过拧紧螺母将其固定；所述地锚槽型钢板（13）下部两翼水平段与地面初始距离为2～3cm，变形后与地面距离不小于3mm；
第三步：预先在地锚槽型钢板（13）、第一槽形钢板（1）上分别焊接钢环（16）、吊环（17）；
第四步：临时安装华兰螺栓（18），通过调整华兰螺丝实现轴压比施加体系上第一槽形钢板（1）的偏心调整。
5.根据权利要求4所述的结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置进行加载固定的方法，其特征在于：在试验过程中对试件（10）底座的微小水平位移采用百分表进行测试，数据分析时引进位移系数法对试件微小的水平位移进行修正。

一种结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置及其试\n验方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置及其试验方法，主要用于各种混凝土柱、墙体、框架的抗震性能试验，属于一种室内模型试验的加载固定装置。\n背景技术\n[0002] 我国是一个地震多发国家，学者和研究机构对结构抗震性能的研究越来越多，这其中需进行大量的试验研究，包括柱、墙、框架等抗震性能研究。在抗震性能试验中，常采用低周反复荷载试验、拟动力试验，这些试验都是同时作用有竖向荷载和水平荷载。\n[0003] 实验中试件固定有以下方法：\n[0004] （1）在下部固定梁中间预留孔，地锚螺杆从预留孔中穿过，上部采用垫块和螺母进行锚固，该方法除预留孔增加试件制作难度外，下部固定梁尺寸较大，定位时必须将两端地锚螺杆精确穿入预留孔中，安装不方便。需要调整试件位置时，受到地锚螺杆的影响，操作也较为困难。\n[0005] （2）采用压梁法进行锚固，试件两端需两根刚度较大的钢梁，钢梁上预留螺栓孔，通过四个地锚螺栓进行固定。该方法压梁自重大，需要借助起重设备进行安装和拆卸，施工不便。\n[0006] 实验中轴压比施加常用的方法是：在实验钢架上部横梁下安装滑车，作为千斤顶施加的反力支座，千斤顶下部与试件顶部接触，以施加荷载。试验时，当试件顶部发生水平位移时，滑车在钢架上滑动，以保证轴压力不产生附加反向偏心。该方法滑车成本高，试验中滑车的摩擦系数对试验影响较大。特别是当试件发生弯曲变形时，试件顶面产生微小转角，导致千斤顶受力不均匀，易导致千斤顶和力传感器发生损坏。\n[0007] 受到试件加工精度、地面和上部横梁水平度误差影响，轴向力施加可能产生较大偏心，常规方法很难加以调整。\n发明内容\n[0008] 本发明的目的是克服上述缺陷，设计出一种试件装卸和固定方便，结构新颖的加载固定装置。\n[0009] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：\n[0010] 一种结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置，装置包括：\n[0011] 用于对试件进行轴向压力试验的轴压比施加体系；包括第一槽形钢板、第二槽形钢板、对拉螺杆、定位螺母、固定螺母、带圆弧凹槽钢板、力传感器、千斤顶及抗弯钢垫板；其中，所述第一槽形钢板与第二槽形钢板的两翼均具有水平段，水平段上预留螺孔，通过对拉螺杆、定位螺母和固定螺母将所述第一槽形钢板和第二槽形钢板之间相对固定，第二槽形钢板至所述第一槽形钢板之间依次放置试件、钢垫板、千斤顶、力传感器和带圆弧凹槽钢板；\n[0012] 用于将试件的底部固定在地梁上的地锚固定体系；该体系包括对称设置在试件底部两侧的两组固定组件，每组包括地锚槽型钢板、地锚锚杆、地锚螺母及抗弯钢垫板；其中，所述地梁上设有供所述地锚锚杆穿过的垂直通道，所述地锚槽型钢板两翼水平段上预留供地锚锚杆穿过的螺纹孔；所述试件通过地锚槽型钢板、地锚锚杆及地锚螺母与所述地梁相对固定；\n[0013] 还包括一轴压力偏心调整体系，用于对所述轴压比施加体系进行偏心调整；所述第一槽型钢板上焊接有对称设置的两个吊环，两个所述地锚槽型钢板上分别设有一个钢环，两个华兰螺栓分别连接吊环和钢环。\n[0014] 进一步的，所述试件下部预留供所述第二槽形钢板穿过的凹槽。\n[0015] 进一步的，所述第一槽形钢板的两翼水平段、第二槽形钢板的两翼水平段及地锚槽型钢板的两翼水平段上分别设置有抗弯钢垫板，所述对拉螺杆和地锚锚杆的直径不小于\n25mm。\n[0016] 一种利用所述结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置进行加载固定的方法，包括以下几个步骤：\n[0017] 第一步：先将地锚锚杆放在地梁下，再将地锚槽型钢板放在试件的底座上，使地锚锚杆穿过槽形钢板两翼上水平段的预留孔；\n[0018] 第二步：依次在地锚槽形钢板两翼水平段放入抗弯钢垫板和地锚螺母，通过拧紧螺母将其固定；所述地锚槽型钢板下部两翼水平段与地面初始距离为2～3cm，变形后与地面距离不小于3mm；\n[0019] 第三步：预先在地锚槽型钢板、第一槽形钢板上分别焊接钢环、吊环；\n[0020] 第四步：临时安装华兰螺栓，通过调整华兰螺丝实现轴压比施加体系上第一槽形钢板的偏心调整；\n[0021] 进一步的，在试验过程中对试件底座的微小水平位移采用百分表进行测试，数据分析时引进位移系数法对试件微小的水平位移进行修正。\n[0022] 本发明的优点和效果：\n[0023] 本发明一种新型轴压比施加体系、试件地锚固定体系和轴压力偏心调整体系，其结构合理，构造简单，使用方便；同传统实验法相比，本发明使用螺栓连接，装卸方便，节省材料，成本低，效果显著。\n[0024] 另外，本发明结构解决了大刚度钢梁下安装滚动支座施加轴压比和采用压梁等方法固定试件底座存在的一些不足，在研究结构抗震性能的试验方面有较大的应用前景。\n附图说明\n[0025] 图1-本发明柱试件轴压比施加、试件底座锚固和竖向荷载偏心调整装置示意图；\n[0026] 图2-本发明墙体均布竖向力施加和试件底座锚固装置示意图；\n[0027] 图3-本发明柱试件轴压比施加剖面示意图；\n[0028] 图4-带圆弧凹槽钢板平面和剖面示意图；\n[0029] 图5-本发明试件地锚固定体系剖面示意图；\n[0030] 其中1-第一槽形钢板，2-第二槽形钢板，3-对拉螺杆，4-定位螺母，5-固定螺母，6-抗弯钢垫板，7-带凹槽钢板，8-力传感器，9-千斤顶，10-试件，11-钢垫板，12-试件凹槽，13-地锚槽型钢板，14-地锚锚杆，15-地锚螺母，16-钢环，17-吊环，18-华兰螺栓。\n具体实施方式\n[0031] 下面结合附图1对本发明做进一步的说明：\n[0032] 如图1所示，一种结构抗震性能试验的轴压比施加和试件固定装置，装置包括轴压比施加体系、试件地锚固定体系以及轴压力偏心调整体系；\n[0033] 轴压比施加体系包括第一槽形钢板1、第二槽形钢板2、对拉螺杆3、定位螺母4、固定螺母5、抗弯钢垫板6、带圆弧凹槽钢板7、力传感器8、千斤顶9及试件10；其中，所述试件10下部预留供所述第二槽形钢板2穿过的凹槽12，所述第一槽形钢板1与第二槽形钢板2的两翼均具有水平段，水平段上预留螺孔，通过对拉螺杆3、定位螺母4和固定螺母5将所述第一槽形钢板1和第二槽形钢板2固定，所述试件10的顶部与所述第一槽形钢板1之间依次设置有钢垫板11、千斤顶9、力传感器8和带圆弧凹槽钢板7；\n[0034] 试件地锚固定体系由地锚槽型钢板13、地锚锚杆14、地锚螺母15和抗弯钢垫板6组成。\n[0035] 轴压力偏心调整体系由在轴压力施加体系的第一槽型钢板1上焊接的吊环17、地锚槽型钢板13上焊接的钢环16和钩在钢环16与吊环17之间的华兰螺栓组成。\n[0036] 其中：轴压比施加体系的操作步骤为：\n[0037] 第一步：先将轴压比施加体系中的第二槽形钢板2放在指定位置，将试件10放在第二槽形钢板2上面，使第二槽形钢板2卡入试件10预留的凹槽12内；\n[0038] 第二步：先将定位螺母4旋到对拉螺杆3的指定位置,使前后对拉螺杆3位于定位螺母4之间的长度相同，再将对拉螺杆3穿入第二槽形钢板2预留的螺孔里，依次放入抗弯钢垫板6和固定螺母5，拧紧固定螺母5将下部固定；\n[0039] 第三步：放入第一槽形钢板1，再依次放入抗弯钢垫板6和固定螺母5，拧紧螺母5将上部固定；\n[0040] 第四步：将千斤顶9和试件10之间的钢垫板11、千斤顶9、力传感器8依次放在试件\n10的端部，通过千斤顶9实现轴压比的施加。\n[0041] 试件地锚固定体系的操作步骤为：\n[0042] 步骤a：先将地锚锚杆14放在地梁下，再将地锚槽型钢板13放在试件10底座上，使地锚锚杆14穿过地锚槽型钢板13上的预留孔；\n[0043] 步骤b：依次在地锚槽型钢板13两翼水平段放入抗弯钢垫板6和地锚螺母15，通过拧紧螺母15将其固定。\n[0044] 轴压力偏心调整体系的操作步骤为：\n[0045] 步骤c：预先在地锚槽型钢板13上焊接钢环16、在第一槽形钢板1上焊接钢环16；\n[0046] 步骤d：临时安装华兰螺栓18，通过调整华兰螺丝实现第一槽形钢板1的偏心调整。\n[0047] 下面结合附图说明本发明装置的具体制作方法：\n[0048] 步骤（1）：制作试件时在其下部预留凹槽12，凹槽的深度应大于第二槽形钢板2的厚度2mm，宽度大于第二槽形钢板2的宽度5mm以上；\n[0049] 步骤（2）：制作轴压比施加体系中的第一槽形钢板1、第二槽形钢板2和地锚固定体系中的地锚槽型钢板13，上述槽形钢板的其厚度不小于25mm；制作上述槽形钢板时，在第一槽形钢板1、第二槽形钢板2的两翼水平段分别预留对拉螺杆3的孔，在地锚槽型钢板13的两翼水平段预留地锚锚杆14的孔；\n[0050] 步骤（3）：制作带圆弧凹槽钢板7，其厚度不小于25mm。在其下部正中间位置预留凹槽，凹槽内径略于力传感器8端部直径，深度不小于5mm，如附图4所示；\n[0051] 步骤（4）：制作抗弯钢垫板6，厚度不小于20mm，宽度不小于15mm。钢垫板11厚度不小于5mm；\n[0052] 步骤（5）：在第一槽形钢板1下部焊接所述带圆弧凹槽钢板7；\n[0053] 步骤（6）：制作对拉螺杆3和地锚锚杆14，对拉螺杆3和地锚锚杆14的直径应不小于\n25mm，螺杆两端和锚杆端部进行车螺纹处理；\n[0054] 步骤（7）：在第一槽形钢板1和地锚槽型钢板13上分别焊接吊环16和钢环17；\n[0055] 步骤（8）：临时安装华兰螺栓18。