适用于空间框架梁柱节点的新型试验装置

1.一种适用于进行空间框架梁柱节点受力性能试验的装置，其特征在于：包含试验节点的梁柱子结构位于由L型反力墙、地槽和竖向钢反力架共同组成的反力系统中，在柱顶和柱底分别设置万向铰支座，柱底万向铰支座与基座连接，柱顶万向铰支座上部放置用于对柱身施加轴向力的液压装置，该柱底万向铰支座下部突出的凸形实心半球嵌合在上部的臼式半凹球槽内，该柱顶万向铰支座上部突出的凸形实心半球嵌合在下部的臼式半凹球槽内；在柱顶和柱底设置与反力墙相连的正交刚性水平支撑以限制柱端的侧向位移；在各梁端加载点处设置万向铰装置并与相邻双作用液压装置连接，梁端万向铰装置采用套箍式球铰方式。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：该柱顶和柱底万向铰支座四周用锚栓连接固定以防止因水平力的影响使凸形实心半球和臼式半凹球槽脱离。
3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于：该锚栓位于柱端一侧设有压力弹簧以便柱顶和柱底万向铰支座在球面上自由转动而不受锚栓拉力的影响。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：在该梁端加载点处截面的上部与下部各设置一可拆卸的带底板的凸形实心半球。
5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于：在该底板两侧设置有阻止其水平变位的挡板。
6.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于：用已预开臼式半凹球槽的顶座板和底座板将梁端部套箍，即将梁上的凸形实心半球分别嵌入顶座板与底座板的臼式半凹球槽内，用螺杆将顶座板与底座板联系并固定。
7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：在凸形实心半球与臼式半凹球槽之间设置弧形聚四氟乙烯板或涂抹润滑油以减小接触面的摩擦系数。

适用于空间框架梁柱节点的新型试验装置 \n技术领域\n[0001] 本发明涉及进行空间框架梁柱节点受力性能试验的装置，尤其是适用于在双向水平地震作用下的节点抗震性能试验装置。 \n[0002] 背景技术\n[0003] 传统的梁柱节点受力性能试验采用平面加载体系实施，主要适用于平面框架节点。试验装置可分为梁端加载和柱端加载两类，在柱端与梁端一般均采用单向铰的形式，因此柱子无法产生平面外的弯曲，梁也无法产生绕其自身轴线的扭转。 \n[0004] 为了研究空间框架梁柱节点的受力性能，如地震对梁柱节点的空间组合效应，克服采用平面框架节点在试件单方向(平面内)加载时不考虑另一方向(平面外)荷载同时作用对节点性能影响的局限性，需要研制一种可在两个主轴方向同时施加荷载的梁柱节点性能试验装置。 \n[0005] 发明内容\n[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种适用于进行空间框架梁柱节点在双向荷载作用下受力性能的试验装置，它能使试件的受力状况接近实际结构中节点的受力状况，不产生附加的变形约束，适用性强。 \n[0007] 为了达到上述目的，本发明的技术方案如下： \n[0008] 一种适用于进行空间框架梁柱节点受力性能试验的装置，包含试验节点的梁柱子结构位于由L型反力墙、地槽和竖向钢反力架共同组成的反力系统中，在柱顶和柱底分别设置万向铰支座，柱底万向铰支座与基座连接，柱顶万向铰支座上部放置液压千斤顶，用于对柱身施加轴向力。通过在柱顶和柱底设置与反力墙相连的正交刚性水平支撑限制柱端的侧向位移。在各梁端加载点处设置万向铰装置并与相邻双作用液压千斤顶连接。 [0009] 进一步：柱顶与柱底万向铰支座采用球铰压力支座方式，即将支座下部突出的凸形实心半球嵌合在上部的臼式半凹球槽内，为防止因水平力的影响使凹球与凸球脱离，支座四周用锚栓连接固定，并在锚栓位于柱端(柱顶和柱底端部)一侧增设压力弹簧，以便支座在球面上的自由转动而不受锚栓拉力的影响。 \n[0010] 梁端万向铰装置采用套箍式球铰方式，即在梁端加载点处截面的上部与下部各设置一可拆卸的带底板的凸形实心半球，为阻止其水平变位，在底板两侧 焊接或预埋挡板。\n然后用已预开臼式半凹球槽的顶座板和底座板将梁端部套箍即将梁上的凸形实心半球分别嵌入顶座板与底座板的臼式半凹球内，用螺杆将顶座与底座联系并拧紧。 [0011] 无论是柱端球铰压力支座还是梁端套箍式球铰，其凸形实心半球与臼式半凹球槽之间可设置弧形聚四氟乙烯板或涂抹润滑油，以减小接触面的摩擦系数。 \n[0012] 由于采用上述方案，本发明与传统梁柱节点试验装置相比具有如下优点： [0013] 1、可实施对空间框架任意位置处梁柱节点的加载要求，如中柱节点、边柱节点、角柱节点等； \n[0014] 2、可实现柱端和梁端加载点处的双向转动，从而真实模拟实际结构中与框架节点相邻的柱和梁反弯点处的约束条件； \n[0015] 3、与传统双层销轴式支座相比，本发明的梁端与柱端转动更灵活，且占用的高度更小，有利于增加试件的柱身长度和梁底净空。 \n附图说明\n[0016] 图1是本发明实施例的试验装置的西-东立面的示意图。 \n[0017] 图2是本发明实施例的试验装置的南-北立面的示意图。 \n[0018] 图3是本发明实施例的试验装置的底座平面的示意图。 \n[0019] 图4是本发明实施例的柱顶的压力球铰构造示意图。 \n[0020] 图5是本发明实施例的柱底的压力球铰构造示意图。 \n[0021] 图6是本发明实施例的梁端的套箍式球铰构造示意图。 \n[0022] 图中：1、L型反力墙；2、地槽；3、柱顶双向水平支撑；4、柱底双向水平支撑；5、基座；6、柱顶压力球铰；7、柱底压力球铰；8、梁端套箍式球铰；9、钢反力架；10、荷载传感器；\n11、梁端双作用液压千斤顶；12、柱顶液压千斤顶；13、节点试件。 \n具体实施方式\n[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 \n[0024] 将包含试验节点的梁柱子结构放入由L型反力墙、地槽和竖向钢反力架共同组成的反力系统中，在柱顶和柱底分别设置万向铰支座，柱底万向铰支座与基座连接，柱顶万向铰支座上部放置液压千斤顶，用于对柱身施加轴向力，该千斤顶的反力由竖向钢反力架提供。通过在柱顶和柱底设置与反力墙相连的正交刚性水平支撑限制柱端的侧向位移，刚性水平支撑的反力由L型反力墙提供。在各梁端加载点处设置万向铰装置，并与相邻双作用液压千斤顶连接，这些千斤顶的反力亦由竖向钢反力架提供。试验时，首先通过柱顶千斤顶对柱身施加竖向荷载并保持恒定，然后通过各梁端部的千斤顶施加单向或循环往复的竖向 荷载，以达到在节点域产生双向弯矩和剪力的目的。采用该装置后，当在两个主轴平面内同时或依次施加梁端荷载时，柱子可以发生任意方向的弯曲变形，每根梁既可以在某一主轴平面内发生弯曲变形，又可以绕自身轴线扭转，因此使试件的受力状况与实际结构中节点的受力状况十分接近。必要时还可在各悬臂梁中部设置侧向支撑，以防止梁的侧向失稳或变形。 \n[0025] 具体的，请参阅图1-6，图1-图3是本发明试验装置整体结构各个方向视图示意图。将节点试件13放入由L型反力墙1、地槽2和竖向钢反力架9共同组成的反力系统中。\n首先将柱脚通过压力球铰7与基座5通过锚栓连接牢固，基座5的两侧通过端板螺栓连接正交刚性水平支撑4，可采用工字型、箱型或钢管截面。在柱顶的球铰压力支座6上放置液压千斤顶12以对柱身施加轴压力，千斤顶的另一端与竖向钢反力架9连接。在该球铰的两侧亦通过端板螺栓连接正交刚性水平支撑3，可采用工字型、箱型或钢管截面。在梁端加载点处设置套箍式球铰8并与上部或下部的双作用液压千斤顶11通过端板螺栓牢固连接。这些双作用千斤顶的另一端与竖向钢反力架9或地槽2连接。 \n[0026] 在图4所示的柱顶与柱底万向铰支座实施例中，将其构造设计为球铰压力支座，即将支座下部突出的凸形实心半球14嵌合在上部的臼式半凹球槽15内，为防止因水平力的影响使凹球与凸球脱离，支座四周用锚栓16连接固定，并在锚栓上部增设压力弹簧17，以便支座在球面上的自由转动而不受锚栓拉力的影响。 \n[0027] 在图6所示的梁端万向铰装置实施例中，将其构造设计为套箍式球铰，即在梁端加载点处截面的上部与下部各设置一可拆卸的带底板的凸形实心半球18，为阻止其水平变位，在底板两侧焊接或预埋挡板19。然后用已预开臼式半凹球槽的顶座板20和底座板21将梁端部套箍，即将梁上的凸形实心半球分别嵌入顶座板与底座板的臼式半凹球内，最后用四根螺杆22将顶座与底座联系并拧紧。底座的另一侧与千斤顶连接。 \n[0028] 无论是图4、图5所示的柱端球铰支座还是图6所示的梁端套箍式球铰，其凸形实心半球与臼式半凹球槽之间均可设置弧形聚四氟乙烯板23或涂抹润滑油，以减小接触面的摩擦系数。 \n[0029] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。