CN105372118A - 柱状试件横向动态均布加载试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种柱状试件横向动态均布加载试验装置，包括反力墙(11)、支座(9)、钢挡板(8)、锚杆(7)和水平作动器(12)，水平作动器(12)一端固定在反力墙(11)上，另一端顶住试件(6)靠近反力墙(11)的一端，还包括与地基(10)平面垂直的门式导轨(1)、可沿所述门式导轨(1)自由下滑的负重横梁(2)，负重横梁(2)下侧中部固连有落锤锤头(3)，在试件(1)上部设有水囊(5)，水囊(5)上部设有钢质分配梁(4)。本发明能够测试梁、柱等柱状试件在横向均布动荷载和轴向力共同作用下的动力响应特性。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构力学试验技术领域，特别是一种能够测试梁、柱等轴向受力的柱状试件在横向冲击均布动荷载作用下的动态力学性能的试验装置。
背景技术
目前，燃气爆炸、恐怖袭击等偶然性爆炸灾害频繁发生，常常造成工程结构损伤破坏，乃至坍塌。因此，柱状试件，如梁、柱等结构试件在爆炸荷载作用下的动力响应一直是学术界的研究热点。在常见比例爆距范围，通常认为试件上的爆炸荷载是均布动荷载，由于野外爆炸试验难度大、费用高，所以人们一直致力于寻找一种在实验室范围内模拟结构上均布动荷载(爆炸)的试验方法，以减小实验难度，降低实验成本。
目前实验室模拟冲击(爆炸)动荷载的装置主要有：模爆器、爆坑、轻气炮，SHPB和落锤等。模爆器和爆坑试验费用高、危险性大、试验条件苛刻，所需炸药不易获得，且荷载持续时间长于实际情况。SHPB和轻气炮的试验只能针对材料，无法对结构试件施加荷载。
落锤虽然在荷载作用时间和量级上接近爆炸，但是无法实现均布加载，主要应用于结构试件的拟静力加载。对于冲击动载下的研究较少，其适用条件和关键影响因素也尚待进一步研究，且对于结构柱或约束梁等轴向受力试件来说，目前的实验装置不能实现在横向均布荷载和轴向力两种荷载共同作用下的动力响应性能测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柱状试件横向动态均布加载试验装置，能够测试梁、柱等柱状试件在横向均布动荷载和轴向力共同作用下的动力响应特性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种柱状试件横向动态均布加载试验装置，包括位于所述柱状试件一端的反力墙、置于试件下方且靠近试件两端的二个支座、紧贴试件另一端的钢挡板，还包括锚杆和水平作动器，所述锚杆一端与所述钢挡板垂直固连，另一端固定在所述反力墙的竖向槽道内，所述水平作动器置于所述反力墙与试件之间，其一端固定在反力墙上，另一端顶住试件靠近反力墙的一端，还包括与地基平面垂直的门式导轨、可沿所述门式导轨自由下滑的负重横梁，所述负重横梁下侧中部固连有落锤锤头，在所述试件上部设有水囊(5)，所述水囊上部设有钢质分配梁。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、加载方式灵活多样：本发明能实现三种加载方式下的动力响应特性测试，即①构件横向均布冲击荷载加载(模拟横向均布动荷载)；②试件进行轴向力加载(模拟长柱受轴压，卧式试验)；③试件横向均布力和轴向力同时加载(模拟长柱受均布荷载作用，卧式试验)。
2、系统安装简单，灵活性强，测试精度高，节省试验空间。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明柱状试件横向动态均布加载试验装置的主视图。
图2为图1的右视图。
图3为图1的立体视图。
图中，1.导轨，2.负重横梁，3.落锤锤头，4.钢质分配梁，5.水囊，6.试件，7.锚杆,8.钢挡板，9.支座，10.地基，11.反力墙，12.横向作动器，13压强传感器，14.应变片，15.PC板气囊挡板，16.地面过渡板，17.位移传感器。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明柱状试件横向动态均布加载试验装置，包括位于所述柱状试件1一端的反力墙11、置于试件1下方且靠近试件1两端的二个支座9、紧贴试件1另一端的钢挡板8，还包括锚杆7和水平作动器12，所述锚杆7一端与所述钢挡板8垂直固连，另一端固定在所述反力墙11的竖向槽道内，所述水平作动器12置于所述反力墙11与试件1之间，其一端固定在反力墙11上，另一端顶住试件6靠近反力墙11的一端，
还包括与地基10平面垂直的门式导轨1、可沿所述门式导轨1自由下滑的负重横梁2，所述负重横梁2下侧中部固连有落锤锤头3，在所述试件1上部设有水囊5，所述水囊5上部设有钢质分配梁4。
采用钢质分配梁是因为其刚度大，不会因为较大的作动器荷载而出现屈曲，从而能够保证落锤的点冲击力经钢梁分配后，成为一个平面加载均布力传给水囊。
在所述水囊5两侧设有透明的PC板8。
为防止试验时受剪能力较弱的水囊5破坏，在所述水囊5长度方向两侧设有透明的PC板水囊挡板15。
由于水囊材料的抗剪性能较弱，在落锤大几十吨力的冲击作用下，容易被剪坏。所以应保证两侧的钢化PC挡板紧贴试件两侧，不留缝隙。为了不影响试件破坏现象的观察和测量，采用透明的PC板作为水囊均布加载系统的围护。PC板还可以防止工字钢梁和分配梁跌落而产生危险。
在所述水平作动器12与试件1之间设有压力传感器。
在水囊5内部和/或试件6表面设置有压强传感器13。
所述试件6为钢筋混凝土试件，其钢筋表面黏贴有应变片14。
在所述支座91、92与地基10之间设有地面过渡板16。
在所述地面过渡板16之外的地基10上设有位移传感器17。
为提高试验的方便程度和自动化水平，在水平作动器12的作动缸前设有压力传感器。在水囊5内部和试件6表面均设置有压强传感器13。在试件6内的钢筋表面黏贴有应变片14。在试验场地四周设置有位移传感器17。
所述落锤锤头3焊接在所述负重横梁2下侧中部。从而保证落锤锤头3发力集中，更好提供点冲击力。
所述锚杆7一端与所述钢挡板8通过螺栓垂直固连。从而可以方便调节试件1与水平作动器12之间的接触。
本发明能实现柱状构件如梁、柱等三种加载方式下的动力响应特性测试，即①构件横向均布冲击荷载加载(模拟横向均布动荷载)；②试件进行轴向力加载(模拟长柱受轴压，卧式试验)；③试件横向均布力和轴向力同时加载(模拟长柱受均布荷载作用，卧式试验)。
当需要模拟梁柱试件受均布荷载作用时，试件6两端放置在已固定在地面过渡板16的支座9上，试件6上方放置装满水的水囊5，水囊5上放置一块与水囊尺寸相当的刚度大钢质分配梁4。负重横梁2沿导轨1下落，落锤锤头3撞击在钢质分配梁4上，钢质分配梁4传力给水囊5，水囊5传力至试件6即达到给试件施加均布冲击动荷载的目的。力的传递路径为：落锤锤头3－钢质分配梁5－水囊5－试件6。
落锤冲击水囊动态均布加载试验装置是通过平卧的试件上方放置装满水的水囊，水囊上放置一块与水囊水平截面积相当的钢质分配梁，钢质分配梁刚度大。水囊实现均布加载的原因是水囊可以随着试件的变形挠曲而保持与试件受压表面的紧密贴合；且水囊相对于气囊刚度较大，可以配合作动器顺利量测试件抗力曲线下降段。
当需要模拟梁柱构件受轴力荷载试验时，试件6两端放置在已固定在地面过渡板16的支座9上，已张拉的锚杆7一端穿过钢挡板8，由螺栓拧紧顶在试件6一侧，另一端通过螺栓连接在反力墙11竖槽道内。锚杆轴力加载系统是通过设置在反力墙上11的水平作动器12顶住已被锚杆7约束的试件6端部产生反作用力而对试件6施加轴力。
本系统可以将轴力和均布冲击动荷载配合使用，达到模拟梁柱构件同时受横向受均布动荷载和轴向受轴力作用的目的。
Claims (9)
1.一种柱状试件横向动态均布加载试验装置，包括位于所述柱状试件(1)一端的反力墙(11)、置于试件(1)下方且靠近试件(1)两端的二个支座(9)、紧贴试件(1)另一端的钢挡板(8)，还包括锚杆(7)和水平作动器(12)，所述锚杆(7)一端与所述钢挡板(8)垂直固连，另一端固定在所述反力墙(11)的竖向槽道内，所述水平作动器(12)一端固定在反力墙(11)上，另一端顶住试件(6)靠近反力墙(11)的一端，其特征在于：还包括与地基(10)平面垂直的门式导轨(1)、可沿所述门式导轨(1)自由下滑的负重横梁(2)，所述负重横梁(2)下侧中部固连有落锤锤头(3)，在所述试件(1)上部设有水囊(5)，所述水囊(5)上部设有钢质分配梁(4)。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：在所述水囊(5)两侧设有透明的PC板(8)。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：在水囊(5)内部和/或试件(6)表面设置有压强传感器(13)。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：在所述水平作动器(12)与试件(1)之间设有压力传感器。
5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述试件(6)为钢筋混凝土试件，其钢筋表面黏贴有应变片(14)。
6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：在所述支座(9)与地基(10)之间设有地面过渡板(16)。
7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于：在所述地面过渡板(16)之外的地基(10)上设有位移传感器(17)。
8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述落锤锤头(3)焊接在所述负重横梁(2)下侧中部。
9.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述锚杆(7)一端与所述钢挡板(8)通过螺栓垂直固连。
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