一种混凝土板柱结构连续倒塌性能测试装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种混凝土板柱结构连续倒塌性能测试装置及试验方法。结构连续性倒塌是指结构因偶然荷载造成结构局部破坏失效，继而引起失效破坏构件相连的构件连续破坏，并可能最终会导致建筑结构的整体倒塌或者导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏，从而造成大量的人员伤亡和财产损失。所以针对结构抗连续倒塌性能的设计至关重要。利用本发明专利技术装置及试验方法对板柱结构进行连续倒塌试验，研究板柱结构在遭受偶然荷载造成结构局部破坏失效时其内力重分布情况。并基于其内力重分布情况对板柱结构进行抗连续倒塌设计，从而保证板柱结构在一定安全可靠度之下具有抵抗连续性倒塌的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种混凝土板柱结构连续倒塌性能测试装置及试验方法，属于建筑结构防灾减灾领域。
技术介绍
结构连续性倒塌是指结构因偶然荷载造成结构局部破坏失效，继而引起失效破坏构件相连的构件连续破坏，并可能最终会导致建筑结构的整体倒塌或者导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏，从而造成大量的人员伤亡和财产损失。所以针对结构抗连续倒塌性能的设计至关重要。有研究表明，相比于框架结构，板柱结构在连续倒塌中更容易受到损伤或者说损伤更严重。板柱结构在遭受初始局部破坏时，内力重分布会导致与初始局部破坏处邻近的板柱节点的弯曲力和剪切力大幅增大，导致节点破坏，从而在结构内引起范围更大的连续倒塌。可以通过板柱结构连续倒塌试验研究板柱结构在遭受偶然荷载造成结构局部破坏失效时其内力重分布情况。从而研究平板结构倒塌过程其内部的耗能情况。并基于其内力重分布情况对板柱结构进行抗连续倒塌设计。从而保证板柱结构在一定安全可靠度之下具有抵抗连续性倒塌的能力。
技术实现思路
板柱结构在在遭受偶然荷载作用造成结构局部破坏时有两种情况，一种是柱荷载超载，一种是楼板荷载超载，这两种初始情况都会造成板柱结构节点的初始破坏，进而引发连续倒塌。但在现有的板柱结构连续倒塌试验与分析中都没有考虑板柱节点的初始破坏。这里以一2×2跨混凝土板柱结构拆除中柱后的连续倒塌试验为例进行说明。(如图1所示)(1)板柱结构中柱遭到破坏时，中柱节点承担力的作用的能力减小，而在其上部柱超载的情况下，中柱节点收到的上部柱的作用大于其承载能力，这时就会造成中柱节点发生向下冲切破坏。在中柱节点破坏后由于楼板荷载的超载造成其余柱节点的冲切破坏。(2)在楼板首先遭受超载荷载作用时，其中柱暂时没有失效。则另外一种可能情况是：楼板受到超载荷载作用向下运动，首先造成中柱节点相对于楼板产生向上冲切破坏。在中柱节点破坏后，由于楼板的超载造成其余柱节点的冲切破坏。(3)中柱承受的荷载为集中荷载，而楼板承受的荷载则为均布荷载。所以必须设计一个装置能够方便准确的对板柱结构施加均布荷载。而为了研究结构的内力重分布情况则必须能够在实验时准确的测量出结构每根柱的受力情况，所以也要设计一种测力装置能够准确测量实验时各根柱的受力情况。1.一种混凝土板柱结构连续倒塌性能测试装置,其特征在于:(1)混凝土板柱结构只考虑柱包围的范围，把混凝土板内部分成12个等大的矩形；则矩形短边长度为柱间水平距离的一半，而长边长度则为其短边的1.33倍；并且在每个矩形中心预留一个的孔洞作为一个力的作用点；每三个矩形中心点位置处放置个直角三角形钢板，则直角三角钢板直角边长边有效长度取矩形长边的宽度，短边有效长度则取矩形短边的宽度；所述有效长度为直角三角形三个角开螺栓孔后螺栓孔中心之间的长度；一共有4个同样大小的直角三角形钢板，且上下的两个直角三角形经过平移直角三角钢板直角边长的距离后能够形成一个矩形；试验时需用12根螺栓固定12个孔洞处；并在螺栓上部螺帽与混凝土板之间固定上述的直角三角形钢板；将钢梁与上下的两个直角三角形钢板通过球形铰连接，这样形成两根平行钢梁，在两根平行钢梁的上方连接两根平行钢梁的中心后固定一根水平梁；球形铰布置在三角形钢板各距直角边处螺栓孔中心有效长度1/3处；(2)混凝土板柱结构拆除中柱后对其施加竖直向荷载，，则边柱受力相对于水平方向来说是90°方向受力，而角柱则是45°方向受力，沿各自受力方向的两块相对的钢板上各自贴应变片；在混凝土板柱结构试验做完之后再分别对每个测力装置做试验，求出其对应的M-N-Δ性能曲线，得到混凝土板柱结构试验时每根柱的受力情况。2.应用如权利要求1所述装置研究混凝土板柱结构连续倒塌性能的方法，其特征在于：对试件进行两种加载方案之一；第一种是先对板柱结构中柱施加向下的集中荷载，待中柱节点发生冲切破坏后即停止施加集中荷载，改为用所述一种混凝土板柱结构连续倒塌性能测试装置对板柱结构施加向下的均布荷载，使试件边柱和角柱节点相继发生冲切破坏；第二种则是在混凝土板下方对板柱结构的中柱施加向上的集中荷载，待中柱节点发生冲切破坏后再用所述一种混凝土板柱结构连续倒塌性能测试装置对板柱结构施加向下的均布荷载，使试件边柱和角柱节点相继发生冲切破坏。本专利技术装置旨在能够方便准确的在板柱结构连续倒塌试验中施加均布荷载，并且能够测量板柱结构试验时各根柱的受力情况。进一步，设计施加均布荷载装置(如图2所示)步骤如下：(1)首先板柱结构只考虑柱包围的范围，而不考虑500mm的周边悬挑，则尺寸为4m×4m。再把板柱结构按图3分成12个等大的矩形。则矩形短边长度为柱间水平距离的一半在本例中即为1m，而长边长度则为短边的1.33倍。并且在每个矩形中心取一个力的作用点。按图3在每三个矩形中心点位置处放置一三角形钢板，则三角钢板有效直角边长边取矩形长边的宽度1.33m，短边则取矩形短边的宽度1m。(2)在本专利技术装置中上部钢梁与下部三角形板用球形铰连接。为了保证三角形钢板每个角受力大小相同，则应把球形铰布置在三角形钢板各距直角边有效边长度1/3处(如图4所示)。球形铰由一钢半球和一钢板组成，并且钢板中心开一与钢半球直径相同的半球形凹槽。这样上部的钢半球就能刚好放在钢板内。用球形铰能保证连接处一直处于能够滑动状态且能够保证钢梁作用在三角形板上的力一直是竖直朝下的。(3)本专利技术是通过这一装置将一个集中力分成12个等大的力，而且这12个等大的力的作用点是上面说明的12个矩形板的中心。这样相当于在每个矩形板的中心施加一个等大的力，从而近似的认为在混凝土板柱结构上施加的是均布荷载。这里必须采用三角形板的原因是因为三个不共线的点能唯一确定一个平面，这样试验时即使混凝土板变形也能保证三角形板的三个角与下部钢板的接触良好，从而使三角形每个角下部钢板承担的力始终相同。因为边柱受力相对于水平方向来说是90°方向受力，而角柱则是45°方向受力，所以为了能够更方便的在试验时测出各个柱的受力情况，需要针对边柱和角柱两种受力情况设计两种测力装置。边柱的测力装置如图5，角柱的测力装置如图6。测力装置主体部分是由4块相同的钢板组成，焊接在两块较大钢板上，并且沿各自受力方向的两块相对的钢板上各自贴应变片。前期的测力装置实验证明这种方案得到的应变片数据线性非常好。所以可以在混凝土板柱结构试验做完之后再分别对每个测力装置做试验，求出其对应的M-N-Δ性能曲线，从而就能够知道在混泥土板柱结构试验时每根柱的受力情况。本专利技术及试验方法相对于一般混凝土板柱结构连续倒塌试验方法相比优势如下：(1)本试验方法中考虑了混凝土板柱结构遭受偶然荷载作用时的初始破坏，这是很多平板结构倒塌试验没有考虑的部分。(2)利用本专利技术装置中的施加均布荷载装置对混凝土板柱结构施加均布荷载相比于直接堆加沙袋施加均布荷载的方式而言更加简便安全。不像人工加卸沙袋那样麻烦，需要的场地空间也相对小很多。而且用本专利直接施加均布荷载时荷载施加范围很大，最大荷载取决于千斤顶的最大荷载。(3)用本专利技术装置施加均布荷载时，混凝土板柱结构上不会像用堆加沙袋那样把上部平板覆盖住，所以就能够清楚的看到平板上裂缝的发展情况。研究裂缝的发展变化情况对连续倒塌试验来说是非常有意义的。(4)本专利技术装置中的测力装置可以测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土板柱结构连续倒塌性能测试装置,其特征在于:(1)混凝土板柱结构只考虑柱包围的范围，把混凝土板内部分成12个等大的矩形；则矩形短边长度为柱间水平距离的一半，而长边长度则为其短边的1.33倍；并且在每个矩形中心预留一个的孔洞作为一个力的作用点；每三个矩形中心点位置处放置个直角三角形钢板，则直角三角钢板直角边长边有效长度取矩形长边的宽度，短边有效长度则取矩形短边的宽度；所述有效长度为直角三角形三个角开螺栓孔后螺栓孔中心之间的长度；一共有4个同样大小的直角三角形钢板，且上下的两个直角三角形经过平移直角三角钢板直角边长的距离后能够形成一个矩形；试验时需用12根螺栓固定12个孔洞处；并在螺栓上部螺帽与混凝土板之间固定上述的直角三角形钢板；将钢梁与上下的两个直角三角形钢板通过球形铰连接，这样形成两根平行钢梁，在两根平行钢梁的上方连接两根平行钢梁的中心后固定一根水平梁；球形铰布置在三角形钢板各距直角边处螺栓孔中心有效长度1/3处；(2)混凝土板柱结构拆除中柱后对其施加竖直向荷载，，则边柱受力相对于水平方向来说是90°方向受力，而角柱则是45°方向受力，沿各自受力方向的两块相对的钢板上各自贴应变片；在混凝土板柱结构试验做完之后再分别对每个测力装置做试验，求出其对应的M‑N‑Δ性能曲线，得到混凝土板柱结构试验时每根柱的受力情况。...

【技术特征摘要】
1.一种混凝土板柱结构连续倒塌性能测试装置,其特征在于:(1)混凝土板柱结构只考虑柱包围的范围，把混凝土板内部分成12个等大的矩形；则矩形短边长度为柱间水平距离的一半，而长边长度则为其短边的1.33倍；并且在每个矩形中心预留一个的孔洞作为一个力的作用点；每三个矩形中心点位置处放置个直角三角形钢板，则直角三角钢板直角边长边有效长度取矩形长边的宽度，短边有效长度则取矩形短边的宽度；所述有效长度为直角三角形三个角开螺栓孔后螺栓孔中心之间的长度；一共有4个同样大小的直角三角形钢板，且上下的两个直角三角形经过平移直角三角钢板直角边长的距离后能够形成一个矩形；试验时需用12根螺栓固定12个孔洞处；并在螺栓上部螺帽与混凝土板之间固定上述的直角三角形钢板；将钢梁与上下的两个直角三角形钢板通过球形铰连接，这样形成两根平行钢梁，在两根平行钢梁的上方连接两根平行钢梁的中心后固定一根水平梁；球形铰布置在三角形钢板各距直角边处螺栓孔中心有...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文君，李易，肖宇哲，闫维明，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11