一种结构单向压剪静力试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种结构单向压剪静力试验系统及方法，包括加载设备、测控系统、反力地板、反力墙、位移传感器、柱式力传感器以及角度计；加载设备包括竖向施压组件和水平向作动器组件；试验试件沿竖直方向设置于反力地板上；竖向施压组件设置于试验试件上，用于对试验试件施加竖直方向的张拉力；水平向作动器组件一端连接于反力墙上，其另一端沿水平方向连接于试验试件顶部的侧面上；位移传感器设置于试验试件上，并与水平向作动器组件处于一条水平线上；柱式力传感器设置于竖向施压组件上；测控系统分别与柱式力传感器、位移传感器以及水平向作动器组件电连接；角度计用于测量竖向施压组件的角度；本发明专利技术试验加载控制精度高、可提高试验效率。

A static test system and method of one-way compression and shear for structure

【技术实现步骤摘要】
一种结构单向压剪静力试验系统及方法
本专利技术属于压剪静力试验
，具体涉及一种结构单向压剪静力试验系统及方法。
技术介绍
土木工程领域中，单向压剪静力试验是研究结构体系抗震性能的重要方法，试验荷载分为竖向荷载和水平往复荷载。竖向荷载所等效模拟的是试验原型结构受到的上部荷载，包括恒荷载和活荷载的组合值，其方向与重力方向相同、是铅直向下的。水平往复荷载所等效模拟的是试验原型结构受到的地震力。试验加载过程中，需要最大限度的保持竖向荷载恒定且其方向的铅直向下，从而准确模拟试验原型的受力状态以及重力二阶效应。目前单向压剪静力试验的方法主要有两种：1.在反力地板上搭建反力刚架反力刚架底部紧固连接在反力地板处，试验试件安装在反力刚架内，液压设备安装在试验试件与反力刚架之间，反力刚架、液压设备、试验试件与反力地板形成竖向加载的内力自平衡体系，以液压设备对试验试件施加的压力模拟试验原型结构受到的上部荷载，液压设备具有可滑动的装置，可沿着水平往复荷载的加载方向滑动，从而保证竖向荷载始终沿着铅直方向施加到试验试件上，水平往复荷载使用液压伺服作动器施加；2.将预应力钢棒一端固定在反力地板处，另一端固定在试件顶部，对预应力钢棒施加预张力，预应力钢棒、试验试件、反力地板形成竖向加载的内力自平衡体系，预应力钢棒受到的张拉力与试验试件受到的压力等值反向，以预应力钢棒的张拉力对试验试件产生的压力模拟试验原型结构受到的上部荷载，水平往复荷载使用液压伺服作动器施加。上述方法1的主要不足是：反力刚架的刚度须至少大于试件竖向抗压刚度的10倍才能保证试验试件与反力刚架在受压状态下产生的竖向变形不影响试验加载，从而保证试验加载的准确性与安全性；囿于反力刚架的造价，刚架不会制作得太大，试验试件不会特别大，而所施加的竖向荷载也不会太大，很难实现大比例尺或足尺试验，不利于通过试验真实反映大尺寸试验原型的抗震性能；即便斥巨资制做出巨大的刚架，结构较为复杂，由于其安装不方便，也会大大降低试验效率。上述方法2的主要不足是：钢棒在受到张拉力后并紧固后，钢棒受到的张拉力与试验试件受到的压力等值反向，钢棒与试验试件随动，钢棒的轴向变形与试验试件受到在压力方向上产生的变形是协调的，当水平往复荷载与压力同时施加到试验试件时，试验试件会产生水平变形和沿着压力方向上的联合变形，由于试验试件的结构形式不同，其联合变形可能是弯曲型变形、剪切型变形或剪弯型变形，因此验试件受到在压力方向上产生的变形是变化的，进而钢棒的轴向变形也是变化的；钢棒轴向变形与钢棒的张拉力具有正比例的关系，钢棒的轴向变形变化时，钢棒的张拉力会变化，试验试件受到的压力也会变化，试验加载所模拟的上部荷载不在等于试验原型的上部荷载，试验试件实际的受力状态不再与试验原型相同，使得试件受到的压力不准。同时，试验试件受到的压力垂直与试验试件的顶部截面，当试验试件产生水平变形和沿着压力方向上的联合变形时，试验加载施加压力的竖向分量模拟的是上部荷载，试验试件实际的受力状态不再与试验原型相同。当试验试件的抗侧刚度小、侧向变形大时，以上两种不利影响会十分显著。进一步地，这种加载方式无法准确模拟诸如钢筋混凝土框架柱、桥墩等抗侧刚度较小的试验原型结构在地震作用下的上部荷载的重力二阶效应。中国专利CN109855984公开了一种单向压剪加载装置及其使用方法，其改进了上述方法1，可准确模拟试验原型在地震作用下的重力二阶效应；主要利用水平反力地板、试验件右侧的反力墙、试验件左侧的预应力竖向拉杆和试验件上侧的水平悬臂反力梁形成内力自平衡受力体系，使用安装在水平悬臂梁与试验件之间的竖向千斤顶配合滑动坦克施加竖向荷载，保证了所模拟试验原型受到的上部荷载的铅直向下；但在水平施加荷载的过程中，由于试验件的结构体系的多样性，试验件的水平、竖向联合变形具有不确定性，联合变形有可能是剪弯变形、剪切变形、弯曲变形或其他形式的变形，对于沿着水荷载施加方向的尺寸较大的试验件，其试验件的联合变形会导致滑动坦克滑动空间的不均匀变化，在水平荷载施加的过程中，滑动坦克存在卡在试件与水平悬臂梁之间的可能。基于上述单向压剪静力试验中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种结构单向压剪静力试验系统及方法，旨在解决现有单向压剪静力试验结构复杂、效率低、测验结果不准的问题。本专利技术提供一种结构单向压剪静力试验系统，包括加载设备、测控系统、反力设施、位移传感器、柱式力传感器以及角度计；加载设备包括竖向施压组件和水平向作动器组件；反力设施包括反力地板和反力墙；反力地板沿水平方向设置，用于放置试验试件；反力墙沿竖直方向设置于反力地板一侧；试验试件沿竖直方向设置于反力地板上；竖向施压组件设置于试验试件上，用于对试验试件施加竖直方向的张拉力；水平向作动器组件一端连接于反力墙上，水平向作动器组件另一端沿水平方向连接于试验试件顶部的侧面上，水平向作动器组件用于测量试验试件水平方向的受力；位移传感器设置于试验试件上，并与水平向作动器组件处于一条水平线上；位移传感器用于检测试验试件的水平位移；柱式力传感器设置于竖向施压组件上，用于检测竖直方向的张拉力；测控系统分别与柱式力传感器、位移传感器以及水平向作动器组件电连接，用于采集试验试件竖直方向的张拉力数据和水平方向的受力数据；角度计设置于竖向施压组件上，用于测量竖向施压组件的角度。进一步地，竖向施压组件包括千斤顶、油泵、分配梁、加载梁、预应力钢棒以及铰接座；铰接座固定设置于反力地板上；加载梁设置于试验试件的顶部，分配梁设置于加载梁的顶部，分配梁的横截面面积小于加载梁的横截面面积；千斤顶设置于分配梁的顶部；预应力钢棒依次穿过千斤顶、分配梁以及加载梁并与铰接座固定连接；油泵通过连接管与千斤顶连接。进一步地，分配梁和加载梁均为钢构件；和/或，分配梁和加载梁上分别设有通孔，通孔直径为100mm；和/或，千斤顶上设有穿心孔，穿心孔的直径大于100mm小于120mm；和/或，千斤顶的出力为千斤顶的面积与油泵提供的油压的乘积，且千斤顶最大出力为200吨；和/或，预应力钢棒的直径为80mm，预应力钢棒的外表面上设有T型螺纹，预应力钢棒和T型螺纹极限为400吨；和/或，柱式力传感器为单向压力式传感器；柱式力传感器的量程为0-250吨；柱式力传感器安装在千斤顶上端面并与千斤顶紧密贴合。进一步地，竖向施压组件包括第一竖向施压组件和第二竖向施压组件包括；第一竖向施压组件设置于试验试件上，用于向试验试件施加左侧竖直方向的张拉力；第二竖向施压组件设置于试验试件上，用于向试验试件施加右侧竖直方向的张拉力。进一步地，水平向作动器组件包括液压伺服作动器和转换夹板，液压伺服作动器具有配套的液压油源；液压伺服作动器上分别设有内置力传感器、内置位移传感器以及伺服阀，伺服阀分别与内置力传感器和内置位移传感器电连接；转换夹板设置于试验试件上；内置力传感器用于测量液压伺服作动器的动作受力，内置位移传感器用于测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，包括加载设备(2)、测控系统(3)、反力设施(4)、位移传感器(5)、柱式力传感器(6)以及角度计(7)；所述加载设备(2)包括竖向施压组件和水平向作动器组件；所述反力设施(4)包括反力地板(41)和反力墙(42)；所述反力地板(41)沿水平方向设置，用于放置试验试件(1)；所述反力墙(42)沿竖直方向设置于所述反力地板(41)一侧；所述试验试件(1)沿竖直方向设置于所述反力地板(41)上；所述竖向施压组件设置于所述试验试件(1)上，用于对所述试验试件(1)施加竖直方向的张拉力；所述水平向作动器组件一端连接于所述反力墙(42)上，所述水平向作动器组件另一端沿水平方向连接于所述试验试件(1)顶部的侧面上，所述水平向作动器组件用于测量所述试验试件(1)水平方向的受力；所述位移传感器(5)设置于所述试验试件(1)上，并与所述水平向作动器组件处于一条水平线上；所述位移传感器(5)用于检测所述试验试件(1)的水平位移；所述柱式力传感器(6)设置于所述竖向施压组件上，用于检测竖直方向的张拉力；所述测控系统(3)分别与所述柱式力传感器(6)、位移传感器(5)以及所述水平向作动器组件电连接，用于采集所述试验试件(1)竖直方向的张拉力数据和水平方向的受力数据；所述角度计(7)设置于所述竖向施压组件上，用于测量所述竖向施压组件的角度。/n...

【技术特征摘要】
20191209 CN 20191125416081.一种结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，包括加载设备(2)、测控系统(3)、反力设施(4)、位移传感器(5)、柱式力传感器(6)以及角度计(7)；所述加载设备(2)包括竖向施压组件和水平向作动器组件；所述反力设施(4)包括反力地板(41)和反力墙(42)；所述反力地板(41)沿水平方向设置，用于放置试验试件(1)；所述反力墙(42)沿竖直方向设置于所述反力地板(41)一侧；所述试验试件(1)沿竖直方向设置于所述反力地板(41)上；所述竖向施压组件设置于所述试验试件(1)上，用于对所述试验试件(1)施加竖直方向的张拉力；所述水平向作动器组件一端连接于所述反力墙(42)上，所述水平向作动器组件另一端沿水平方向连接于所述试验试件(1)顶部的侧面上，所述水平向作动器组件用于测量所述试验试件(1)水平方向的受力；所述位移传感器(5)设置于所述试验试件(1)上，并与所述水平向作动器组件处于一条水平线上；所述位移传感器(5)用于检测所述试验试件(1)的水平位移；所述柱式力传感器(6)设置于所述竖向施压组件上，用于检测竖直方向的张拉力；所述测控系统(3)分别与所述柱式力传感器(6)、位移传感器(5)以及所述水平向作动器组件电连接，用于采集所述试验试件(1)竖直方向的张拉力数据和水平方向的受力数据；所述角度计(7)设置于所述竖向施压组件上，用于测量所述竖向施压组件的角度。


2.根据权利要求1所述的结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，所述竖向施压组件包括千斤顶(21)、油泵(22)、分配梁(23)、加载梁(24)、预应力钢棒(25)以及铰接座(26)；所述铰接座(26)固定设置于所述反力地板(41)上；所述加载梁(24)设置于所述试验试件(1)的顶部，所述分配梁(23)设置于所述加载梁(24)的顶部，所述分配梁(23)的横截面面积小于所述加载梁(24)的横截面面积；所述千斤顶(21)设置于所述分配梁(23)的顶部；所述预应力钢棒(25)依次穿过所述千斤顶(21)、所述分配梁(23)以及所述加载梁(24)并与所述铰接座(26)固定连接；所述油泵(22)通过连接管与所述千斤顶(21)连接。


3.根据权利要求2所述的结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，所述分配梁(23)和所述加载梁(24)均为钢构件；和/或，所述分配梁(23)和所述加载梁(24)上分别设有通孔，所述通孔直径为100mm；和/或，所述千斤顶(21)上设有穿心孔，所述穿心孔的直径大于100mm小于120mm；和/或，所述千斤顶(21)的出力为所述千斤顶(21)的张拉面积与所述油泵(22)提供的油压的乘积，且所述千斤顶(21)最大出力为200吨；和/或，预应力钢棒(25)的直径为80mm，预应力钢棒(25)的外表面上设有T型螺纹，所述预应力钢棒(25)与所述T型螺纹极限为400吨；和/或，所述柱式力传感器(6)为单向压力式传感器；所述柱式力传感器(6)的量程为0-250吨；所述柱式力传感器(6)安装在所述千斤顶(21)上端面并与所述千斤顶(21)紧密贴合。


4.根据权利要求1所述的结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，所述竖向施压组件包括第一竖向施压组件和第二竖向施压组件包括；所述第一竖向施压组件设置于所述试验试件(1)上，用于向所述试验试件(1)施加左侧竖直方向的张拉力；所述第二竖向施压组件设置于所述试验试件(1)上，用于向所述试验试件(1)施加右侧竖直方向的张拉力。


5.根据权利要求2所述的结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，所述水平向作动器组件包括液压伺服作动器(27)和转换夹板(28)，所述液压伺服作动器(27)具有配套的液压油源；所述液压伺服作动器(27)上分别设有内置力传感器(273)、内置位移传感器以及伺服阀(272)，所述伺服阀(272)分别与所述内置力传感器(273)和所述内置位移传感器(274)电连接；所述转换夹板(28)设置于所述试验试件(1)上；所述内置力传感器(273)用于测量所述液压伺服作动器(27)的动作受力，所述内置位移传感器用于测量所述液压伺服作动器(27)的动作位移；所述液压伺服作动器(27)一端通过作动器连接板与所述反力墙(42)的外侧面固定连接，所述液压伺服作动器(27)另一端通过所述内置力传感器(273)与所述转换夹板(28)连接；所述位移传感器(5)的量测方向与所述液压伺服作动器(27)加载方向在同一直线上。


6.根据权利要求5所述的结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，所述铰接座(26)上设有转动铰(261)，所述角度计(7)设置于所述转动铰(261)上；所述角度计(7)为单轴角度计；所述角度计(7)可实时量测所述转动铰(261)的转动角度；所述角度计(7)的转动量测轴垂直于所述转动铰(261)的转动平面。


7.根据权利要求6所述的结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，所述测控系统(3)包括信号采集模块(31)、计算模块(32)以及信号生成模块(33)；所述信号采集模块(31)通过通讯线缆分别与所述柱式力传感器(6)、所述位移传感器(5)以及所述角度计(7)电连接，用于实时采集所述柱式力传感器(6)、所述位移传感器(5)以及所述角度计(7)的信号；所述信号采集模块(31)还通过通讯线缆分别与所述伺服阀(272)和所述油泵(22)上的电磁溢流阀(221)电连接，用于实时检测所述伺服阀(272)和所述电磁溢流阀(221)的工作指令；所述信号生成模块(33)用于将所述计算模块(32)实时计算的命令转化成电平信号，并向所述电磁溢流阀(221)、所述液压伺服作动器(27)的伺服阀(272)发出工作指令的电平信号。


8.根据权利要求1所述的结构单向压剪静力试验系统，其特征在于，所述反力地板(41)与所述反力墙(42)是钢筋混凝土结构，所述反力地板(41)与所述反力墙(42)通过钢筋混泥土浇筑一体成型；所述反力地板(41)与所述反力墙(42)上分别设有直径为100mm的第一定位孔和第二定位孔，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永曦，孙建运，田振，罗叶，梁艳芳，
申请(专利权)人：中国建筑股份有限公司，中建工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11