【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构工程，具体而言，涉及一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置及试验方法。
技术介绍
1、实际工程中，结构构件在自重、风、地震等荷载作用下往往处于压-弯-扭-剪的耦合受力状态，其失效模式较为复杂。现有研究往往只考虑结构构件在单一受力(轴压或纯弯)或压-弯耦合受力状态下的力学性能，虽能作为基础性研究，但不能反映结构构件的真实破坏模式与工作机理，在设计方法中也无法准确考虑结构构件显著的荷载耦合效应。而现有考虑结构构件复杂受力的试验装置往往通过双作动器或单一作动器与二力杆结合的加载方式，虽能实现结构构件的复杂受力状态，但存在安装或者协同加载困难、加载系统与构件连接处附加荷载显著、装置扭转中心与试件几何中心不重合、试件扭臂自重较大、试件底部边界条件难以保证等问题，这严重影响了复杂受力试验的可操作性、灵活性和实测数据的真实性；限制了对结构构件在真实受力状态下工作机理的揭示和相应设计方法的建立。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、为了解决现有试验装置存在安装或者协同加载困难、加载系统与构件连接处附加荷载显著、装置扭转中心与试件几何中心不重合、试件扭臂自重较大、试件底部边界条件难以保证的问题。
3、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本专利技术提供了一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，包括地梁和地梁上的侧向反力架和轴向反力架；
5、所述侧向反力架包括两个直角三
6、所述轴向反力架为门型结构，所述轴向反力架的横梁下端设有轴向加载系统，所述轴向加载系统由上至下依次包括平动铰、轴向力传感器、轴向千斤顶和轴向连接铰，所述平动铰的上端与轴向反力架的横梁连接，所述轴向力传感器的上下两端均设有力传感器夹板，两个力传感器夹板通过至少四个连接板固定，所述平动铰的下端与上方的力传感器夹板连接，下方的力传感器夹板与轴向千斤顶的上端连接，轴向千斤顶的下端与加载垫板连接，所述加载垫板的下方设有轴向连接铰，所述轴向连接铰的下方设有连接铰底板夹板，用于保证轴向荷载可均匀施加在试件顶部，同时防止轴向连接铰发生侧向滑动；
7、还包括可拆卸扭转钢臂，所述可拆卸扭转钢臂用于与试件的试件预留横梁连接，所述可拆卸扭转钢臂为变截面钢梁，所述可拆卸扭转钢臂通过预埋在试件预留横梁上的预埋钢构件和螺杆连接；
8、还包括扭转抱箍，所述扭转抱箍用于将试件与轴向反力架连接，所述扭转抱箍包括内环板、外环板、扭转滚轴和抱箍连接板，所述内环板和外环板之间设有若干个扭转滚轴，所述扭转滚轴的两端均设有若干个滚轴限位板，每个滚轴限位板均用于对两个扭转滚轴进行限位，所述外环板外设有抱箍连接板，所述抱箍连接板与轴向反力架连接；
9、还包括底墩限位装置，所述底墩限位装置包括限位两个底墩限位钢梁和手持千斤顶，两个底墩限位钢梁与地梁连接，两个底墩限位钢梁的两侧对称设有至少四个手持千斤顶。
10、进一步地，所述侧向连接铰可为侧向单向铰或侧向十字铰，当试件仅存在单向转角时，所述侧向连接铰为侧向单向铰；当试件存在双向转角时，所述侧向连接铰为侧向十字铰。
11、进一步地，所述侧向力加载装置可为mts，或所述侧向力加载装置可为拉压千斤顶，当侧向力加载装置为拉压千斤顶时，所述拉压千斤顶的一端与一侧的侧向连接铰连接，拉压千斤顶的另一端与侧向力传感器连接后与另一侧的侧向连接铰连接，还包括设置在拉压千斤顶上的位移传感器。
12、进一步地，当试件存在单向转角时，所述轴向连接铰为单向铰；当试件存在扭转变形时，所述轴向连接铰为球铰。
13、进一步地，当试件在侧向荷载作用下存在二阶效应时，所述平动铰固定在轴向反力架的横梁上。
14、进一步地，所述平动铰包括顶板卡扣、顶板、滚轴、加载板和上下板卡扣，所述顶板上设有至少四个顶板卡扣，所述顶板卡扣用于将轴向加载系统固定在轴向反力架的横梁上，所述顶板的下方设有两个加载板和两个加载板之间的若干个滚轴，两个加载板通过至少四个上下板卡扣连接。
15、进一步地，所述扭转抱箍的内环板的内部进行局部粗糙处理或在内环板的内部设置橡胶垫；相邻两个滚轴限位板上下交错叠放设置，每个滚轴限位板均在端部通过螺帽限位，用于保证各滚轴的轴承在扭转过程中不发生倾斜和上下脱离。
16、进一步地，所述侧向反力架和轴向反力架能承受的最大侧向力与轴向力均高于侧向mts或拉压千斤顶的量程范围。
17、进一步地，所述侧向反力架的横梁上预留有螺栓孔，用于与侧向加载系统的侧向连接铰进行螺栓连接；所述试件的试件预留横梁上预留有预埋螺杆孔和预设螺栓孔，分别用于与可拆卸扭转钢臂和预埋钢构件进行螺杆或螺栓连接；所述可拆卸扭转钢臂上设有侧向连接螺孔，用于与侧向加载系统的侧向连接铰进行螺栓连接；所述螺杆为高强螺杆，所述螺栓为高强螺栓。
18、一种利用适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置的试验方法，包括以下步骤：
19、步骤一、安装过程，根据试验场地地锚尺寸设计并安装地梁，再将侧向反力架和轴向反力架安装在地梁上，将试件底墩通过底墩限位装置限制在地梁上，通过底墩限位装置上的手持千斤顶限制试件的平面侧移和转动，再安装可拆卸扭转钢臂，根据测量的受力类型选择性地安装扭转抱箍、侧向加载系统和轴向加载系统；
20、步骤二、测试过程，仅安装轴向加载系统时，可实现轴压、偏压加载；仅安装侧向加载系统时，通过调整试件的高度，即剪跨比，可实现试件的剪切和弯曲加载；将试件的轴向反力架旋转180°，将侧向加载系统的作用点设置在试件几何中心，可实现试件的压-弯、弯-剪、压-剪以及压-弯-剪耦合加载；安装试件的扭转抱箍，可实现纯扭、压-扭耦合加载；通过调整侧向加载系统在可拆卸扭转钢臂上的位置，即侧向荷载作用点到试件几何中心的距离，可实现试件的弯-扭、剪-扭、压-弯-扭、压-剪-扭、压-弯-扭-剪耦合受力加载。
21、相较于现有技术，本专利技术的有益效果是：
22、本专利技术公开了一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置及试验方法，通过侧向反力架、轴向反力架、地梁实现了荷载传递；通过平动铰、单向铰、十字铰、球铰以及扭转抱箍实现了不同荷载工况下试件的边界条件；通过调节试件高度、侧向力作用点的位置实现了结构构件的压、弯、剪、扭单一荷载工况，压-弯、压-扭、压-剪、弯-扭、弯-剪、剪-扭双荷载耦合工况，压-弯-扭、压-弯-剪、压-剪本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：包括地梁(12)和地梁(12)上的侧向反力架(1)和轴向反力架(5)；
2.根据权利要求1所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述侧向连接铰可为侧向单向铰(3-2)或侧向十字铰(3-5)，当试件(7)仅存在单向转角时，所述侧向连接铰为侧向单向铰(3-2)；当试件(7)存在双向转角时，所述侧向连接铰为侧向十字铰(3-5)。
3.根据权利要求2所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述侧向力加载装置可为MTS(3-1)，或所述侧向力加载装置可为拉压千斤顶(3-3)，当侧向力加载装置为拉压千斤顶(3-3)时，所述拉压千斤顶(3-3)的一端与一侧的侧向连接铰连接，拉压千斤顶(3-3)的另一端与侧向力传感器(3-4)连接后与另一侧的侧向连接铰连接，还包括设置在拉压千斤顶(3-3)上的位移传感器。
4.根据权利要求3所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：当试件(7)存在
5.根据权利要求4所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：当试件(7)在侧向荷载作用下存在二阶效应时，所述平动铰固定在轴向反力架(5)的横梁上。
6.根据权利要求5所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述平动铰包括顶板卡扣(6-1)、顶板(6-2)、滚轴(6-3)、加载板(6-4)和上下板卡扣(6-5)，所述顶板(6-2)上设有至少四个顶板卡扣(6-1)，所述顶板卡扣(6-1)用于将轴向加载系统(6)固定在轴向反力架(5)的横梁上，所述顶板(6-2)的下方设有两个加载板(6-4)和两个加载板(6-4)之间的若干个滚轴(6-3)，两个加载板(6-4)通过至少四个上下板卡扣(6-5)连接。
7.根据权利要求6所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述扭转抱箍(11)的内环板(11-1)的内部进行局部粗糙处理或在内环板(11-1)的内部设置橡胶垫；相邻两个滚轴限位板(11-5)上下交错叠放设置，每个滚轴限位板(11-5)均在端部通过螺帽限位，用于保证各滚轴的轴承在扭转过程中不发生倾斜和上下脱离。
8.根据权利要求7所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述侧向反力架(1)和轴向反力架(5)能承受的最大侧向力与轴向力均高于侧向MTS或拉压千斤顶的量程范围。
9.根据权利要求8所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述侧向反力架(1)的横梁上预留有螺栓孔，用于与侧向加载系统(3)的侧向连接铰进行螺栓连接；所述试件(7)的试件预留横梁(4-1)上预留有预埋螺杆孔(4-3)和预设螺栓孔(4-4)，分别用于与可拆卸扭转钢臂(4)和预埋钢构件(4-2)进行螺杆或螺栓连接；所述可拆卸扭转钢臂(4)上设有侧向连接螺孔(4-5)，用于与侧向加载系统(3)的侧向连接铰进行螺栓连接；所述螺杆为高强螺杆，所述螺栓为高强螺栓。
10.一种利用权利要求1-9中任一权利要求所述的适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：包括地梁(12)和地梁(12)上的侧向反力架(1)和轴向反力架(5)；
2.根据权利要求1所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述侧向连接铰可为侧向单向铰(3-2)或侧向十字铰(3-5)，当试件(7)仅存在单向转角时，所述侧向连接铰为侧向单向铰(3-2)；当试件(7)存在双向转角时，所述侧向连接铰为侧向十字铰(3-5)。
3.根据权利要求2所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述侧向力加载装置可为mts(3-1)，或所述侧向力加载装置可为拉压千斤顶(3-3)，当侧向力加载装置为拉压千斤顶(3-3)时，所述拉压千斤顶(3-3)的一端与一侧的侧向连接铰连接，拉压千斤顶(3-3)的另一端与侧向力传感器(3-4)连接后与另一侧的侧向连接铰连接，还包括设置在拉压千斤顶(3-3)上的位移传感器。
4.根据权利要求3所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：当试件(7)存在单向转角时，所述轴向连接铰为单向铰；当试件(7)存在扭转变形时，所述轴向连接铰为球铰(6-11)。
5.根据权利要求4所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：当试件(7)在侧向荷载作用下存在二阶效应时，所述平动铰固定在轴向反力架(5)的横梁上。
6.根据权利要求5所述的一种适用于结构构件压-弯-扭-剪复杂受力的多工况试验装置，其特征在于：所述平动铰包括顶板卡扣(6-1)、顶板(6-2)、滚轴(6-3)、加载板(6-4)和上下板卡扣(6-5)，所述顶板...
【专利技术属性】
技术研发人员：方勇，王玉银，杨华，杨理贵，耿悦，刘发起，张欢，路博，李豪，王雅瑾，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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