一种构件复合受扭实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种构件复合受扭实验装置，包括固定在基础地坪上的两个反力架、两端固定在反力架上端的反力梁、固定在反力梁左侧的反力墙，构件固定在基础地坪上，其特征在于，还包括对构件施加竖向力的竖向力加载系统、对构件施加水平力的水平力加载系统、满足构件轴向变形、弯曲变形和剪切变形需要的构件顶部线位移导向系统和固定构件位置的基础位移限制系统。本实用新型专利技术实验装置及方法克服了现有同类实验装置及方法的不足，实验原理科学，实验过程操作与控制简便，实验装置组装方便，即装即用，可循环使用，实验结果符合水平地震作用下结构构件的复合受扭性能，为揭示结构构件的复合受扭机理和抗震性能提供了实验保证。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于建筑结构实验
，尤其涉及一种混凝土构件或者型钢混凝土构件在轴压力作用下复合受扭的实验装置以。
技术介绍
受扭是结构构件的基本受力形式之一，若荷载、构件和支座反力不在同一平面内，构件截面上将产生扭矩。因此，在土木工程结构中，受扭矩作用的构件普遍存在，但受纯扭、以及受压扭或弯扭或剪扭等简单复合受扭的情况并不多，大多处于压力、弯矩、剪力和扭矩(简称:压弯剪扭)或弯矩、剪力和扭矩(简称:弯剪扭)复合受扭状态，如框架角柱等竖向构件受扭时通常处于压弯剪扭复合受扭状态，而水平曲梁、框架边梁等水平向构件受扭时通常处于弯剪扭复合受扭状态。特别是地震作用下不规则结构中的竖向构件复合受扭明显，尤其角柱更为突出，在地震中容易破坏并引起结构倒塌。随着综合国力的增强，具有独特外形的建筑日趋增多，不规则结构也就日益增多，同时我国位于世界两大地震带(环太平洋地震带与欧亚地震带)之间，是一个多地震国家。因此，对复合受扭的土木工程结构构件进行实验研究和理论分析不仅是科学合理设计构件的需要，而且有着十分重要的社会意义。目前，由于受实验装置及方法的限制，研究纯扭、压扭或弯扭或剪扭状态下的实验较多，而研究压弯剪扭或弯剪扭复合受扭的实验很少，且已有的少量复合受扭实验尚存在以下主要不足:1)构件的受力与实际地震时构件的受力状态不符。现有的压弯剪扭复合受扭实验通常保持压力、剪力和弯矩不变，仅变化扭矩直至构件破坏。而实际地震时，竖向构件中压力基本恒定，剪力主要是水平地震运动所产生的惯性力，且弯矩和扭矩随着该剪力的变化而变化。2)实验方法复杂，实验装置不够科学，且多点加载，实验过程中操作与控制难度大。众所周知，地震运动十分复杂，其中对工程结构影响最大的通常是沿建筑物横向的水平地震运动。为了模拟横向水平地震运动对结构构件性能的影响，研究人员在研发复合受扭实验装置及方法的过程中，遇到的主要困难有:1)通常的受弯、受剪、受压和受拉实验中，作用力、构件和支座反力在一个平面内，所以其实验装置与方法相对简单。而受扭实验时，作用力、构件和支座反力不在一个平面内，是一个空间受力，其实验装置与方法就要复杂许多，尤其是研发横向水平地震作用下构件复合受扭的实验装置及方法就更为困难。为了模拟横向水平地震作用下构件既能扭转又只能沿横向水平变形，迄今的复合受扭实验采取在构件顶部通过一个竖向力千斤顶施加恒定的竖向力以模拟结构的重力作用，在构件顶部正中通过一个水平千斤顶施加恒定的水平力以模拟地震时构件受到的剪力与弯矩，在构件顶部左右两侧通过两个水平拉压千斤顶(或作动器)施加一对大小相等、方向相反、且作用线间隔一定距离的水平力以模拟地震时构件受到的扭矩，这样的实验虽然模拟了横向水平地震作用下构件既能扭转又只能沿横向水平变形，但缺点是:实验过程需要同时控制四个作用力，实验难度大，同时构件的受力与实际地震时构件的受力状态不符。2)迄今的复合受扭实验构件的扭转变形是通过一个球铰来实现，但由于结构实验所需的竖向荷载大，能承受这样荷载的球铰既没有标准件，若精加工费用又高。因此，实验时都采用没有经过精加工的球铰，这样势必带来一定的实验误差。因此，技术一种科学合理、简便可行，又能很好地模拟横向水平地震作用时构件复合受扭的实验装置及方法十分必要，这有利于更好地研究复合受扭构件的受力机理和破坏特征，有利于科学合理、经济可靠地设计复合受扭构件，确保结构安全。
技术实现思路
本技术目的是:提供一种使得构件的受力与实际地震时构件的受力状态相符，而且装置科学合理、方法简便可行的复合受扭实验装置与方法。本技术的技术方案是:一种构件复合受扭实验装置，包括固定在基础地坪上的两榀反力架、两端固定在反力架上端的反力梁、固定在反力梁左侧的反力墙，构件固定在基础地坪上，其特征在于，还包括对构件施加竖向力的竖向力加载系统、对构件施加水平力的水平力加载系统、满足构件轴向变形、弯曲变形和剪切变形需要的构件顶部线位移导向系统和固定构件位置的基础位移限制系统，其中，所述竖向力加载系统的位置与构件的顶部位置相对应，所述竖向力加载系统与构件的受力端采用推力滚子轴承连接；所述水平力加载系统设置于构件左侧并固定连接于反力墙，所述水平力加载系统仅设置一个施加水平力的电液伺服作动器；所述构件顶部线位移导向系统两端固定连接于反力架，所述构件构顶部线位移导向系统中间设置水平导轨机构和竖向导轨机构，所述水平导轨机构和竖向导轨机构连接于构件顶部；所述基础位移限制系统紧贴于构件底部两端并固定连接于基础地坪。反力梁和反力架的作用是承担对构件施加一个恒定的竖向力所产生的反作用力。其中:构件与反力架固接在实验室地坪上；反力架有两榀，每榀均由两根固接于实验室地坪的竖向钢柱和两根两端固接于竖向钢柱的水平钢梁组成。进一步的，所述竖向力加载系统包括一个施加竖向力的千斤顶、推力滚子轴承、安装套、承压板、橡胶垫、滑块和导轨，其中，所述千斤顶下端和推力滚子轴承之间设有转接轴，所述安装套套于推力滚子轴承下部，所述推力滚子轴承与构件之间从上到下依次设置承压板和橡胶垫；所述千斤顶上端与滑块用钢板连接，所述滑块可在导轨中平移滑动，所述导轨用钢板和螺栓与反力梁固定连接。并通过滑块在导轨上的水平滑动，以满足竖向力加载系统与构件顶部同步线位移的要求。该竖向力加载系统与现有同类实验的最大区别是:选用推力滚子轴承代替球铰，并通过推力滚子轴承的水平转动，以满足构件扭转变形的需要。推力滚子轴承具有竖向承载力大、绕水平向可以360°转动、绕竖向有不小于15°转动、转动时摩擦影响小的优点，这些优点恰好满足结构扭转实验的要求；且推力滚子轴承有标准产品，其价格远比精加工球铰便宜。进一步的，所述水平力加载系统包括一个施加水平力的电液伺服作动器、加载梁和夹梁，其中，所述电液伺服作动器一端固定连接于反力墙，另一端通过球铰作用于加载梁一端，所述加载梁的另一端与夹梁采用螺栓固定连接，构件的顶部夹紧在加载梁和夹梁之间。该水平力加载系统与现有同类实验的最大区别是:只用一个作动器施加水平力，比现有同类实验采用两个作动器和一个千斤顶施加水平力，其实验操作与控制要简便许多，而且构件的受力与实际横向水平地震作用时构件的受力状态相符。进一步的，所述构件顶部线位移导向系统包括导向块、竖向滑块、竖向导轨、水平滑块、水平导轨和导向梁，其中，所述导向梁两端固定连接于反力架，所述水平导轨用钢板和螺栓固定于导向梁中部，所述水平滑块设置于水平导轨中并可在水平导轨中平移滑动，所述竖向导轨与水平滑块用钢板和螺栓固定连接，所述竖向滑块设置于竖向导轨中并可在竖向导轨中平移滑动，所述导向块一端与竖向滑块用钢板和螺栓固定连接，导向块另一端夹住所述竖向力加载系统中连接千斤顶和推力滚子轴承的转接轴。通过竖向滑块在竖向导轨上的滑动，以满足构件轴向变形的需要；通过水平滑块在水平导轨上的滑动，以满足构件弯曲变形和剪切变形的需要。该系统的技术实现了使用一个作动器施加水平力就可实现现有同类实验需采用两个作动器和一个千斤顶施加水平力才能达到的效果，从而使得实验操作与控制简便许多。进一步的，所述基础位移限制系统包括基础压梁、前钢箱梁、后钢箱梁和端梁，其中，所述基础压梁采用地锚螺栓将构件固定于基础地坪，所述前钢箱梁和后钢箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种构件复合受扭实验装置，包括固定在基础地坪上的两榀反力架、两端固定在反力架上端的反力梁、固定在反力梁左侧的反力墙，构件固定在基础地坪上，其特征在于，还包括对构件施加竖向力的竖向力加载系统、对构件施加水平力的水平力加载系统、满足构件轴向变形、弯曲变形和剪切变形需要的构件顶部线位移导向系统和固定构件位置的基础位移限制系统，其中，所述竖向力加载系统的位置与构件的顶部位置相对应，所述竖向力加载系统与构件的受力端采用推力滚子轴承连接；所述水平力加载系统设置于构件左侧并固定连接于反力墙，所述水平力加载系统仅设置一个施加水平力的电液伺服作动器；所述构件顶部线位移导向系统两端固定连接于反力架，所述构件顶部位移导向系统中间设置水平导轨机构和竖向导轨机构，所述水平导轨机构和竖向导轨机构连接于构件顶部；所述基础位移限制系统紧贴于构件底部两端并固定连接于基础地坪。

【技术特征摘要】
1.一种构件复合受扭实验装置，包括固定在基础地坪上的两榀反力架、两端固定在反力架上端的反力梁、固定在反力梁左侧的反力墙，构件固定在基础地坪上，其特征在于，还包括对构件施加竖向力的竖向力加载系统、对构件施加水平力的水平力加载系统、满足构件轴向变形、弯曲变形和剪切变形需要的构件顶部线位移导向系统和固定构件位置的基础位移限制系统，其中，所述竖向力加载系统的位置与构件的顶部位置相对应，所述竖向力加载系统与构件的受力端采用推力滚子轴承连接；所述水平力加载系统设置于构件左侧并固定连接于反力墙，所述水平力加载系统仅设置一个施加水平力的电液伺服作动器；所述构件顶部线位移导向系统两端固定连接于反力架，所述构件顶部位移导向系统中间设置水平导轨机构和竖向导轨机构，所述水平导轨机构和竖向导轨机构连接于构件顶部；所述基础位移限制系统紧贴于构件底部两端并固定连接于基础地坪。2.根据权利要求1所述的构件复合受扭实验装置，其特征在于，所述竖向力加载系统包括一个施加竖向力的千斤顶、推力滚子轴承、安装套、承压板、橡胶垫、滑块和导轨，其中，所述千斤顶下端和推力滚子轴承之间设有转接轴，所述安装套套于推力滚子轴承下部，所述推力滚子轴承与构件之间从上到下依次设置承压板和橡胶垫；所述千斤顶上端与滑块用钢板连接，所述滑块可在导轨中平移滑动，所述导轨用钢板和螺栓与反力梁固定连...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵永健，曹晓罗，孙宝强，
申请(专利权)人：苏州科技学院，
类型：实用新型
国别省市：