专利名称：一种适用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性的试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于工程技术领域，涉及一种进行平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，尤其是适用于在平面框架承重中柱失效后柱身发生竖向大位移情况下节点子结构抵抗连续性倒塌的性能试验的装置。
背景技术：
目前框架梁柱节点研究多关注其在地震作用下的受力性能响应，该受力工况的特点是梁端无轴向约束，试件在往复荷载作用下梁不产生轴向内力。在框架结构连续性倒塌研究中，采用备用荷载路径方法拆除若干承重柱，柱身在自重荷载下将产生竖向位移，与其相连的梁受到周边框架的轴向约束产生轴向内力。为了研究框架结构在连续性倒塌工况下的受力性能，如某一承重柱失效后其上方梁柱节点及其连接梁段的响应，以评价梁柱节点子结构的鲁棒性，需要研制一种可模拟子结构在梁端存在轴向约束、柱身发生竖向大位移的试验装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性研究的新型试验装置，它能使试件的受力状态接近实际框架结构某中柱失效后其上方梁柱节点及其连接梁段组成子结构的受力状态，不产生附加的变形约束，适用性强。为达到上述目的，本发明的解决方案是:一种用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，包括用于连接所述节点试件的水平自平衡反力架结构、竖向加载反力架结构、滑动支座以及固定所述水平自平衡反力架结构、竖向加载反力架结构以及滑动支座的地槽；所述节点试件的梁端设置固定平面铰支座；所述水平自平衡反力架结构包括沿中心线对称设置的两组水平三角反力架、安装于所述水平三角反力架顶端用于横向连接节点试件的铰支座连接件以及底梁；所述竖向加载反力架结构包括位于所述中心线上的竖向钢反力架、安装于所述竖向钢反力架横梁上的作动器、与所述作动器相连用于竖向连接节点试件的柱顶加载连接件；所述滑动支座位于所述节点试件下方，采用围箍滑动方式设置，包括外箍装置以及安装于所述外箍装置内的滑动装置，所述底梁无间隙安放于所述水平三角反力架和所述外箍装置之间。所述滑动装置包括基座、竖向设于基座两端的工字型万向球基座板件以及万向球组件，所述万向球组件包括位于万向球基座板件两端端板上的第一万向球组件以及安装于万向球基座板件中间横板上的第二万向球组件，所述第一万向球组件两层设置，所述底座上设有螺栓安装孔，用于与所述节点试件相连；优选的，所述滑动装置的基座下部设置井格形加劲肋以提高滑动装置刚度；
优选的，所述万向球基座板件的中间横板上设置三角形加劲肋，以提供万向球基座板件足够的面外刚度；优选的，所述工字型万向球基座板件上至少设置5个万向球，包括分别位于所述两端端板上的四个万向球以及位于所述中间横板上的一个万向球。所述外箍装置包括平行设置的上盖板与下盖板，所述上下盖板之间经由若干井字形竖向加劲肋相连，所述上盖板上对称设有两组工字型隔板，所述两组工字型隔板卡接所述工字型万向球基座板件设置，分别与所述万向球点接触设置，万向球与外箍装置的工字型隔板无间隙安装，所述外箍装置还包括贯穿所述上下盖板的锚栓件以与所述地槽连接；优选的，所述工字型隔板外围设置三角形加劲肋，以向所述工字型隔板提供足够的面外刚度。所述作动器为液压作动器，所述液压作动器上方底座与所述竖向钢反力架连接，所述液压作动器的加载头通过螺栓与所述柱顶加载连接件的上端板相连；所述柱顶加载连接件下端板与所述节点试件的柱顶端板相连，所述柱顶加载连接件设置十字形或井格形加劲肋以提高柱顶加载连接件的刚度。所述铰支座连接件包括端板与单耳板，所述端板与所述节点试件螺栓连接，所述单耳板与所述水平三角反力架的双耳板销轴连接。所述底梁的横截面形状与三角反力架、外箍装置的接触截面形状对应设置，以提高底梁传递水平轴压力的效用。所述底梁的总长度根据节点试件对应侧梁段的长度增减设置。所述底梁间隔适当距离设置横向加劲肋以提高底梁整体刚度，防止底梁的板件局部失稳；优选的，分别间隔底梁横截面最小尺寸数值的2倍设置一组加劲肋。所述单耳板与所述水平三角反力架的双耳板销轴连接处、所述滑动装置与所述外箍装置的工字型隔板连接处分别涂抹润滑油或设置聚四氟乙烯板，以减小接触面的摩擦系数。由于采用上述方案，本发明的有益效果是1、可实施对平面框架任意内柱处梁柱节点对柱身竖向大位移的加载要求；2、可实现对试件梁端的轴向约束，从而真实模拟实际框架结构中与梁柱节点相邻的梁在内柱失效后梁反弯点处的约束条件；3、可实现对柱身的竖向加载，同时限制其水平位移与三向转动自由度，从而真实模拟实际框架结构内柱失效后柱身在上部荷载作用下的竖向位移；4、当与梁柱节点相连的梁段长度需要改变，可通过增减水平三角反力架之间的底梁长度实现。5、配置两套正交的反力系统，对柱底外箍装置稍作改动，即可实现对空间梁柱节点在柱身竖向大位移下节点性能的研究。
图1是本发明实施例的试验装置的立面示意图；图2是本发明实施例的试验装置的平面示意图3是本发明实施例的水平三角反力架构造示意图；图4是本发明实施例的柱底竖向滑动支座外箍装置构造的示意图；图5是本发明实施例的柱底竖向滑动支座内滑动装置构造的顶面示意图；图6是本发明实施例的柱底竖向滑动支座内滑动装置构造的底面示意图；图7是本发明实施例的梁端固定平面铰支座的立面示意图；图8是本发明实施例的梁端固定平面铰支座的平面示意图；图9是本发明实施例的柱顶与加载装置连接构造的示意图；图10是本发明实施例的底梁构造的示意图；图中:水平三角反力架1、外箍装置2、底梁3、地槽4、铰支座连接件5、销轴6、滑动装置7、柱顶加载连接件8、作动器9、竖向钢反力架10、节点试件11、双耳板12、上盖板13、下盖板14、工字型隔板15、万向球基座板件16、基座17、井格形加劲肋18、第一万向球组件19、第二万向球组件20、端板21、单耳板22。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。如图1和图2所示，一种用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，包括用于连接节点试件的水平自平衡反力架结构、竖向加载反力架结构、滑动支座以及固定水平自平衡反力架结构、竖向加载反力架结构和滑动支座的地槽4，节点试件11的梁端设置固定平面铰支座。水平自平衡反力架结构包括沿中心线对称设置的两组水平三角反力架1、安装于水平三角反力架I顶端用横向连接节点试件11的铰支座连接件5以及底梁3。如图3所示，本实施例中，水平三角反力架I底部设有至少两组锚栓，用以连接地槽4。如图7和图8所示，铰支座连接件5包括端板21与单耳板22，端板21与节点试件11螺栓连接，单耳板22与水平三角反力架I的双耳板12销轴连接。节点试件11的梁端与水平反力架I之间采用耳板-销轴平面铰方式，即通过销轴6将位于梁端的单耳板22与水平三角反力架I顶部双耳板12相连，实现对节点试件11在梁端三向位移与平面外转动自由度的限制。竖向加载反力架结构包括位于中心线上的竖向钢反力架10、安装于竖向钢反力架10横梁上的作动器9、与作动器9相连用于竖向连接节点试件11的柱顶加载连接件8。本实施例中，作动器9为液压作动器，液压作动器上方底座与竖向钢反力架10连接，液压作动器的加载头通过螺栓与柱顶加载连接件8的上端板相连。如图9所示，柱顶加载连接件8的下端板与所述节点试件11的柱顶端板相连。且柱顶加载连接件设置十字形或井格形加劲肋以提高柱顶加载连接件的刚度。滑动支座位于节点试件11下方，采用围箍滑动方式设置，包括外箍装置2以及安装于外箍装置2内的滑动装置7。底梁3无间隙安放于水平三角反力架I和外箍装置2之间。外箍装置2与内部滑动装置7配合使用，为节点试件11的柱底处提供竖向滑动约束边界。在进行节点试件测量实施时，首先将水平三角反力架1、外箍装置2、底梁3依照图I和图2所示位置排放并紧密接触以便有效传递试验中产生的水平力而实现自平衡，将水平三角反力架I与外箍装置2通过锚栓与地槽4牢固连接。节点试件11与铰支座的连接件5、滑动装置7、柱顶加载连接件8通过端板螺栓牢固连接，安放至上述水平自平衡反力架中。铰支座的连接件5与水平三角反力架I通过销轴6相连，节点试件11的柱身连同滑动装置7嵌入外箍装置2中，万向球与外箍装置2的工字型隔板15呈无压力接触状态。液压作动器9的加载头通过螺栓与柱顶加载连接件8相连，液压作动器7的上方底座与竖向钢反力架10连接。节点试件11的柱顶通过加载连接件8与液压作动器加载头相连，作动器加载头仅发生轴向伸缩，即限制其水平位移与三向转动自由度。与柱底竖向滑动支座配合，实现对柱身的竖向加载。液压作动器9的反力由竖向钢反力架10提供。采用本发明所示的装置后，柱顶施加的竖向力由节点试件11传递至两侧铰支座，节点试件11在大变形下产生的水平反力由铰支座传通过水平三角反力架I传至底梁3而相互平衡，从而实现水平反力系统的自平衡。节点试件11在竖向力与水平力共同作用下，达到对梁柱节点产生平面内弯矩、剪力与轴力的目的。本实施例中，如图5和图6所示，滑动装置7包括基座17、竖向设于基座17两端的工字型万向球基座板件16以及万向球组件，万向球组件包括位于万向球基座板件16两端端板上的第一万向球组件19以及安装于万向球基座板件16中间横板上的第二万向球组件20，第一万向球组件19两层设置，用于提供抵抗弯矩以限制滑动支座的转动自由度。本实施例中，工字型万向球基座板件16上至少设置5个万向球，包括分别位于两端端板上的四个万向球以及位于中间横板上的一个万向球，以减少滑动装置7与外箍装置2之间的摩擦力。本实施例中万向球基座板件16的中间横板上设置三角形加劲肋，以提供万向球基座板件16足够的面外刚度；基座17上设有螺栓安装孔，用于与节点试件11的柱底相连，实现对节点试件11的柱底水平位移与三向转动自由度的限制。本实施例中，为提高基座17的刚度，滑动装置7的基座17的下部设置井格形加劲肋18。如图4所示，本实施例中，外箍装置2包括平行设置的上盖板13与下盖板14，上下盖板之间经由若干井字形竖向加劲肋相连，上盖板13上对称设有两组工字型隔板15，两组工字型隔板15卡接工字型万向球基座板件16设置，分别与万向球点接触设置，滑动装置7与外箍装置2安装完毕后，万向球与外箍装置2的工字型隔板15呈无压力接触状态。对称设置的两组工字型隔板15所围成内空的区域，用于向滑动装置7提供竖向滑动面，在试件安装时滑动装置7与外箍装置2的工字型隔板15之间无压力接触，试验中可实现竖向滑动。其中工字型隔板15的中间横板与第二万向球组件20接触，用于限制试件柱底的平面外水平位移，两端端板与第一万向球组件19接触，用于限制试件柱底的平面内水平位移。本实施例中，为保证工字型隔板15具有足够的面外刚度，在工字型隔板15外围设置三角形加劲肋。同时为防止外箍装置2在试验过程中因柱底可能出现的不平衡水平力而发生任何移动，外箍装置2还包括贯穿上下盖板的锚栓件以与地槽4连接如图10所示，底梁3的横截面形状与三角反力架、外箍装置2的接触截面形状对应设置，以提高底梁3传递水平轴压力的效用。本实施例中，底梁3的总长度根据节点试件对应侧梁段的长度增减设置。同时为防止底梁板件局部失稳，底梁3上隔适当距离设置横向加劲肋以提高底梁3整体刚度。本实施例中，分别间隔底梁横截面最小尺寸(即底梁高度与宽度中数值较小的尺寸)数值的2倍设置一组加劲肋。本实施例中，为实现力矩的有效传递，在铰支座的销轴与耳板孔之间即图7和图8所示的单耳板22与水平三角反力架I的双耳板12销轴连接处以及滑动装置7与外箍装置2的工字型隔板15连接处分别涂抹润滑油或设置聚四氟乙烯板，以减小接触面的摩擦系数。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:包括用于连接所述节点试件的水平自平衡反力架结构、竖向加载反力架结构、滑动支座以及固定所述水平自平衡反力架结构、竖向加载反力架结构以及滑动支座的地槽； 所述节点试件的梁端设置固定平面铰支座； 所述水平自平衡反力架结构包括沿中心线对称设置的两组水平三角反力架、安装于所述水平三角反力架顶端用于横向连接节点试件的铰支座连接件以及底梁； 所述竖向加载反力架结构包括位于所述中心线上的竖向钢反力架、安装于所述竖向钢反力架横梁上的作动器、与所述作动器相连用于竖向连接节点试件的柱顶加载连接件； 所述滑动支座位于所述节点试件下方，采用围箍滑动方式设置，包括外箍装置以及安装于所述外箍装置内的滑动装置，所述底梁无间隙安放于所述水平三角反力架和所述外箍装置之间。
2.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述滑动装置包括基座、竖向设于基座两端的工字型万向球基座板件以及万向球组件，所述万向球组件包括位于万向球基座板件两端端板上的第一万向球组件以及安装于万向球基座板件中间横板上的第二万向球组件，所述第一万向球组件两层设置，所述底座上设有螺栓安装孔，用于与所述节点试件相连； 优选的，所述滑动装置的基座下部设置井格形加劲肋以提高滑动装置刚度； 优选的，所述万向球基座板件的中间横板上设置三角形加劲肋，以提供万向球基座板件足够的面外刚度； 优选的，所述工字型万向球基座板件上至少设置5个万向球，包括分别位于所述两端端板上的四个万向球以及位于所述中间横板上的一个万向球。
3.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述外箍装置包括平行设置的上盖板与下盖板，所述上下盖板之间经由若干井字形竖向加劲肋相连，所述上盖板上对称设有两组工字型隔板，所述两组工字型隔板卡接所述工字型万向球基座板件设置，分别与所述万向球点接触设置，万向球与外箍装置的工字型隔板无间隙安装，所述外箍装置还包括贯穿所述上下盖板的锚栓件以与所述地槽连接； 优选的，所述工字型隔板外围设置三角形加劲肋，以向所述工字型隔板提供足够的面夕卜刚度。
4.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述作动器为液压作动器，所述液压作动器上方底座与所述竖向钢反力架连接，所述液压作动器的加载头通过螺栓与所述柱顶加载连接件的上端板相连。
5.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述柱顶加载连接件下端板与所述节点试件的柱顶端板相连，所述柱顶加载连接件设置十字形或井格形加劲肋以提高柱顶加载连接件的刚度。
6.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述铰支座连接件包括端板与单耳板，所述端板与所述节点试件螺栓连接，所述单耳板与所述水平三角反力架的双耳板销轴连接。
7.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述底梁的横截面形状与三角反力架、外箍装置的接触截面形状对应设置，以提高底梁传递水平轴压力的效用。
8.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述底梁的总长度根据节点试件对应侧梁段的长度增减设置。
9.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述底梁间隔适当距离设置横向加劲肋以提高底梁整体刚度，防止底梁板件局部失稳; 优选的，分别间隔底梁横截面最小尺寸数值的2倍设置一组加劲肋。
10.根据权利要求1所述的用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，其特征在于:所述单耳板与所述水平三角反力架的双耳板销轴连接处、所述滑动装置与所述外箍装置的工字型隔板连接处分别涂抹润滑油或设置聚四氟乙烯板，以减小接触面的摩擦系数。
全文摘要
一种用于平面框架梁柱节点子结构鲁棒性试验研究的装置，包括用于连接节点试件的水平自平衡反力架结构、竖向加载反力架结构、滑动支座以及固定上述三者的地槽，节点试件的梁端设置固定平面铰支座；水平自平衡反力架结构包括沿中心线对称设置的两组水平三角反力架、安装于水平三角反力架顶端的铰支座连接件以及底梁；竖向加载反力架结构包括位于中心线上的竖向钢反力架、安装于竖向钢反力架横梁上的作动器、与作动器相连的柱顶加载连接件；滑动支座位包括外箍装置以及安装于外箍装置内的滑动装置。本装置适用于进行平面框架梁柱节点在中柱竖向大位移作用下受力性能的试验，它能使试件的受力状况接近实际结构中节点的受力状态，适用性强。
文档编号G01M99/00GK103175707SQ20131009787
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月25日 优先权日2013年3月25日
发明者李玲, 王伟, 陈以一, 严鹏 申请人:同济大学