一种对试验构件施加侧向约束的装置及试验方法与流程

本发明实验力学领域，具体涉及一种对试验构件施加侧向约束的装置及试验方法。

背景技术

建筑结构通常由于体型巨大，受限于经济及试验环境约束，很难进行足尺结构试验，一般选取结构中关键或受力复杂集中的部位进行研究。这样选取结构中构件进行力学性能研究不可避免的需要还原构件边界真实受力状态，也即是构件边界条件再现。

结构构件的实际边界存在6个自由度，但目前技术限制无法保证对6个自由度进行约束的同时进行加载；现在常规的做法为固结结点，即对转角及位移进行完全约束。但是，由于构件在结构中随着整体结构运动，运动过程及方式复杂多变，所约束自由度也存在相应的位移或转角，因此完全约束的情况下，与结构真实受力状况不同，无法真实模拟边界条件，容易导致试验结果失真。

技术实现要素：

本发明提出了一种对试验构件施加侧向约束的装置及加载方法，要解决传统试验中边界条件难以准确再现以及试验结果的精度和可信度较低的技术问题。

本发明技术方案如下。

一种对试验构件施加侧向约束的装置，包括有加载装置和约束装置；所述加载装置至少有一组，设置在试验构件的其中一个纵向侧面上；其中，每组加载装置沿竖向平行间隔布置，并且每个加载装置与试验构件的节点对应设置；所述加载装置的自由端固定连接在试验构件上，用以给节点施加横向荷载；

所述约束装置有一组，沿横向间隔设置在试验构件的其中一个横向侧面上；并且，约束装置的自由端固定连接在试验构件上，用以约束节点的纵向位移。

优选的，所述试验构件为钢筋混凝土框架结构构件或者为钢结构构件。

优选的，所述加载装置的周围设有反力墙，且加载装置的固定端与反力墙固定连接，约束装置的固定端与反力墙固定连接。

优选的，所述加载装置和约束装置均与计算机相连；计算机对接收到的加载装置的加载信息进行分析判断。

一种对试验构件施加侧向约束的装置的试验方法，包括如下步骤。

步骤1：在试验构件上选取敏感受力点。

步骤2：将加载装置和约束装置布置在敏感受力点的位置处。

步骤3：设定试验构件在加载方向上和约束方向上的位移边界条件。

步骤4：使用加载装置对试验构件进行加载，同时利用计算机控制加载装置和约束装置的执行命令。

步骤5：待试验构件在加载方向上和约束方向上的位移已经达到设定的边界条件，试验完毕。

优选的，步骤1中所述敏感受力点为主次梁节点或者为梁柱节点。

优选的，步骤2中所述加载装置布置在试验构件的其中一个纵向侧面上；其中，加载装置的固定端与反力墙固定连接，加载装置的自由端与试验构件螺栓固结；所述约束装置布置在试验构件的其中一个横向侧面上；其中，约束装置的固定端与反力墙固定连接，约束装置的自由端与试验构件螺栓固结。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

1、本发明在结构的敏感受力点处安装约束装置和加载装置，其中，加载装置边加载边根据加载的结果进行调节，并且根据实际加载情况，利用约束装置修正约束方向位移，两个方向上的调节更真实的模拟结构实际边界情况，以提高试验结果的可信度。

2、本发明约束装置与试验构件采用螺栓固结的方式，可限制试验构件沿约束方向侧向位移的同时，也可放开其余自由度的运动，更贴近实际情况的约束方案，以提高试验结果的可信度。

3、根据构件在结构中随着整体结构运动，运动过程及方式复杂多变，本发明在试验构件的受力典型点螺栓连接约束装置和加载装置，进行试验构件的加载和侧向约束，通过加载装置监控试验构件的受力典型点沿加载方向的位移，并由约束装置控制试验构件约束点的侧向位移，最大限度的接近结构真实受力状况，真实模拟边界条件，从而试验结果更加准确。

附图说明

图1为本发明的装置的正视图。

图2为本发明的装置的俯视图。

图3为本发明的装置的侧视图。

附图标记：1－加载装置、2－约束装置、3－试验构件、3.1－立柱、3.2－框架梁、4－反力墙。

具体实施方式

如图1-3所示，这种对试验构件施加侧向约束的装置，包括有加载装置1和约束装置2；所述加载装置1至少有一组，设置在试验构件3的其中一个纵向侧面上；其中，每组加载装置1沿竖向平行间隔布置，并且每个加载装置1与试验构件3的节点对应设置；所述加载装置1的自由端固定连接在试验构件3上，用以给节点施加横向荷载；所述约束装置2有一组，间隔设置在试验构件3的横向侧面上；并且，约束装置2的自由端固定连接在试验构件3上，用以约束节点的纵向位移。

本实施例中，所述试验构件3为钢筋混凝土框架结构构件，包括有立柱3.1和连接在相邻立柱3.1之间的框架梁3.2；所述试验构件3的左侧和后侧均设有反力墙4；所述加载装置1水平连接在左侧的反力墙4与立柱3.1之间，并且每个加载装置1与梁柱连接节点对应设置；其中，加载装置1的固定端与反力墙4固定连接，加载装置1的自由端与立柱3.1螺栓固结；在每根立柱3.1后侧均布置有一个约束装置2，其中，约束装置2的固定端与反力墙4固定连接，约束装置2的自由端与立柱3.1螺栓固结，一组约束装置2布置在同一高度位置处，用以约束试验构件3的侧向位移。

当然在其他实施例中，所述试验构件3还可以为钢结构构件。

本实施例中，所述试验构件3的约束方向选择为试验构件3实际工作中受力变化明显和位移变化明显的方向，可采用理论分析和数值模拟等方案进行确定。

本实施例中，所述加载装置1的周围设有反力墙4，反力墙4包括有纵向侧面和横向侧面；其中，反力墙4的纵向侧面与试验构件3纵向侧面平行，且位于试验构件3的外侧；反力墙4的横向侧面与试验构件3横向侧面平行，且位于试验构件3的外侧；所述加载装置1的固定端与反力墙4固定连接，约束装置2的固定端与反力墙4固定连接。

本实施例中，所述加载装置1和约束装置2均与计算机相连；计算机对接收到的加载装置1的加载信息进行分析判断，并且将分析后的结果形成命令，反馈给加载装置1和约束装置2，加载装置1和约束装置2在接受到命令后进行调节，继续对试验构件3进行加载，修正加载方向和约束方向上的位移，直至试验构件3在加载方向上和约束方向上的边界条件与设定试验构件在加载方向上和约束方向上的位移边界条件相符合。

这种对试验构件施加侧向约束的装置的试验方法，包括如下步骤。

步骤1：在试验构件3上选取敏感受力点。

步骤2：将加载装置1和约束装置2布置在敏感受力点的位置处。

步骤3：设定试验构件3在加载方向上和约束方向上的位移边界条件，设定的位移边界条件因研究人员研究内容而异，例如在试验中，可以设定x方向是加载方向，y方向为约束方向，并在x方向上布置加载装置1，在y方向上布置约束装置2；那么，x方向想要实现多大的位移都可以，只要加载装置1能满足，我们不妨设置成最大acm；在x方向加载的同时，对于一榀框架来说，设定在y方向保持绝对静止或者同步加载到bcm位移，acm的位移和bcm的位移即是设定的边界条件，基于这种原因和需求，本发明就利用这种拐角反力墙的特点，将加载装置1和约束装置2布置在反力墙4与试验构件3之间。

步骤4：使用加载装置1对试验构件3进行加载，同时利用计算机控制加载装置1和约束装置2的执行命令。

步骤5：待加载装置1和约束装置2显示试验构件3在加载方向上和约束方向上的位移已经达到设定的边界条件，试验完毕。

本实施例中，步骤1中所述敏感受力点为主次梁节点或者为梁柱节点。

本实施例中，步骤2中所述加载装置1布置在试验构件3的其中一个纵向侧面上；其中，加载装置1的固定端与反力墙4固定连接，加载装置1的自由端与试验构件3铰接连接；所述约束装置2布置在试验构件3的其中一个横向侧面上；其中，约束装置2的固定端与反力墙4固定连接，约束装置2的自由端与试验构件3铰接连接。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围涵盖本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。