土木工程结构抗震试验装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种土木工程结构抗震试验装置，包括钢帽、钢索和底座，所述钢帽包括一组相对设置的用以固定构件或框架端部的角钢、设置于每个角钢上侧并开有通孔的耳板、位于每个角钢侧部的一组第一牛腿、通过转轴固定于第一牛腿之间的第一锚具，以及穿过耳板通孔以将角钢固定的拉杆；所述底座包括固定于地面或基座上的主体部、固定于主体部两侧的一组第二牛腿，以及通过转轴固定于第二牛腿之间的第二锚具；所述钢索的两端分别与第一锚具和第二锚具固定连接。本发明的使用较为方便，无需负责的操作，同时测量结果更为准备。加载过程中，钢索能够维持框架平面外的稳定性，避免侧向倾覆，提高实验安全性。
【专利说明】
土木工程结构抗震试验装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种实验装置，尤其是一种土木工程结构抗震试验装置。
【背景技术】
[0002] 拟静力试验和拟动力试验是框架结构常用的抗震试验方法，根据《建筑抗震试验 方法规程》的规定，在构件和框架进行拟静力试验时需在顶部施加一定的轴向荷载来模拟 上部构件的自重。如图la和图lb所示，常规的轴向荷载施加方法是采用反力架或者拉拔钢 筋，在图la中，201为门架、202为梁、203为千斤顶、204为静力台座、205为往复动作器、206为 反力墙。在图lb中，301为反力墙，302为作动器，303为小车、304为拉拔钢筋、305为钢梁。
[0003] 使用反力架加载需要根据不同框架尺寸对反力架的高度进行调整、重新拼装，操 作复杂并且需要吊车辅助。采用拉拔钢筋的加载方式，由于钢梁的存在将改变框架柱顶端 的约束状态，影响试验结果，造成试验现象的不准确。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种土木工程结构抗震试验装置，以解决现有技术存在 的上述问题。
[0005] 本发明的核心内容是，一种土木工程结构抗震试验装置，包括钢帽、钢索和底座，
[0006] 所述钢帽包括一组相对设置的用以固定构件或框架端部的角钢、设置于每个角钢 上侧并开有通孔的耳板、位于每个角钢侧部的一组第一牛腿、通过转轴固定于第一牛腿之 间的第一锚具，以及穿过耳板通孔以将角钢固定的拉杆；
[0007] 所述底座包括固定于地面或基座上的主体部、固定于主体部两侧的一组第二牛 腿，以及通过转轴固定于第二牛腿之间的第二锚具；
[0008] 所述钢索的两端分别与第一锚具和第二锚具固定连接。
[0009] 优选的，所述主体部包括固定连接或一体成型的第一翼缘板、第二翼缘板和腹板， 所述第一翼缘板和/或第二翼缘板与腹板之间焊接有加劲肋;所述主体部上设置有通孔，一 锚栓穿主体部上的通孔以将底座固定于地面或基座。所述拉杆为刚强对拉螺杆。所述第一 翼缘板、第二翼缘板和加劲肋采用同种钢材制成。所述角钢的侧壁开有通孔。对拉螺杆穿过 角钢侧壁上的通孔并将角钢固定在一起。
[0010] 本发明的优点是:本发明的使用较为方便，无需负责的操作，同时测量结果更为准 备。加载过程中，钢索能够维持框架平面外的稳定性，避免侧向倾覆，提高实验安全性。
【附图说明】
[0011] 图la和图lb是现有技术的两种设计图。
[0012] 图2是本发明的使用状态图。
[0013] 图3为钢帽的结构示意图。
[0014]图4为底座的结构不意图。
[0015]图5为轴向力的受力分析图。
【具体实施方式】
[0016]如图2所示，本发明主要包括钢帽1、钢索2和底座3。从图2中可以看出，钢帽、拉锁 和底座分别为2套，每套包括1个钢帽、2条钢索和2个底座。
[0017]参加图3,详细描述钢帽的结构。钢帽主要由角钢102、耳板101、第一锚具103、第一 牛腿104、转轴105和高强对拉螺杆(参加图2上部)组成。角钢的横截面为L型，两个角钢开口 朝内设置，形成一开口的矩形扣合锁定空间。角钢的上侧一体成型或固结(例如焊接)有耳 板，耳板上开有通孔。角钢的外侧壁上焊接或采用其他方式设置有一组牛腿，牛腿之间具有 一定的空间，第一锚具位于该空间中，且通过转轴与牛腿主动转动连接。例如沿第一锚具的 径向焊接或一体成型有圆柱形转轴，牛腿上对应开有定位孔，则第一锚具与两牛腿固定，然 后焊接于角钢的侧壁即可。
[0018] 在本实施例中，角钢可采用高强机械钢，共有两块，安装是拼装在柱头两端，在角 钢两端开有穿过高强对拉螺杆的圆孔，高强螺杆穿过圆孔对角钢进行固定，保证钢帽和柱 头在试验过程中同步运动。耳板焊接在角钢顶面，耳板上预留穿过高强螺杆的圆孔，利用这 里的高强螺杆使两侧的钢帽为一体，不会因钢索的拉力分离。锚具为预应力工程中使用的 锚具，在锚具中部沿直径方向焊接有转轴，使锚具可以转动，并且转轴插入开孔的牛腿中， 利用牛腿焊接在两侧的角钢上。
[0019] 如图4所示，底座包括主体部、第二牛腿205和第二锚具206。其中，主体部包括第一 翼缘板201、第二翼缘板202、腹板204和加劲肋203。在优选的实施例中，主体部的各部件采 用同种高强钢材制成，相互间焊接连接。
[0020] 第一 /第二翼缘板的两端开有圆孔，用来插入锚栓，使底座固定在底面上。第二锚 具为预应力工程中使用的锚具，在锚具中部沿直径方向焊接有转轴，使锚具可以转动，并且 转轴插入开孔的牛腿中，利用牛腿焊接在两侧的腹板上。
[0021] 拉锁(钢索)为预应力工程中使用的高强索具。
[0022] 在加载荷载前，拼装钢帽、底座，在钢帽和底座的锚具中穿如钢索，紧固底座的锚 具，然后在钢帽处对钢索对称施加预张力，然后紧固钢帽的锚具，完成荷载施加。加载过程 中，钢索能够维持框架平面外的稳定性，避免侧向倾覆，提高实验安全性。
[0023]如图5所示，本发明中的预应力计算过程如下：
[0024]施加到柱顶的轴向力与钢索的张拉力关系为：
[0026]其中，N为施加到柱顶的轴向力，P为钢索张拉力，P'为张拉力损失，h为钢帽锚具距 地面高度、b为底座锚具距框架柱轴线距离、hi为底座锚具距地面高度、h为钢帽锚具距框架 柱轴向距离。a为锚具变形和预应力索具内缩值，单位:mm，见表1，1为张拉端距锚具固端距 离，单位:mm。
[0027]表1锚具变形和预应力索具内缩值a(mm)
[0029] 本发明的拼装过程如下：
[0030] 将底座通过锚栓固定在地面上;将钢索插入底座的锚具内，调整好长度后将锚具 紧固；将钢帽从两端加紧柱头，在所有预留孔中插入高强螺杆，旋紧螺母;将钢索插入钢帽 的锚具中。
[0031] 利用中空千斤顶在钢帽一端对钢索施加预应力，达到要求后紧固锚具，撤下千斤 顶，完成荷载施加。
【主权项】
1. 一种土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，包括钢帽、钢索和底座， 所述钢帽包括一组相对设置的用以固定构件或框架端部的角钢、设置于每个角钢上侧 并开有通孔的耳板、位于每个角钢侧部的一组第一牛腿、通过转轴固定于第一牛腿之间的 第一锚具，以及穿过耳板通孔以将角钢固定的拉杆； 所述底座包括固定于地面或基座上的主体部、固定于主体部两侧的一组第二牛腿，以 及通过转轴固定于第二牛腿之间的第二锚具； 所述钢索的两端分别与第一锚具和第二锚具固定连接。2. 如权利要求1所述的土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，所述主体部包括固定 连接或一体成型的第一翼缘板、第二翼缘板和腹板，所述第一翼缘板和/或第二翼缘板与腹 板之间焊接有加劲肋;所述主体部上设置有通孔，一锚栓穿主体部上的通孔以将底座固定 于地面或基座。3. 如权利要求1所述的土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，所述拉杆为刚强对拉 螺杆。4. 如权利要求1至3任一项所述的土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，所述第一 翼缘板、第二翼缘板和加劲肋采用同种钢材制成。5. 如权利要求1至3任一项所述的土木工程结构抗震试验装置，其特征在于，所述角钢 的侧壁开有通孔。
【文档编号】G01M7/02GK106092476SQ201610414699
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月14日 公开号201610414699.5, CN 106092476 A, CN 106092476A, CN 201610414699, CN-A-106092476, CN106092476 A, CN106092476A, CN201610414699, CN201610414699.5
【发明人】伍凯, 张贺, 南洋, 陈 峰, 章恒
【申请人】河海大学