专利名称：一种构件复合受扭实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于建筑结构实验技术领域，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。
背景技术：
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，实用新型一种科学合理、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。
实用新型内容本实用新型目的是: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。本实用新型的技术方案是: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。该系统的实用新型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梁夹紧构件的两侧，所述前钢箱梁与构件之间还依次设有限位千斤顶和钢垫板，所述前钢箱梁另一端固定连接于反力墙，所述后钢箱梁另一端固定连接于端梁，所述端梁用地锚螺栓固定连接于基础地坪。该系统的作用是保证实验过程中构件的基础不发生整体刚体平移以及翘起等位移。该系统与现有同类实验的相同。应用上述实验装置进行构件复合受扭实验的方法，该方法包括以下步骤:(I)使用基础位移限制系统将构件固定在实验室地坪上；(2)安装水平力加载系统；(3)安装竖向力加载系统；(4)安装构件顶部线位移导向系统；(5)安装测试线位移和扭转变形的位移计；(6)将位移计、构件内部的应变测点等连接到数据采集系统；(7)预载，并检测整个实验系统工作是否正常；(8)正式加载。首先通过竖向力加载系统中的千斤顶向构件施加轴向压力，并保持该轴向压力不变；再通过水平力加载系统中的作动器向构件施加水平力直至构件破坏。在水平力从零到最大、再降至最大荷载的85%的过程中，不断采集实验所需数据，观察并记录实验现象，若上述步骤中取消施加轴向压力环节，则为构件的弯剪扭性能实验。构件可以是钢筋混凝土构件、型钢混凝土构件、钢构件或其他结构材料构件。若为钢筋混凝土构件或型钢混凝土构件，应在构件的顶部采取加钢套或包裹碳纤维等措施，以防止构件顶部混凝土局部受压破坏。实验可以是单调加载实验，也可以是低周反复加载实验。加载方式有位移控制、荷载控制、以及荷载-位移混合控制三种，建议选用位移控制或荷载-位移混合控制。该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。[0029]本实用新型的优点是:I)构件顶部线位移导向系统首创于该实验装置，该系统的实用新型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。同时，该系统的应用使得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，克服了现有同类实验时构件的受力与实际横向水平地震作用时构件受力状态不符的缺点。2)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。本实用新型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。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
图1为实验装置立面图，从图2的B-B剖切位置与投射方向得到的正投影图；图2为实验装置平面图，从图1的A-A剖切位置与投射方向得到的正投影图；图3为图2的C-C剖面图；图4为加载梁的右视图；图5为加载梁的左视图；图6为加载梁的俯视图；图7为图6的A-A剖面图；图8为图6的B-B剖面图；图9为夹梁的左视图；图10为图9的A-A剖面图；图11为图10的B-B剖面图；图12为转接轴的俯视图；图13为图12的A-A剖面图；图14为推力滚子轴承下部安装套的俯视图；图15为图14的A-A剖面图；图16为承压板的仰视图；图17为承压板的俯视图；图18为图17的A-A剖面图；图19为连接竖向力千斤顶与滑块的钢板的俯视图；图20为图19的A-A剖面图；图21为安装导轨的钢板的俯视图；图22为图21的A-A剖面图；[0056]图23为导向块的左视图；图24为导向块的俯视图；图25为图24的A-A剖面图；图26为图24的B-B剖面图；图27为连接导向块与竖向滑块的钢板的前视图；图28为图27的A-A剖面图；图29为安装竖向导轨与水平滑块的钢板的前视图；图30为图29的A-A剖面图；图31为导向梁的俯视图；图32为导向梁的前视图；图33为图32的A-A剖面图。说明:以上图名中如视图、左视图、俯视图等视图名称的方位均按图1和图2确定。其中:1.构件，2.水平力作动器，3.加载梁，4.夹梁，5.连接加载梁与夹梁的螺栓，6.连接水平力作动器与加载梁的钢板，7.连接水平力作动器与加载梁的螺栓，8.反力墙，9.竖向力千斤顶，10.连接竖向力千斤顶与推力滚子轴承的转接轴，11.推力滚子轴承，12.推力滚子轴承下部的安装套，13.承压板，14.橡胶垫，15.连接竖向力千斤顶与滑块的钢板，16.滑块，17.导轨，18.安装导轨的钢板，19.连接安装导轨钢板与反力梁的钢板，20.连接安装导轨钢板与反力梁的螺栓，21.反力梁，22.反力架，23.导向块，24.连接导向块与竖向滑块的钢板，25.竖向滑块，26.竖向导轨，27.安装竖向导轨与水平滑块的钢板，28.水平滑块，29.水平导轨，30.导向梁，31.基础压梁，32.基础压梁的地锚螺栓，33.限制基础水平位移的前钢箱梁，34.基础限位千斤顶，35.限制基础水平位移的钢垫板，36.限制基础水平位移的后钢箱梁，37.限制基础水平位移的端梁，38.端梁的地锚螺栓，39.第一位移计，40.第二位移计。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体工程的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例:本实施例提供了一种进行结构构件复合受扭的实验装置，进行了 30个型钢混凝土构件的压弯剪扭复合受扭实验，其结构如图1、图2、图3所示，包括水平力作动器2、加载梁3、夹梁4、连接加载梁与夹梁的螺栓5、连接水平力作动器与加载梁的钢板6、连接水平力作动器与加载梁的螺栓7、反力墙8、竖向力千斤顶9、连接竖向力千斤顶与推力滚子轴承的转接轴10、推力滚子轴承11、推力滚子轴承下部的安装套12、承压板13、橡胶垫14、连接竖向力千斤顶与滑块的钢板15、滑块16、导轨17、安装导轨的钢板18、连接安装导轨钢板与反力梁的钢板19、连接安装导轨钢板与反力梁的螺栓20、反力梁21、反力架22、导向块23、连接导向块与竖向滑块的钢板24、竖向滑块25、竖向导轨26、安装竖向导轨与水平滑块的钢板27、水平滑块28、水平导轨29、导向梁30、基础压梁31、基础的地锚螺栓32、限制基础水平位移的前钢箱梁33、基础限位千斤顶34、限制基础水平位移的钢垫板35、限制基础水平位移的后钢箱梁36、限制基础水平位移的端梁37、端梁的地锚螺栓38、第一位移计39、第二位移计40、给水平力作动器2提供动力的泵房及其控制系统、给竖向力千斤顶9和基础限位千斤顶34提供动力的油泵和稳压设备、以及进行结构实验必备的数据采集设备等。其中:水平力作动器2、竖向力千斤顶9、推力滚子轴承11、滑块16、导轨17、竖向滑块25、竖向导轨26、水平滑块28、水平导轨29、基础限位千斤顶34、第一位移计39、第二位移计40等是标准产品。连接加载梁与夹梁的螺栓5、连接水平力作动器与加载梁的钢板6、连接水平力作动器与加载梁的螺栓7、反力墙8、橡胶垫14、连接安装导轨钢板与反力梁的钢板19、连接安装导轨钢板与反力梁的螺栓20、反力梁21、反力架22、基础压梁31、基础的地锚螺栓32、限制基础水平位移的前钢箱梁33、限制基础水平位移的钢垫板35、限制基础水平位移的后钢箱梁36、限制基础水平位移的端梁37、端梁的地锚螺栓38、给水平力作动器提供动力的泵房及其控制系统、给竖向力千斤顶和基础限位千斤顶提供动力的油泵和稳压设备、以及进行结构实验必备的数据采集设备等是实验室已有的仪器设备或常规产品。加载梁3、夹梁4、连接竖向力千斤顶与推力滚子轴承的转接轴10、推力滚子轴承下部的安装套12、承压板13、连接竖向力千斤顶与滑块的钢板15、安装导轨的钢板18、导向块23、连接导向块与竖向滑块的钢板24、安装竖向导轨与水平滑块的钢板27、导向梁30等是本实用新型重点研发和设计的部件。如图f 3所示，反力架22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，两榀反力架通过反力梁21和导向梁30形成空间整体结构，并固接于实验室地坪上，用于承担对构件I施加竖向轴向压力所产生的反作用力。反力梁21和导向梁30的两端均固接在反力架22上，反力梁21位于构件I的正上方，导向梁30位于构件I的后方。反力墙8固定在实验室地坪上，并位于构件I的左侧，用于承担对构件I施加水平力所产生的反作用力。构件I通过基础位移限制系统固定于实验室地坪上，加载梁3紧邻构件I的左侧，夹梁4紧邻构件I的右侧，通过四个螺栓5将加载梁3和夹梁4紧紧地固定在构件I的顶部。构件I顶部在浇筑混凝土前就已经安装了一个钢套，钢套比加载梁3宽10mm，以防止构件顶部混凝土的局部破坏先于构件I的复合受扭破坏。通过钢板6和四个螺栓7将水平力作动器2和加载梁3连接在一起，并通过水平力作动器2自身端部的球铰实现水平力作动器2与加载梁3的铰接。自构件I顶面起从下至上依次安装橡胶垫14、承压板13、推力滚子轴承下部的安装套12、推力滚子轴承11、连接竖向力千斤顶与推力滚子轴承的转接轴10、竖向力千斤顶9、连接竖向力千斤顶与滑块的钢板15、滑块16、导轨17、安装导轨的钢板18。其中:橡胶垫14起找平及将轴向压力均匀地传递给构件I的作用；通过推力滚子轴承11与其下部安装套12的相对水平转动，以满足构件I扭转变形的需要；通过滑块16在导轨17上的滑动，以满足构件I的弯曲变形与剪切变形在其顶部产生线位移的要求。使用六个螺栓将推力滚子轴承的转接轴10与竖向力千斤顶9连接在一起；使用四个螺栓将竖向力千斤顶9与钢板15连接在一起；滑块16共四块，每块用四个螺栓安装在钢板15上；导轨17有两根，每根用七个螺栓安装在钢板18上；用两块钢板19和四个螺栓20将钢板18固接于反力梁21上。导向块23由同一块钢板一体加工而成，最后剖分成导向块夹板与导向块基体，首先将导向块夹板与导向块基体套住转接轴10，再用四个螺栓将导向块夹板与导向块基体连接在一起，并紧紧夹住转接轴10，导向块23的另一端用六个螺栓与钢板24连接在一起；竖向滑块25有两块，每块用四个螺栓安装在钢板24上；竖向导轨26有两根，每根用四个螺栓安装在钢板27上；水平滑块28有四块，每块用四个螺栓安装在钢板27上；水平导轨29有两根，每根用十个螺栓安装在导向梁30上。加载梁3的结构如图Γ图8所示，其主体是由三块钢板焊接而成的工字梁，并焊有横向加劲肋，图4中的四个孔是用于与夹梁4连接用，并在连接区域用一块钢板和两块纵向加劲肋进行了加强。夹梁4的结构如图 Γ图11所示，其主体是由三块钢板焊接而成的工字梁，并留有四个孔，用于与加载梁3连接，并在每个孔的四周焊有一个钢板圆筒，用于对连接区域的加强。转接轴10的结构如图12 图13所示，是经过锻打下料、粗车、调质、精车、钻攻和发蓝处理加工而成。转接轴10上部的六个孔是用于与竖向力千斤顶9相连，下部凹槽是用于安装推力滚子轴承11，下部四周的四个孔用于与推力滚子轴承下部的安装套12连接，两者间用四根弹簧相连，以便进行一批构件的实验时，第二个构件起，推力滚子轴承11及其安装套12不用拆装。安装套12的结构如图14 图15所示，是经过调质、车、磨、铣、钻和发蓝处理加工而成。其左右两侧的切角是为了与承压板13接触紧密、连接可靠。其四周的四个孔用于与转接轴10连接，两者间用四根弹簧相连，以便进行一批构件的实验时，第二个构件起，推力滚子轴承11及其安装套12不用拆装。承压板13的结构如图16 图18所示，是经过调质、磨、铣、钻、喷砂和发蓝处理加工而成。其左右两侧的上翻是为了与安装套12连接可靠。连接竖向力千斤顶与滑块的钢板15的结构如图19 图20所示，是经过调质、磨、铣、钻孔攻丝和电镀亮铬加工而成。其上规格相同的十六个孔是用于安装四个滑块16，其余规格相同的四个孔是用于安装竖向力千斤顶9。安装导轨的钢板18的结构如图21 图22所示，是经过调质、磨、铣、钻孔攻丝和电镀亮铬加工而成。其上规格相同的十四个孔是用于安装两根导轨17，其余规格相同的四个孔是用于通过钢板19和螺栓20将钢板18固定在反力梁21上。导向块23的结构如图23 图26所示，是经过调质、磨面、铣周边、钻底孔、镗孔、线切割、铣加工、攻丝和电镀亮铬加工而成。导向块23由同一块钢板一体加工而成，最后剖分成导向块夹板与导向块基体，首先将导向块夹板与导向块基体套住转接轴10，再用四个螺栓将导向块夹板与导向块基体连接在一起，并紧紧夹住转接轴10，导向块23的另一端用六个螺栓与钢板24连接在一起。连接导向块与竖向滑块的钢板24的结构如图27 图28所示，是经过调质、磨、铣、钻孔攻丝和电镀亮铬加工而成。其上规格相同的八个孔是用于安装两个竖向滑块25，其余规格相同的六个孔是用于与导向块23连接。安装竖向导轨与水平滑块的钢板27的结构如图29 图30所示，是经过调质、磨、铣、钻孔攻丝和电镀亮铬加工而成。其上规格相同的十六个孔是用于安装四个水平滑块28，其余规格相同的八个孔是用于安装两根竖向导轨26。导向梁30的结构如图31 图33所示，其主体是由三块钢板焊接而成的工字梁，并焊有横向加劲肋，导向梁30中部安装水平导轨29区域加焊一块钢板，其上二十个孔用于安装两根水平导轨29，两端各八个孔用于将导向梁30固接于反力架22。采用本实施例中的装置进行一批构件的实验，其第I个构件的实验方法如下:I)首先根据各部件和设备的尺寸计算好反力架22、反力梁21、导向梁30、构件1、以及水平力作动器2的安装位置。2)根据计算好的位置安装反力架22、反力梁21和导向梁30。3)使用基础位移限制系统将构件I固定在安装位置。4)用安装在反力墙8顶部悬臂梁上的葫芦吊起水平力作动器2，并依据安装位置将水平力作动器2的一端固接于反力墙8上。5)在反力梁21上安装葫芦，并用葫芦将加载梁3与夹梁4吊起，再用螺栓5将加载梁3与夹梁4固定在构件I的顶部，接着用钢板6和螺栓7将水平力作动器2与加载梁3连接在一起。6)自构件I顶面向上依次安装橡胶垫14、承压板13、推力滚子轴承下部的安装套12。7)将导轨17安装在钢板18上，再将已安装好导轨17的钢板18用钢板19和螺栓20安装在反力梁21上。8)将滑块16安装在钢板15上，并将竖向力千斤顶9与钢板15连接，再将滑块16与导轨17对接。9)将推力滚子轴承11安装到转接轴10上，再将转接轴10与竖向力千斤顶9对接，接着用四根弹簧将安装套12吊在转接轴10的下部。10)将水平导轨29安装在导向梁30上，再将水平滑块28、竖向导轨26分别与钢板27连接，并将水平滑块28与水平导轨29对接。11)将导向块23、竖向滑块25分别与钢板24连接，并将竖向滑块25与竖向导轨26对接，再将导向块23扣接在转接轴10上。12)检查各部件位置的正确性，并加以微调，使之满足结构实验的要求。13)安装第一位移计39、第二位移计40。通过实验中采集到第一位移计39和第二位移计40的数据，由两者的平均值可以推得受力各阶段构件I顶部的线位移，由两者的差值除以第一位移计39和第二位移计40间的距离可以推得受力各阶段构件I顶部的扭转角。14)将位移计、构件内部的应变测点等连接到数据采集系统。15)预载，并检测整个实验系统工作是否正常。16)正式加载。首先通过竖向力千斤顶9向构件I施加轴向压力，并保持该轴向压力不变；再通过水平力作动器2向构件I施加水平力直至构件破坏，实验结束。在水平力从零到最大、再降至最大荷载的85%的过程中，不断采集实验所需数据，采集与记录构件I受力的特征值至少应包括:开裂荷载及其对应的变形、屈服荷载及其对应的变形、最大荷载及其对应的变形、极限变形及其对应的荷载、以及单调加载的荷载-变形曲线或低周反复加载的滞回曲线等；观察并记录裂缝出现与发展的规律、以及破坏形态等实验现象。采用本实施例中的装置进行一批构件的实验，其第2个以后构件(包括第2个)的实验方法如下:I)用葫芦将加载梁3与夹梁4吊住，拆除已实验完成的构件，安装本次实验构件12)用螺栓5将加载梁3与夹梁4固定在构件I的顶部。3)自构件I顶面向上依次安装橡胶垫14、承压板13。4)检查各部件位置的正确性，并加以微调，使之满足结构实验的要求。5)安装第一位移计39、第二位移计40。通过实验中采集到位移计39与40的数据，由两者的平均值可以推得受力各阶段构件I顶部的线位移，由两者的差值除以位移计39与40间的距离可以推得受力各阶段构件I顶部的扭转角。6)将位移计、构件内部的应变测点等连接到数据采集系统。7)预载，并检测整个实验系统工作是否正常。8)正式加载。首先通过竖向力千斤顶9向构件I施加轴向压力，并保持该轴向压力不变；再通过水平力作动器2向构件I施加水平力直至构件破坏，实验结束。在水平力从零到最大、再降至最大荷载的85%的过程中，不断采集实验所需数据，采集与记录构件I受力的特征值至少应包括:开裂荷载及其对应的变形、屈服荷载及其对应的变形、最大荷载及其对应的变形、极限变形及其对应的荷载、以及单调加载的荷载-变形曲线或低周反复加载的滞回曲线等；观察并记录裂缝出现与发展的规律、以及破坏形态等实验现象。可见，4) 8)与第I个构件的实验方法中的12) 16)完全相同。本实用新型采用一个水平力作动器2对构件I施加水平力，就可以模拟地震时楼层质量所产生的惯性力，使构件I受到与该水平力同步变化的剪力、弯矩和扭矩的作用，其受力状态与实际地震时的受力状态相符，该实验原理与方法科学，操作与控制简便。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。
权利要求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接。
3.根据权利要求2所述的构件复合受扭实验装置，其特征在于，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。
4.根据权利要求3所述的构件复合受扭实验装置，其特征在于，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。
5.根据权利要求3所述的构件复合受扭实验装置，其特征在于，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梁夹紧构件的两侧，所述前钢箱梁与构件之间还依次设有限位千斤顶和钢垫板，所述前钢箱梁另一端固定连接于反力墙，所述后钢箱梁另一端固定连接于端梁，所述端梁用地锚螺栓固定连接于基础地坪。
专利摘要本实用新型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。
文档编号G01N3/02GK203069465SQ201320040299
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者邵永健, 曹晓罗, 孙宝强 申请人:苏州科技学院