小型钢架反力墙的制作方法

本实用新型属于土木工程结构抗震试验领域，具体而言，本实用新型涉及一种小型钢架反力墙。

背景技术：

在土木工程结构抗震试验领域，需要完成大比例建筑模型或足尺寸构件抗震性能试验时，必须有大型反力墙作为支撑。反力墙是一种伪动力试验设施，两个互相垂直的反力墙，可以开展结构和部件的二维伪动力试验研究。反力墙自身要有足够的刚度和强度，在进行结构抗震试验的同时反力墙会遭受反向力作用，因此要求反力墙不能出现倾斜裂缝。通俗讲反力墙为一栋刚度强度足够好的剪力墙结构。为了能够实现对双向水平地震荷载下建筑和构件的抗震性能的研究，大型反力墙设置为“L”形，并且相互垂直的两面反力墙之间留有通行口。在中国地震局工程力学研究所(工力所)地震工程与工程振动开放实验室、东北电力大学建筑工程学院土木工程实验中心结构试验室、沈阳建筑大学结构工程实验室和中国矿业大学南湖校区地下工程中心，均有大型反力墙的实验室。目前的大型反力墙均采用钢筋混凝土材料，绑扎好钢筋网后，进行预埋件和加载孔的安装定位，然后浇筑混凝土一次成型。

反力墙的目的是进行构件、大比例缩尺模型和足尺模型的结构抗震试验，用以观察它们的裂缝情况和破坏机理，但是大型反力墙的制作需要较大的资金投入和宽阔的场地条件，因此并不是所有高校和研究所都有能力配备大型反力墙等反力设备。而且，在建设过程中工程实际操作难度较大，具体的技术难点包括：反力墙预埋件和加载孔的精准定位及固定，一般预埋件和加载孔的相对位置精度要控制在一毫米以内，而大型工程中不可避免的震动对这一要求难度很大；实际工程浇筑混凝土过程中需要支模板，模板承载力可能会达到每平方米几百吨，因此大大加重了工程难度；反力墙中预应力钢筋错综搭接，张拉平衡技术难度较大。并且宏观上，进行大比例缩尺模型和足尺模型的试验造价高，虽然能够在试验中更清楚的表达出结构的破坏细节，但是试验的性价比低。然而实际地震作用下遭受破坏的结构物类型多、样本数量巨大，在试验过程中，足尺或者大比例模型样本一般只有一栋或者几栋结构，结果具有很大的偶然性，所以大比例模型试验只能给出模拟地震作用下大概的破坏机理。

由以上分析可知，现有大型反力墙存在以下不足：

1、大型反力墙占地面积大，造价高，不便于高校和研究所配备；

2、大型反力墙的预埋件和加载孔安装精度要求高，施工中不易实现；

3、大型反力墙的试验样本少，结果具有很大的偶然性。

技术实现要素：

本实用新型公布了一种小型钢架反力墙，以至少解决现有技术中大型反力墙占地大、造价高、施工困难的技术问题，同时还能解决大比例缩尺模型和足尺模型试验偶然性大的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种小型钢架反力墙，其技术方案如下：

一种小型钢架反力墙，包括多个长支撑柱，深埋入地下，用于提供支撑；水平台面基体，设置在多个所述长支撑柱的顶部，所述水平台面基体的水平面为长方形设置，用于提供试验空间；L形短边基体，固定安装在所述水平台面基体的短边位置，所述L形短边基体位于所述水平台面基体的上方并与所述水平台面基体垂直，用于提供支撑；L形长边基体，固定安装在所述水平台面基体的长边位置，所述L形长边基体位于所述水平台面基体的上方，并分别与所述水平台面基体、所述L形短边基体垂直，用于提供支撑；所述L形长边基体和所述L形短边基体固定连接，在所述L形短边基体和所述L形长边基体上设有安装定位孔，所述安装定位孔用于提供安装和加载位置。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：所述水平台面基体包括多个横向钢柱，多个所述横向钢柱相邻之间通过连接肋连接在一起，所述横向钢柱的截面呈H型设置。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：所述L形短边基体包括多个短肢墙竖向钢柱，多个所述短肢墙竖向钢柱相邻之间通过连接肋连接在一起，所述短肢墙竖向钢柱的截面呈H型设置，所述安装定位孔设置在H型的两侧边；短肢墙顶部加劲肋，所述短肢墙顶部加劲肋焊接在所述短肢墙竖向钢柱的顶部，所述短肢墙顶部加劲肋呈L型设置，在所述短肢墙顶部加劲肋上设有加强肋。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：所述L形长边基体包括：多个长肢墙竖向钢柱，多个所述长肢墙竖向钢柱相邻之间通过连接肋连接在一起，所述长肢墙竖向钢柱的截面呈H型设置，所述安装定位孔设置在H型的两侧边；长肢墙顶部加劲肋，所述长肢墙顶部加劲肋焊接在所述长肢墙竖向钢柱的顶部，所述长肢墙顶部加劲肋呈L型设置，在所述长肢墙顶部加劲肋上设有加强肋。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：还包括第一螺栓连接件，所述第一螺栓连接件分别设置在所述水平台面基体与所述L形短边基体相交处、所述水平台面基体与所述L形长边基体相交处，并位于所述水平台面基体的上方，用于连接所述水平台面基体与所述L形短边基体、所述L形长边基体。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：还包括第二螺栓连接件，所述第二螺栓连接件位于所述水平台面基体与所述L形短边基体相交处，并位于所述水平台面基体的下方，用于连接所述水平台面基体和所述L形短边基体。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：还包括短支撑架，所述短支撑架设置在所述水平台面基体的下方，并与多个所述横向钢柱一一对应。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：还包括竖钢柱底部连接件，所述竖钢柱底部连接件分别设在所述L形短边基体和所述L形长边基体的底部。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：还包括肢墙连接角板，所述肢墙连接角板截面呈L型，设置在所述L形短边基体和所述L形长边基体的相交处。

如上所述的小型钢架反力墙，进一步优选为：还包括肢墙加劲肋，所述肢墙加劲肋固定在所述肢墙连接角板上，用于增加所述肢墙连接角板的强度。

分析可知，与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：

1、本实用新型提供的小型钢架反力墙体积小，很好的解决了场地问题，而且本实用新型的制作费用较低和承载能力强，使高校及科研机构都有能力配备，大大节省了科研经费。由于本实用新型的制作费用、人工成本、制作时间、制作材料等都大大缩减，同时也很好的弥补了国内微模型试验反力设备的空白，使得本实用新型具有承载能力强、占地小，造价低，便于配备的优点。

2、本实用新型提供的小型钢架反力墙采用采用H型钢柱焊接加劲肋的方式，在确保使用功能不受影响的前提下大大节省了材料，并且保证了整体刚度强度、减轻了自重及地基承载力，在连接作动器和其他观测设备的时候，钢柱之间的空隙方便进行人工操作，同时采用钢材避免了钢筋混凝土施工方式中加载孔安装定位和预应力筋张拉的技术难点，钢柱上钻孔模拟了反力墙上的加载孔和定位孔，能够保证孔的精度要求，使得本实用新型具有施工方便，安装精度高的优点。

3、本实用新型提供的小型钢架反力墙应用于试验时，相应的模型体量可以大大缩小，与反力墙同等进行一项结构试验，在需要得到结构破坏机理的前提下，能使用更少的费用制作更多的模型，增大样本数量，进而可以得到一个更普遍的破坏机理和破坏形态规律，使得本实用新型具有试验结果准确的优点。

附图说明

图1为本实用新型的小型钢架反力墙的总成图。

图2为本实用新型的小型钢架反力墙的正面组装示意图。

图3为本实用新型的小型钢架反力墙的背面组装示意图。

图4为本实用新型的小型钢架反力墙的连接肋示意图。

图中：1-安装定位孔；2-L形长边基体；3-L形短边基体；4-水平台面基体；5-长支撑柱；6-长肢墙竖向钢柱；7-连接肋；8-第一螺栓连接件；9-短支撑架；10-横向钢柱；11-第二螺栓连接件；12-短肢墙竖向钢柱；13-长肢墙顶部加劲肋；14-短肢墙顶部加劲肋；15-竖钢柱底部连接件；16-肢墙连接角板；17-肢墙加劲肋。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型优选实施例的小型钢架反力墙主要包括六个长支撑柱5，深埋入地下，用于提供支撑；水平台面基体4，设置在六个长支撑柱5的顶部，水平台面基体4的水平面为长方形设置，用于提供安装空间；L形短边基体3，固定安装在水平台面基体4的短边位置，L形短边基体3位于水平台面基体4的上方并与水平台面基体4垂直，用于提供支撑；L形长边基体2，固定安装在水平台面基体4的长边位置，L形长边基体2位于水平台面基体4的上方，并分别与水平台面基体4、L形短边基体3垂直，用于提供支撑；L形长边基体2和L形短边基体3固定连接，在L形短边基体3和L形长边基体2上设有安装定位孔1，用于提供安装和加载位置。固定安装之后的试验空间为长2200mm，宽1700mm，高1600mm。

具体而言，本实用新型提供的小型钢架反力墙的水平台面基体4、L形短边基体3和L形长边基体2上的孔类似于反力墙上的加载孔和定位孔，水平台面基体4类似于反力地板，将微模型固定在水平台面基体4上，L形长边基体2和L形短边基体3上固定放置作动器等加载设备，通过螺栓连接将其放在合适的位置进行加载。同时，作动器在进行水平推复的时候钢架的弯曲变形很小。在作动器对模型施加荷载的过程中，通过数据采集仪对模型的变形和应变进行检测，可以得到该模型结构的破坏机理和破坏情况。本实用新型提供的小型钢架反力墙钢架体量小，很好的解决了场地问题，而且钢架的制作费用较低，高校及科研机构都有能力配备，大大节省了科研经费。同时也很好的弥补了微模型试验反力设备的空白。

如图1所示，本实用新型优选实施例的长支撑柱5截面呈T型，由Q235钢板焊接而成，板厚为20mm，底部连接有方形板，边长为200mm，有效保证了地下安装。

如图1、图2和图4所示，本实用新型优选实施例的水平台面基体4包括四个横向钢柱10，由厚度为20mm的Q235钢板焊接而成，截面呈H型，长为2200mm，宽为200mm，高为200mm，四个横向钢柱10相邻之间通过连接肋7连接在一起，H型两侧边均布两行二十二列安装定位孔，孔径为18mm，孔距为100mm，安装孔为试验模型提供了安装位置，极大地方便了模型的安装。

如图1、图2和图3所示，本实用新型优选实施例的L形短边基体3包括四个短肢墙竖向钢柱12，由厚度为20mm的Q235钢板焊接而成，截面呈H型，长为1800mm，宽为200mm，高为200mm，H型两侧边对称设有两行十七列安装定位孔，孔径为18mm，孔距为100mm，第一列孔轴线距离边缘为50mm，多个短肢墙竖向钢柱12相邻之间通过连接肋7连接在一起；短肢墙顶部加劲肋14，焊接在短肢墙竖向钢柱12的顶部，呈L型设置，由厚度为10mm的Q235钢板焊接而成，长度为1700mm，L型长边为200mm，短边为100mm，并且短肢墙顶部加劲肋14上均布5个直角形加强肋，厚度为20mm，材质为Q235板材。采用焊接短肢墙顶部加劲肋14的方式，增强了L形短边基体3结构的整体性。

如图1、图2和图3所示，本实用新型优选实施例的L形长边基体2包括五个长肢墙竖向钢柱6，由厚度为20mm的Q235钢板焊接而成，截面呈H型，长为1800mm，宽为200mm，高为200mm，H型两侧边对称设有两行十五列圆孔，孔径为18mm，孔距为100mm，第一列孔轴线距离边缘为50mm，长肢墙竖向钢柱6相邻之间通过连接肋7连接在一起；长肢墙顶部加劲肋13，焊接在长肢墙竖向钢柱6的顶部，由厚度为10mm的Q235钢板焊接而成，长度为2200mm，呈L型，L型长边为200mm，短边为100mm，并且长肢墙顶部加劲肋13上设有6个直角形加强肋，厚度为20mm，材质为Q235板材。采用焊接长肢墙顶部加劲肋13的方式，增强了L形长边基体2结构的整体性。

如图1和图2所示，本实用新型优选实施例还包括第一螺栓连接件8，分别设置在水平台面基体4与L形短边基体3相交处、水平台面基体4与L形长边基体2相交处，位于水平台面基体4的上方，用于连接水平台面基体4与L形短边基体3和L形长边基体2。连接方式采用焊接和螺栓连接，能够将水平台面基体4、L形短边基体3和L形长边基体2整合成三个相互垂直的平面。

如图1和图2所示，本实用新型优选实施例还包括第二螺栓连接件11，位于水平台面基体4与L形短边基体3相交处，水平台面基体4的下方，用于连接水平台面基体4和L形短边基体3。采用水平台面4上下两侧同时固定的方式，使得本实用新型具有连接牢固的特点。

如图1和图3所示，本实用新型优选实施例还包括短支撑9，设置在水平台面基体4的下方，并与四个横向钢柱10一一对应。能够使得水平台面4受力均匀。

如图1和图3所示，本实用新型优选实施例还包括竖钢柱底部连接件15，分别设在L形短边基体3和L形长边基体2的底部，由厚度为20mm的Q235钢板焊接而成，截面呈H型，长为480mm，宽为160mm，高为160mm，用于固定L形短边3和L形长边2。采用H型结构焊接紧固，能够增强承载横向力的能力。

如图1和图3所示，本实用新型优选实施例还包括肢墙连接角板16，由厚度为20mm的Q235钢板焊接而成，截面呈L型，长为1800mm，宽为200mm，高为200mm，设置在L形短边基体3和L形长边基体2相交处。采用L型板焊接的方式，能有效保证L形短边3和L形长边2相交处的连接强度。

如图1和图3所示，本实用新型优选实施例还包括肢墙加劲肋17，肢墙加劲肋17固定在肢墙连接角板16上，用于增加所述肢墙连接角板的强度。采用焊接加劲肋的方式连接，使得L形短边3和L形长边2相交处能够承受较大的剪力。

如图1所示，本实用新型优选实施例的水平台面基体4、L形短边基体3和L形长边基体2焊接完成后由铣床铣平，由镗床钻孔。采用铣床加工的方式加工平面，镗床加工的方式钻镗圆孔，能很好的保证本实用新型的平面度，并且圆孔位置精度能达到0.5mm。钢架运输到指定位置后可以现场通过定位销进行拼装，并且需要开挖地基，做好刚性地基之后将长为1000mm的长支撑柱5埋入地下，然后浇筑混凝土进行固定，最后进行地面的找平和收尾。

分析可知，与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：

1、本实用新型提供的小型钢架反力墙体积小，很好的解决了场地问题，而且本实用新型的制作费用较低和承载能力强，使高校及科研机构都有能力配备，大大节省了科研经费。由于本实用新型的制作费用、人工成本、制作时间、制作材料等都大大缩减，同时也很好的弥补了国内微模型试验反力设备的空白，使得本实用新型具有承载能力强、占地小，造价低，便于配备的优点。

2、本实用新型提供的小型钢架反力墙采用采用H型钢柱焊接加劲肋的方式，在确保使用功能不受影响的前提下大大节省了材料，并且保证了整体刚度强度、减轻了自重及地基承载力，在连接作动器和其他观测设备的时候，钢柱之间的空隙方便进行人工操作，同时采用钢材避免了钢筋混凝土施工方式中加载孔安装定位和预应力筋张拉的技术难点，钢柱上钻孔模拟了反力墙上的加载孔和定位孔，能够保证孔的精度要求，使得本实用新型具有施工方便，安装精度高的优点。

3、本实用新型提供的小型钢架反力墙应用于试验时，相应的模型体量可以大大缩小，与反力墙同等进行一项结构试验，在需要得到结构破坏机理的前提下，能使用更少的费用制作更多的模型，增大样本数量，进而可以得到一个更普遍的破坏机理和破坏形态规律，使得本实用新型具有试验结果准确的优点。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。