一种静力台架及拟静力抗震试验装置的制作方法

本发明涉及抗震试验技术领域，具体而言，涉及一种静力台架及拟静力抗震试验装置。

背景技术：

抗震试验规程对拟静力抗震试验规定的标准试验条件，基本要求包括:滚动导轨，试验千斤顶，反力墙，静力台座以及往复作动器。

然而，当现有的试验室不满足相应的试验设备时，例如缺少试验千斤顶和/或滚动导轨时，而又为了研究端部有转角的弯、剪、压试件的抗震性能，那么，如何利用试验室的现有条件，设计出新的台架，满足抗震试验条件，进而进行抗震试验。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种静力台架，能够为试件提供平整场地，且保证为试件提供嵌固端的需求，利用现有试验条件进行拟静力抗震试验。

本发明的实施例是这样实现的：

基于上述目的，本发明的实施例提供了一种静力台架，用于将试件固定设置于具有反力墙的试验区域，所述静力台架包括台座、试件固定组件以及台座固定组件，所述台座包括座体水平固定部和试件固定部，所述座体水平固定部位于所述台座的端部；

所述台座固定组件包括第一固定组件，所述第一固定组件与所述座体水平固定部配合，能够将所述台座和所述反力墙固定连接，所述试件固定组件能够将所述试件固定设置于所述试件固定部。

另外，根据本发明的实施例提供的静力台架，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的可选实施例中，所述座体水平固定部包括承重抵压部和连接部，所述连接部开设有拉杆孔，所述拉杆孔与所述反力墙开设的调节孔相对应；

所述第一固定组件包括顶紧件和拉杆件，所述顶紧件的一端抵接所述承重抵压部，另一端抵接所述反力墙，所述拉杆件能够依次穿设于所述拉杆孔和所述调节孔，将所述台座与所述反力墙固定连接。

在本发明的可选实施例中，所述试件固定部开设有第一固定孔和第二固定孔；

所述试件固定组件包括压梁和具有定位调节件的水平限位组件，所述水平限位组件数量为至少两个，且分别为左侧限位组件和右侧限位组件，所述左侧限位组件固定设置于所述第一固定孔，所述右侧限位组件固定设置于所述第二固定孔，每个所述定位调节件均能够调节运动用于挤压所述试件；

所述压梁位于所述试件固定部上方，且与所述试件固定部形成用于夹紧所述试件的固定空间，所述压梁通过固定拉杆与所述试验区域固定连接。

在本发明的可选实施例中，所述水平限位组件还包括固定座，所述固定座包括固定连接部和定位调节部；

所述固定连接部开设有与所述第一固定孔和/或所述第二固定孔相对应的连接孔，通过连接件将所述固定座与所述试件固定部固定连接；

所述定位调节部开设有调节孔，所述定位调节件包括调节顶杆和抵块，所述调节顶杆穿设于所述调节孔，所述抵块设置于所述调节顶杆的一端且能够与所述试件抵接。

在本发明的可选实施例中，所述台座还包括座体竖向固定部，所述座体竖向固定部开设有多个定位条形孔，所述定位条形孔与所述试验区域的地锚孔相对应；

所述台座固定组件还包括第二固定组件，所述第二固定组件与所述座体竖向固定部配合，能够将所述台座与所述试验区域固定连接。

本发明还提供了一种拟静力抗震试验装置，包括反力墙和静力台架；

所述反力墙固定设置于试验区域，所述台座通过第一固定组件与所述反力墙固定连接。

在本发明的可选实施例中，所述拟静力抗震试验装置还包括反力加载架、第一球铰作动器以及第二球铰作动器；

所述反力加载架固定设置于所述试验区域，且所述静力台架位于所述反力加载架的下方，所述第一球铰作动器的第一端设置于所述反力加载架，所述第一球铰作动器的第二端与所述试件的柱头顶壁固定，所述第二球铰作动器的第一端固定设置于所述反力墙，所述第二球铰作动器的第二端与所述试件的柱头侧壁固定。

在本发明的可选实施例中，所述反力加载架包括加载梁，所述第一球铰作动器可调节的设置于所述加载梁的下方；

所述反力墙开设有多个调节孔，所述第二球铰作动器通过抵接件与所述反力墙固定连接。

在本发明的可选实施例中，所述拟静力抗震试验装置还包括转换头，所述转换头包括连接组件；

所述连接组件包括球铰固定座、试件柱头固定件以及锁紧件，所述球铰固定座和所述试件柱头固定件均开设有多个固定孔，所述球铰固定座和所述试件柱头固定件相对设置，且形成用于固定所述试件的柱头的夹紧空间，所述锁紧件依次穿过所述球铰固定座的固定孔和所述试件柱头固定件的固定孔，将所述球铰固定座与所述试件的柱头固定连接。

在本发明的可选实施例中，所述连接组件的数量为两个，且分别为第一连接组件和第二连接组件，所述第一球铰作动器通过所述第一连接组件与所述试件的柱头顶部固定连接，所述第二球铰作动器通过所述第二连接组件与所述试件的柱头侧壁固定连接。

本发明实施例的有益效果是：设计合理、结构简单，能够为试件提供平整场地，且保证为试件提供嵌固端的需求，实用性强，能够满足悬臂墙、双曲率柱以及上部更换滑动小车千斤顶后进行竖向的加载。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的静力台架的结构示意图；

图2为现有拟静力抗震试验装置的结构示意图；

图3为图1中台座的结构示意图；

图4为图1中a处的局部示意图；

图5为本发明实施例2提供的拟静力抗震试验装置的结构示意图；

图6为图5中的反力加载架的结构示意图；

图7为图5中试件的结构示意图；

图8图5中第一球铰作动器设置于加载梁的结构示意图；

图9为图5中转换头的结构示意图；

图10为拟静力抗震试验计算简图。

图标：100-静力台架；1-静力台座；2-反力架；3-反力墙；4-滚动导轨；5-千斤顶；6-往复作动器；10-台座；102-试件固定部；103-座体固定部；104-座体水平固定部；105-承重抵压部；106-拉杆孔；107-定位条形孔；12-试件固定组件；121-压梁；125-水平限位组件；126-固定座；127-固定连接部；128-定位调节部；129-定位调节件；13-台座固定组件；134-顶紧件；136-拉杆件；20-拟静力抗震试验装置；21-反力加载架；215-加载梁；216-销轴孔；22-第一球铰作动器；23-第二球铰作动器；24-地板；25-试件；251-柱脚；253-柱身；255-柱头；26-转换头；261-球铰固定座；262-试件柱头固定件；263-锁紧件；265-第一连接组件；266-夹持臂；268-第二连接组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

图1为本实施例提供的静力台架100的结构示意图，图2为现有拟静力抗震试验装置的结构示意图，请参照图1和图2所示。

现有的拟静力抗震试验装置，包括静力台座1、反力架2、反力墙3、滚动导轨4、千斤顶5以及往复作动器6。

然而，在具体试验时，由于试验室内相应设备不齐全，例如往往缺少千斤顶5和滚动导轨4，则根据现有的试验条件无法完成拟静力抗震试验。

为了研究弯剪压构件(端部有转角)的抗震性能，则需要在现有试验条件基础上进行设计、改进。则需要静力台架满足能够为试件提供嵌固的边界条件。

由于通常在试验室设计的时候，静力台架是作为结构试验室的整体设计的，通过合理锚固可保证静力台架不发生相对滑移，当静力台架没有作为整体设计的时候，如何利用试验室条件设计新的静力台架，使其满足试验条件，即设计用于将试件固定设置于具有反力墙的试验区域。

下面对该静力台架100的各个部件的具体结构和相互之间的对应关系进行详细说明。

请参照图1所示，静力台架100包括台座10、试件固定组件12以及台座固定组件13。其中，台座10用于水平设置于试验室的试验区域，通过台座固定组件13将其与试验室的反力墙3和试验地板24固定连接，通过试件固定组件12将待试验试件25固定设置于台座10上，配合试验室的其他设备进行拟静力抗震试验。

图3为台座10的结构示意图，请参照图3所示。

具体的，该台座10为沿水平方向延伸的由板制金属焊接而成的长方形板状结构，该台座10包括试件固定部102和座体固定部103，试件固定部102位于台座10的上表面，用于固定试件25。座体固定部103包括座体水平固定部104和座体竖向固定部，其中，座体水平固定部104位于台座10的端部，座体竖向固定部沿台座10的延伸方向分布，利用试验室试验区域现有的地锚孔进行固定。

可选的，座体水平固定部104包括承重抵压部105和连接部，连接部设置有加强筋，用于增加强度，连接部开设有贯通的拉杆孔106，抵压部位于连接部的下方，其中，拉杆孔106的大小和位置要与反力墙3开设的调节孔相对应，使试验者采用拉杆件136依次穿过拉杆孔106和调节孔，对台座10和反力墙3进行初始定位。

可选的，座体竖向固定部沿台座10的长度方向开设有多个定位条形孔107，该定位条形孔107贯通于台座10开设，且定位条形孔107的开设位置和开设大小要与现有试验室的试验区域的地锚孔相对应，通过紧固件就可以将台座10固定在试验区域的地板24上。

可选的，试件固定部102开设有多个固定孔，即用于将待试验试件25从水平方向进行限位固定。当试件25放置于台座10的试件固定部102上后，试件25将台座10上的固定孔划分为第一固定孔和第二固定孔。

在本实施例中，试件固定部102为台座10的上表面，台座10上表面开设有固定孔，座体水平固定部104位于台座10的端部，座体竖向固定部沿台座10的延伸方向设置，且沿台座10的高度方向开设贯穿的定位条形孔107。

请继续参照图1所示。台座固定组件13包括第一固定组件和第二固定组件，第一固定组件与座体水平固定部104配合，能够将台座10和试验室现有的反力墙3固定连接，第二固定组件与座体竖向固定部配合，能够将台座10与试验区域的地锚孔配合实现固定连接。

可选的，第一固定组件包括顶紧件134和拉杆件136，拉杆件136能够依次穿设于拉杆孔106和反力墙3的调节孔，将台座10与反力墙3进行初始固定，顶紧件134的一端抵接于承重抵压部105，另一端抵接于反力墙3，通过调节顶紧件134来顶紧台座10，使拉杆件136受拉力，限制台座10的水平位移。

在本实施例中，顶紧件134为机械千斤顶，装配时，先将台座10与反力墙3对应，使座体水平固定部104开设的拉杆孔106与反力墙3的调节孔相对应，采用拉杆件136穿设其中调节至合适位置且拧紧，然后将顶紧件134水平设置于反力墙3与座体水平固定部104之间，调节千斤顶5的高度，用于将台座10与反力墙3顶紧，实现水平固定的目的，初始状态时，机械千斤顶应处于顶紧状态。

拉杆件136的设计是利用反力墙3上的已有调节孔，保证试件25在推的时候台座10不发生水平位移，拉杆件136选用高强度、高模量、大直径的螺杆，配合机械千斤顶，保证试件25在拉的不发生位移。

可选的，第二固定组件为多根锁紧拉杆，锁紧拉杆依次穿入定位条形孔107和地锚孔，将台座10与试验区域的地面固定。

图4为静力台架100中a处的局部示意图，请参照图1和图4所示。

试件固定组件12包括压梁121和水平限位组件125，试件固定组件12能够将试件25固定设置于台座10的试件固定部102。压梁121和试验区域的地板24配合用于将试件25从竖向进行固定，水平限位组件125可调节的设置于台座10上，用于将试件25从水平方向进行两端限位。

可选的，水平限位组件125包括固定座126和定位调节件129，固定座126包括固定连接部127和定位调节部128，固定连接部127与台座10的试件固定部102配合固定，定位调节部128用于和试件25配合，固定连接部127开设有连接孔，该连接孔和固定孔相对应，通过连接件依次穿过，将固定连接部127与试件固定部102固定连接。

定位调节部128开设有调节孔，定位调节件129包括调节顶杆和抵块，调节顶杆为杆状结构，且设置有螺纹，调节顶杆穿设于调节孔，抵块固定设置于调节顶杆的一端，且抵块用于和试件25的一侧抵接，调节顶杆的另一端通过螺栓将调节顶杆锁紧，通过调节螺栓来调节固定座126与试件25之间的抵压力。

其中，水平限位组件125的数量为至少两个，至少一个设置于试件25的左侧，至少一个设置于试件25的右侧，设置于试件25左侧的水平限位组件125为左侧限位组件，设置于试件25右侧的水平限位组件125为右侧限位组件。

其中，左侧限位组件固定设置于第一固定孔，右侧限位组件固定设置于第二固定孔，每个定位调节件129均抵接于试件25的一侧，通过调节，将试件25从相对的两个方向进行挤紧固定，水平限位组件125限制试件25水平方向的位移，防止水平滑动。

水平限位组件125在台座10的位置可调节，以满足不同大小试件25加载的需求，台座10设计为可扩展的形式，满足扩展需求。

可选的，压梁121位于试件固定部102的上方，且压梁121位于左侧限位组件和右侧限位组件之间，压梁121与台座10的试件固定部102形成用于夹紧试件25的固定空间，压梁121的两端开设有贯穿孔，通过固定拉杆将压梁121与试验区域的地板24固定连接，压梁121约束试件25嵌固端，防止试件25转动。

在本实施例中，压梁121的数量为两个，分别抵压于试件25的两端，能够牢固、稳定的将试件25固定于台座10上，也将台座10与反力墙3、试验区域的地板24固定连接。

试件固定部102通过水平限位组件125限制其水平位移，两个压梁121和带墩头的固定拉杆，用于防止试件25转动，固定拉杆的墩头卡在地锚孔内，固定拉杆穿过压梁121，通过拧紧螺栓可在试件25、台座10以及地板24之间施加预紧力。

本发明实施例1提供的静力台架100具有的有益效果是：

设计合理、固定牢固，能够为试件25提供平整场地，且保证为试件25提供嵌固端的需求，该静力台架100还可以作为可扩展功能需求台架，满足悬臂墙、双曲率柱以及上部更换滑动小车千斤顶后进行竖向的加载。

实施例2

本发明实施例2提供了一种拟静力抗震试验装置20，包括反力墙3、反力加载架21、第一球铰作动器22、第二球铰作动器23以及如实施例1提供的静力台架100。

图5为实施例2提供的拟静力抗震试验装置20的结构示意图，图6为反力加载架21的结构示意图，请参考图5和图6所示。

现有试验室内固定设置有反力墙3，现有试验室试验区域的地板24开设有多个地锚孔，通过地锚孔和反力墙3将静力台架100的台座10进行固定，使得台座10通过第一固定组件与反力墙3固定连接，台座10通过第二固定组件与地板24固定连接。

现有试验室内固定设置有反力加载架21，反力加载架21位于静力台架100的空间上方，第一球铰作动器22与反力加载架21固定连接，第二球铰作动器23与反力墙3固定连接，第一球铰作动器22和第二球铰作动器23通过转换头26与试件25的柱头255固定连接，从而对试件25进行拟静力抗震试验。

可选的，第一球铰作动器22的第一端设置于反力加载架21，第一球铰作动器22的第二端与试件25的柱头255顶壁固定，第二球铰作动器23的第一端固定设置于反力墙3，第二球铰作动器23的第二端与试件25的柱头255侧壁固定。

第一球铰作动器22在水平加载时，会随水平位移摆动，为了达到理想条件，需满足第一球铰作动器22的上端完全嵌固在反力加载架21上，第一球铰作动器22的下端和试件25的柱头255的水平位移一致，并随柱头255转动。

可选的，第一球铰作动器22为150t作动器，其本身长度较高(臂杆收缩未伸出的初始长度约为3.2m)，柱的实际加载水平位移一般在200mm之内(满足大部分试件25至少6％的加载需求)，因此在加载时，第一球铰作动器22摆动对竖向轴力产生的影响可忽略；但试件25的水平力承载力，需按基本力学计算模型记入第一球铰作动器22摆动的影响。

图7为试件25的结构示意图，图8为第一球铰作动器22设置于加载梁215的结构示意图，请参照图7和图8所示。

试件25由下至上依次包括柱脚251、柱身253以及柱头255，柱脚251为试件25的固定部分，设置于静力台架100的台座10上，柱头255与作动器固定连接。

可选的，反力加载架21包括加载梁215，加载梁215沿竖向可以相对于架体调节运动，第一球铰作动器22沿水平方向可调节的设置于加载梁215的下方。第一球铰作动器22通过固定件设置于加载梁215上，其中，固定件上还开设有销轴孔216，固定装配时，采用销轴设置在销轴孔216处，达到抗滑移的目的。

第二球铰作动器23通过抵接件与反力墙3固定连接，由于反力墙3开设有多个调节孔，根据待试验的试件25结构和尺寸，调节第二球铰作动器23与反力墙3的相应位置。

为了使作动器可以和试件25的柱头255连接，设计了转换头26，用于保证第一球铰作动器22和第二球铰作动器23的水平位移、转动位移与试件25的位移一致。即第一球铰作动器22和第二球铰作动器23是通过转换头26与试件25的柱头255固定连接的，通过第一球铰作动器22和第二球铰作动器23实现试件25(悬臂柱)的柱头255摆动。

图9为转换头26的结构示意图，请参照图9所示。

转换头26包括连接组件，连接组件的数量为两个，两个连接组件相互配合，形成固定柱头255的夹紧空间，转换头26约束试件25的柱头255，以便施加往复水平位移和竖向位移。

每个连接组件均包括球铰固定座261、试件柱头固定件262以及锁紧件263，其中，球铰固定座261和试件柱头固定件262相对设置且均开设有多个固定孔，球铰固定座261和试件柱头固定件262形成用于固定试件25柱头255的夹紧空间，锁紧件263依次穿过球铰固定座261的固定孔和试件柱头固定件262的固定孔，将球铰固定座261与试件25的柱头255固定连接。

在本实施例中，连接组件分别为第一连接组件265和第二连接组件268，第一连接组件265竖向设置，第一球铰作动器22通过第一连接组件265与试件25的柱头255顶部固定连接，第二连接组件268水平设置，第二球铰作动器23通过第二连接组件268与试件25的柱头255侧壁固定连接。

可选的，第一连接组件265中的球铰固定座261顶部相对设置有夹持臂266，相对设置的夹持臂266目的是防止第一球铰作动器22和试件柱头固定件262的水平滑移。

可选的，第一球铰作动器22设置于该夹持臂266之间，且夹持臂266与第一球铰作动器22的耳板之间具有间隙，在本实施例中，该间隙为7mm左右，且第一球铰作动器22的耳板两侧通过嵌入钢条保证紧密贴实，保证第一球铰作动器22与球铰固定座261连接稳固不滑动。

为两个间隔设置的条形板，第二连接组件268中的试件柱头固定件262为一个整体固定板。且第一连接组件265中的锁紧件263与第二连接组件268中的锁紧件263交错设置固定。

可选的，第一球铰作动器22的本身长度明显要大于加载所需求的目标水平位移，因此可保证在整个加载过程中，轴力基本维持不变。试件25总水平承载力可通过第二球铰作动器23的力加上考虑第一球铰作动器22水平摆动影响引起的水平力计算。

本实施例2提供的拟静力抗震试验装置20采用了第一球铰作动器22和第二球铰作动器23，保证在实际加载中，试件25的柱头255可发生转动，第一球铰作动器22采用液压伺服作动器，可自动调节其位移，使其在竖向加载时可保证力不变。

本实施例2提供的拟静力抗震试验装置20可实现拟静力加载的需求，通过考虑力学简化模型，可计算出试件25总的水平力承载力，由于第一球铰作动器22球铰至试件25柱头255部加载中心有一定的高度，竖向水平摆动将引起的额外p-d效应和水平力分力，可按照柱底弯距等效的原则，将摆动的影响等效为水平力，并和第二球铰作动器23产生的水平力一起作为试件25总的水平力承载力，计算表明，摆动对轴力产生的影响很小，因此可忽略对竖向轴力的影响，计算简图见图10。

加载过程中，保持第一球铰作动器22施加的力p不变，逐渐增大第二球铰作动器23至目标位移δ2或目标力f1，那么此刻的修正公式如下：

轴力修正(影响很小可忽略)：

水平力修正:

式中：为竖向mts水平分力的影响产生的水平力；

p(δ1-δ2)/h0为竖向mts额外p-deta效应产生的水平力；f1为水平mts的水平力。

在本实施例中，反力墙3采用钢筋混凝土，反力墙3设计底部剪力为400t，弯矩3000tm；地锚孔时静力台架100，宽8.6m，长15m，允许的竖向荷载为6t/m²，锚孔抗拔力为50t/个(m60的锚栓)，锚槽抗拔力50t/m，反力墙3厚2.4m；第一球铰作动器22为150t，第二球铰作动器23为50t；反力加载架21为200t，反力加载架21可以实现的最大净空高6.1m，加载梁215中部距反力墙3的距离约4.4m；150t的第一球铰作动器22作用连接在加载梁215中部部位，初始未伸出长度约3.2m。

本实施例2通过利用两个作动器实现悬臂柱试件25拟静力抗震试验，反力加载架21提供了竖向反力，反力墙3提供水平反力，第一球铰作动器22施加竖向反力，同时保证试件25的柱头255可转动，满足悬臂柱柱头255自由转动的需求，第二球铰作动器23施加水平反力，保证悬臂柱头255转动需求。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。