变形可控的水平往复加载试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及建筑构件试验装置，具体是一种变形可控的水平往复加载试验装置及其试验方法。

背景技术：

外墙挂板作为建筑结构中面积最大的围护构件，不仅承担了外界水平荷载的综合作用，还具有阻隔内外热能交换的功能，外挂墙板在使用过程中的安全性至关重要。因此对于墙体与挂板之间连接件的性能进行研究是非常有必要的，而剪切性能是其性能的主要指标，由于连接件平面外刚度较小，试验过程中容易发生水平方向的扭动和垂直方向的旋转，影响试验结果。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种通用性强、试验数据准确的变形可控的水平往复加载试验装置及其试验方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种变形可控的水平往复加载试验装置，包括试验台座，试验台座的一端设有反力墙，试验台座的中部安装支座，支座上设有侧向限位系统，侧向限位系统包括左、右侧板和高度低于左、右侧板的前、后端板；前、后端板的上方设有左右对称的变形约束系统，变形约束系统包括置于左侧板内侧的条形压板，压板的两端通过竖直的定位螺杆与左侧板连接，压板的上方由下至上依次安装下固定板、定位套筒和上固定板，下固定板和上固定板之间安装竖向的小车，小车靠近左侧板，上、下固定板的相对面分别设有聚四氟乙烯板；水平加载系统的前、后连接板的左端置于上、下固定板之间。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，有益效果是：

上、下固定板与前、后连接板接触面分别设置有聚四氟乙烯板，有效避免加载板垂直方向旋转的同时，最大限度的减小摩擦力对试验结果的影响；前、后连接板与左、右侧板位板之间设有自由滚动的小车，既有效避免加载板水平方向的扭动，又避免摩擦力的影响，试验数据准确，能够进行拟动力实时加载试验。

进一步的，本发明的优化方案是：

定位螺杆的下部与固定螺母配合，固定螺母通过与垫块与左侧板固接，垫块置于与左侧板的下部；压板上设有与定位螺杆配合的固定螺母，下固定板的下方设有与定位螺杆配合的高度调整螺母，上固定板上方设有与定位螺杆配合的调节螺母。

小车包括滚轮、上端板和下端板，滚轮的两端设有轮轴，轮轴安装在上端板和下端板的轴孔内，滚轮为多个并列设置。

左侧板、右侧板、前端板和后端板的内侧分别安装顶板。

左侧板、右侧板、前端板和后端板分别安装顶丝，顶丝的内端与顶板接触。

左侧板和右侧板的上部安装限位杆。

支座包括上支墩、下支墩和千斤顶，上支墩和下支墩是框架结构的焊接构件，下支墩的底部设有底板，上支墩安装在下支墩内侧，下支墩设有竖向的长连接孔，上支墩和下支墩通过螺栓连接；上支墩的上端和下端分别设有上座板和下座板，上座板分别与左侧板、右侧板、前端板和后端板的下端固接；上支墩的下座板与下支墩的底板之间安装液压千斤顶或螺旋千斤顶。

水平加载系统包括mts作动器、水平加载头、前水平连接板、后水平连接板和连接螺杆，前水平连接板和后水平连接板通过连接螺杆连接，前水平连接板与加载头的一端固接，加载头的另一端与mts作动器的一端固接，mts作动器的另一端通过固定座与反力墙固接。

定位套筒的高度大于前连接板的高度与聚四氟乙烯厚度总和。

上述变形可控的水平往复加载试验装置的试验方法，包括如下步骤:

a、将下支墩固定于试验台座上，将千斤顶放入下支墩中间位置，放入上支墩，调整上支墩竖向高度，并用紧固螺栓固定；

b、将左侧板、右侧板分别与上支墩的上座板进行焊接；在左、右侧板内侧的两端分别焊接垫块和固定螺母；

c、吊装试件，将试件放入左右侧板内部，在试件与左侧板、右侧板、前端板和后端板的缝隙处放入顶板，调节顶丝进行固定；

d、将压板、调节螺母放入试件间隙内，穿入定位螺杆，并采用调节螺母固定试件底座；

e、穿入下固定板、定位套筒，将滚动小车、聚四氟乙烯板放入指定位置，穿入上固定板，并采用调节螺母固定上、下固定板；

f、将前、后水平连接板与试件相固定，前水平连接板通过试件加载板并与水平加载头相连接；

g、进行往复加载试验。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是变形约束及限位系统示意图；

图3是变形约束及限位系统正视图；

图4是变形约束及限位系统俯视图；

图5是变形约束及限位系统侧视图；

图6是图5的a-a剖视图；

图7是试件结构示意图；

图8是小车结构示意图；

图中：反力墙1；试验台座2；mts作动器3；水平加载头4；下支墩5；底板5-1；支腿5-2；长连接孔5-3；上支墩6；上座板6-1；千斤顶7；紧固螺栓8；调节孔9；前水平连接板10；后水平连接板11；试件12；连接螺杆13；右侧板14；前端板15；限位螺母16；限位杆17；垫块18；固定螺母19；定位螺杆20；压板21；下固定板22；定位套筒23；上固定板24；聚四氟乙烯板25；调节螺母26；顶丝27；小车28；顶板29；试件加载板30；试件连接件31；试件底座32；上端板33；滚轮34；下端板35；左侧板36；固定座37；后端板38。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详述本发明。

参见图1、图2，一种变形可控的水平往复加载试验装置，由反力墙1、试验台座2、支座、侧向限位系统、变形约束系统和水平加载系统构成。试验台座2的左端的上部安装端反力墙1，试验台座2的中部安装支座（图2、图3所示）。支座由上支墩5、下支墩6和千斤顶7构成，上支墩5和下支墩6是框架结构的焊接构件，上支墩5和下支墩6为板凳形状。上支墩5由底板5-1和四个支腿5-2构成，支腿5-2是角钢，支腿5-2的下端焊接在底板5-1上，每个支腿5-2的两个面分别加工有竖向的长连接孔5-3。上支墩6安装在下支墩5内侧，上支墩6和下支墩5通过螺栓连接，上支墩6在下支墩5内能够上下移动。上支墩6的上端和下端分别焊接矩形的上座板6-1和下座板，上支墩6的下座板与下支墩5的底板5-1之间安装千斤顶7，千斤顶7是液压千斤顶或螺旋千斤顶。通过下支墩5和上支墩6中间的千斤顶7，调节上支墩6高度，以适应各种高度不同的剪切试件。

支座上设有侧向限位系统（图2、图3、图4所示），侧向限位系统包括左侧板36、右侧板14、前端板15和后端板38，左侧板36、右侧板14、前端板15和后端板38的下端分别与上支墩6的上座板焊接，左侧板36、右侧板14、前端板15和后端板38内部尺寸大于试件底座32的尺寸，左侧板36和右侧板14置于上座板6-1的左右两侧，前端板15和后端板38置于上座板6-1的前后两端。前端板15和后端板38的高度低于左侧板36和右侧板14的高度，前端板15和后端板38位于左侧板36和右侧板14的内侧，左侧板36、右侧板14、前端板15和后端板38组成箱体结构。前端板15和后端板38的高度低于试件底座32的高度。左侧板36和右侧板14的上部通过两根限位杆17和调节螺母26连接，避免加载过程中左侧板36和右侧板14张开。左侧板36、右侧板14、前端板15和后端板38的内侧分别安装顶板29，避免试件12与顶丝27直接接触发生局部破坏。左侧板36、右侧板14、前端板15和后端板38分别安装两个顶丝27，顶丝27的内端与顶板29接触，通过调节顶丝27前后位置固定试件12，保证加载过程中试件12位置不变。

前端板15和后端板38的上方设有变形约束系统（图4、图5、图6所示），变形约束系统为左右对称结构，分别位于左侧板36和右侧板14的内侧。变形约束系统由垫块18、固定螺母19、定位螺杆20、压板21、下固定板22、定位套筒23、上固定板24、聚四氟乙烯板25和小车28构成。左侧板36内侧的两端分别安装有竖直的定位螺杆20，定位螺杆20的高度大于或等于左侧板36的高度，定位螺杆20的下部与两个固定螺母19配合，固定螺母19与垫块18焊接，垫块18与左侧板36焊接。压板21的两端安装在定位螺杆20上，压板21为长条形，压板21的上方安装螺母，螺母与定位螺杆20配合用于压紧试件12的试件底座32，避免试件底座32产生垂直方向翘起。压板21的上方由下至上依次安装下固定板22、定位套筒23和上固定板24，下固定板22和上固定板24为长条形，定位套筒23套装在定位螺杆20上。下固定板22的下方的定位螺杆20旋合有定位螺母，用于下固定板22的定位。上固定板24上方安装与定位螺杆20配合的调节螺母26。下固定板22和上固定板24之间安装竖向的小车（图8所示）28，小车28靠近左侧板36的内侧面，小车28由上端板33、滚轮34和下端板35，上端板33和下端板35为长条形，上端板33和下端板35的两端分别加工有两个轴孔，滚轮34的两端加工轮轴，轮轴安装在上端板33和下端板35的轴孔内，使小车28成为一个整体自由滚动，滚轮34为四个并列设置。上固定板24和下固定板22的相对面分别安装聚四氟乙烯板25，聚四氟乙烯板25的厚度是2毫米，以减小接触面摩擦带来的影响。定位套筒23的高度大于前水平连接板10的高度与聚四氟乙烯25厚度总和，避免由于预加应力产生摩擦力。。

水平加载系统（图1、图2、图3所示）由mts作动3、水平加载头4、前水平连接板10、后水平连接板11和连接螺杆13构成。前水平连接板10和后水平连接板11的左端置于左侧板36一侧的上固定板24和下固定板22之间，前水平连接板10和后水平连接板11的右端置于右侧板14一侧的上固定板24和下固定板22之间。前水平连接板10和后水平连接板11通过两根连接螺杆13连接，前水平连接板10的内侧面与试件加载板30接触，前水平连接板10的外侧与水平加载头4的一端通过螺栓接，水平加载头4是焊接构件，水平加载头4的另一端与mts作动器3的一端通过螺栓连接，mts作动器3的另一端与固定座37通过螺栓连接，固定座37是钢板焊接构件，固定座37安装在与反力墙4上，mts作动器3型号为243.41s，最大加载速率为100mm/s。试件12通过前水平连接板10、后水平连接板11和水平连接螺杆13固定，通过前连接板10施加水平推力，通过后水平连接板11和连接螺杆13施加水平拉力。

本实施例所述的变形可控的水平往复加载试验装置的试验方法，按如下步骤进行:

a、将下支墩5固定于试验台座2上，将千斤顶7放入下支墩5的中间位置，放入上支墩6，调整上支墩6的竖向高度，并用紧固螺栓将下支墩5和上支墩6固定；

b、将左侧板36、右侧板14的下端分别与上支墩6的上座板6-1进行焊接；在左侧板36和右侧板14内侧的两端分别焊接垫块18和固定螺母19；

c、吊装试件12（图7所示），将试件12放入左侧板36和右侧板14内部，试件12与左侧板36、右侧板14、前端板15和后端板38的缝隙处放入顶板29，调节顶丝27进行固定；

d、焊接垫块18和固定螺母19，将压板21、固定螺母放入试件12的试件加载板30和试件底座32之间的间隙内，穿入定位螺杆20，并采用固定螺母固定试件底座32；

e、穿入下固定板22、定位套筒23，将滚动小车28、聚四氟乙烯板25放入指定位置，穿入上固定板24，并采用调节螺母26固定上固定板24和下固定板22；

f、将前水平连接板10、后水平连接板11与试件12相固定，前水平连接板10与水平加载头4相连接；

g、进行往复加载试验。

本发明的支座采用设计成高度可以自由调节的形式，适应于不同连接件长度试件。试件加载板上下接触面分别设置有聚四氟乙烯板，有效避免加载板垂直方向旋转的同时，最大限度的减小摩擦力对试验结果的影响。试件加载板与侧向限位板之间设置有自由滚动的小车，既有效避免加载板水平方向的扭动，又避免摩擦力的影响。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。