一种用于模拟多点水平动力荷载的加载装置及其试验方法与流程

本发明属于建筑用试验设备技术领域，尤其涉及一种用于模拟多点水平动力荷载的加载装置及其试验方法。

背景技术：

近年来，在国民经济总量大幅度提升的情况下，我国建筑业总产值和增加值持续增长，建筑业保持着快速发展的势头，高层、超高层建筑大量涌现，而在高层、超高层建筑施工过程中必须采用高空施工防护设备，这些设备中最为普遍的就是各种形式的脚手架。目前，多数脚手架所用的外层防护隔离装置仍然是密目安全网，即绿网，它的可重复使用性较差，而且风化较为严重，如果工期较长，其安全性就成了重要问题。为了克服密目安全网的缺陷，同时满足现阶段对建筑施工环境和施工过程中安全性、扬尘及噪声的控制要求，建筑市场已经开始使用一些其它形式的安全防护网，越来越多的建筑外立面防护装置选择封闭性较好的冲孔薄钢板防护网，虽然其具有安全、美观、防坠物等优点，但构造复杂，自重大，对风荷载的响应也更加敏感，而在试验研究中如何将均布的风荷载作用于此类试验结构上是至关重要的问题。目前主要通过作动器实现板状试验结构的动力加载，而一台作动器只能对一个点位进行加载，当需要对试验结构进行多点同时加载时，则须使用多台作动器，但即便使用多个相同的作动器对多点同时加载，也不易达到多点同时同步的试验要求，并且操作过程费事费力，人为因素大，精度较低，不能满足实际要求。

技术实现要素：

针对上述背景技术中指出的不足，本发明提供了一种用于模拟多点水平动力荷载的加载装置及其试验方法，旨在解决上述背景技术中现有的动力加载装置只能对一个点位进行加载，无法通过一台动力加载装置实现板状试验结构的多点同时加载，而采用多台动力加载装置进行多点同时加载时，难以达到多点同时同步的试验要求，且操作过程费事费力，人为因素大，精度较低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于模拟多点水平动力荷载的加载装置，包括大架，所述大架包括加载钢板、第一传力钢管、第一支撑钢板和加固钢管，所述加载钢板的一面上对称固定有多个第一传力钢管形成“爪”型结构，每个第一传力钢管的另一端分别固定连接有第一支撑钢板，多个第一支撑钢板的板面位于同一平面上，相邻的第一传力钢管之间固定连接有加固钢管。

优选地，所述大架的第一支撑钢板上通过螺栓孔连接有小架，所述小架包括连接钢板、第二传力钢管和第二支撑钢板，所述连接钢板上对称固定有多个第二传力钢管形成“爪”型结构，每个第二传力钢管的另一端分别固定连接有第二支撑钢板，多个第二支撑钢板的板面位于同一平面上，所述第二支撑钢板的板面所在的平面与第一支撑钢板的板面所在的平面平行。

优选地，所述第一传力钢管设置4个，与所述第一支撑钢板连接的4个第一传力钢管的端部位于方形的四角上。

优选地，所述第二传力钢管设置4个，与所述第二支撑钢板连接的4个第二传力钢管的端部位于菱形的四角上。

优选地，所述第一支撑钢板和第二支撑钢板为方形钢板或原形钢板。

本发明进一步提供了上述用于模拟多点水平动力荷载的加载装置的试验方法，该方法包括以下步骤：

(1)将多块相同材质和尺寸的风荷载试验板通过外框或斜撑连接为一整块待测试件后固定于双排脚手架上，所述风荷载试验板的数量与所述第一支撑钢板的数量相同；

(2)当加载装置仅使用大架时，将大架通过第一支撑钢板上的螺栓孔固定于所述待测试件上，其中，每一块风荷载试验板上均固定一个第一支撑钢板；当加载装置同时使用大架和小架时，先将小架通过第二支撑钢板上的螺栓孔固定于风荷载试验板上，每一块风荷载试验板上均固定一个小架，然后将大架通过第一支撑钢板上的螺栓孔固定于小架的连接钢板上；

(3)将电液伺服作动器通过螺栓与所述大架的加载钢板连接，电液伺服作动器固定于反力墙上，然后向电液伺服作动器输入基本风压和风压高度对待测试件进行加载试验，电液伺服作动器水平荷载采用位移控制的方式施加低周往复荷载，级差增量为10mm，且每级位移循环3周，直至待测试件破坏。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

本发明通过“爪”型结构的加载装置模拟多点水平动力荷载，采用等效集中力的方法，将均布的风荷载等效成作用于结构上的多点集中荷载来完成试验研究，能够实现全程动力加载系统的力或位移控制，利用一个作用点达到对结构进行多点同时同步的加载效果，确保试验的可行性与准确性，。本发明的加载装置结构简单、使用灵活，操作容易掌握，可实现对多种板结构进行多个点位的同时同步的加载试验，投资成本低，而且能取得良好的试验效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于模拟多点水平动力荷载的加载装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的大架的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的大架的正立面示意图。

图4是本发明实施例提供的小架的结构示意图。

图5是本发明实施例提供的小架的正立面示意图。

图6是本发明实施例提供的一种用于模拟多点水平动力荷载的加载装置的试验结构示意图。

图中：1-加载钢板；2-第一传力钢管；3-第一支撑钢板；4-加固钢管；5-连接钢板；6-第二传力钢管；7-第二支撑钢板；8-螺栓孔；9-防护网；10-电液伺服作动器；11-反力墙。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参照图1，一种用于模拟多点水平动力荷载的加载装置，包括大架和小架，大架包括加载钢板1、第一传力钢管2、第一支撑钢板3和加固钢管4，小架包括连接钢板5、第二传力钢管6和第二支撑钢板7，大架和小架的结构相似，均成“爪”型结构，针对风荷载试验板尺寸较大时，可同时使用大架和小架。大架的结构如图2-3所示，加载钢板1的一面上对称固定有4个第一传力钢管2，使其形成“爪”型结构，4个第一传力钢管2的另一端分别固定连接有第一支撑钢板3，第一支撑钢板3总共为4个，其板面位于同一平面上，确保风荷载试验板受力的均匀性，与第一支撑钢板3连接的4个第一传力钢管2的端部位于方形的四角上；由于大架结构呈“爪”型，为提高试验过程中第一传力钢管2的强度，在相邻的第一传力钢管2之间固定连接加固钢管4。小架的结构如图4-5所示，连接钢板5上对称固定有4个第二传力钢管6，使其形成“爪”型结构，4个第二传力钢管6的另一端分别固定连接有第二支撑钢板7，总共为4个，其板面也位于同一平面上，与第二支撑钢板7连接的4个第二传力钢管6的端部位于菱形的四角上，大架和小架两级一分为四的方式实现一点作用，多点加载，根据荷载施加过程中的分解方式，提出将4个第一传力钢管2的末端部位于方形的四角上和4个第二传力钢管6的端部位于菱形的四角上的结构，能够更有效的模拟多点水平动力荷载的加载过程。大架的4个第一支撑钢板3上均连接一个小架，具体是通过第一支撑钢板3上的螺栓孔8与连接钢板5固定连接，第二支撑钢板7的板面所在的平面与第一支撑钢板3的板面所在的平面平行。

实施例2

参照图2-3，一种用于模拟多点水平动力荷载的加载装置，包括加载钢板1、第一传力钢管2、第一支撑钢板3和加固钢管4构成的“爪”型结构的大架，针对风荷载试验板尺寸较小时，仅可使用大架即可；在加载钢板1的一面上对称固定4个第一传力钢管2，4个第一传力钢管2的另一端分别固定连接第一支撑钢板3，第一支撑钢板3总共为4个，其板面位于同一平面上，确保风荷载试验板受力的均匀性，根据荷载施加过程中的分解方式，为确保每一位点上施加动力荷载均匀性的效果，提出将4个第一传力钢管2的末端部位于方形的四角上的结构。为提高动力荷载加载过程中第一传力钢管2的强度，在相邻的第一传力钢管2之间固定连接加固钢管4。

实施例1和2中的第一支撑钢板3和第二支撑钢板7均可采用方形钢板或原形钢板。

实施例3

通过室内水平推力试验，将均布的风荷载等效成作用于结构的多点集中荷载，验证脚手架防护网9在高空风荷载作用下的有限元分析结果，得到防护网9在水平推力作用下的荷载最不利位置和最大位移，找到防护网9的变形和应力分布规律。依据水平推力作用在斜撑交叉部位和冲孔防护网9网面部位设计了两组试件，两组试件均选取四块防护网9，固定在双排脚手架上，如下图6所示，试验方法的具体步骤如下：

(1)试验中防护网9的数量应与加载装置中第一支撑钢板3的数量相同，因而选用4块相同材质和尺寸的防护网9通过外框或斜撑连接为一整块待测试件后固定于双排脚手架上。

(2)此试验中采用实施例1的加载装置，根据实施例1安装加载装置：先将4个小架通过第二支撑钢板7分别固定于斜撑交叉部位处的4块防护网9上，然后将大架通过第一支撑钢板3固定于小架的连接钢板5上；大架的4个第一支撑钢板3分别固定于4个小架上。当试验中试验板的尺寸较小时，仅可使用大架，将大架的每一个第一支撑钢板3分别固定在一块试验板上即可。

(3)加载系统由mts电液伺服作动器10、加载装置和大型反力墙11组成，mts电液伺服作动器10固定于反力墙11上，加载装置通过4组32mm的螺栓与mts电液伺服作动器10连接，向电液伺服作动器10输入基本风压和风压高度对待测试件进行加载试验，由mts电液伺服作动器10的顶出和收缩，实现对防护网9多点进行同时同步拉压荷载的施加。

荷载计算如下：取b类场地为计算对象，基本风压分别取0.3、0.4、0.5、0.6kn/m²，共四组，风压高度分别取20m、50m、100m，根据《建筑结构荷载规范》取风压高度变化系数和阵风系数，风荷载体型系数取1.0，为模拟风荷载，将其按面积等效为集中力，计算结果如表1所示。

表1荷载计算表

mts电液伺服作动器10水平荷载采用位移控制的方式施加低周往复荷载，级差增量为10mm，且每级位移循环3周，直至试件破坏，加载制度如表2所示。

表2试验加载制度

试件破坏方式的判定：当试件发生整体倾覆、外框或斜撑折断、网面大面积破裂、从连接件卡座中滑移脱出等现象时，即视为试件破坏，应终止加载。根据试验结果，本发明的加载装置达到了对板结构进行多点同时同步的加载效果，也保证了试验的可行性与准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。