专利名称：一种自平衡便携式自动控制剪力墙水平竖向荷载共同作用性能试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种自平衡便携式自动控制剪力墙水平竖向荷载共同作用性能试验装置及方法，属于混凝土建筑领域。
背景技术：
土木工程领域中，剪力墙作为结构的主要抗侧力构件，研究其滞回性能是非常重要的。目前在研究混凝土剪力墙滞回性能的试验中，主要是通过千斤顶施加竖向力，但是随着墙体在水平荷载作用下发生侧移时，千斤顶没有随试件发生侧移而产生试验误差；在加载过程中，试件底部的侧移对试验精度也产生较大的影响。
发明内容
本发明提供一种自平衡便携式自动控制剪力墙水平竖向荷载共同作用性能试验装置及方法，该装置组装简单，操作方便，试验所需仪器较少，可以在浇筑现场进行测试，只要进行局部拆卸和组装，操作方便。为了实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种自平衡便携式自动控制剪力墙水平和竖向荷载共同作用性能试验装置，其特征在于包括加载架装置、试件固定装置、试件加载装置以及数据采集系统；所述的加载架装置包括梯形水平反力架、工字型钢梁承台、横梁、立柱以及预应力钢索，所述的梯形水平反力架的下端与工字型钢梁承台的一端固定连接，梯形水平反力架的上端与横梁的一端固定连接，在横梁的另一端和工字型钢梁承台的另一端固定连接所述的立柱；所述的预应力钢索设置在梯形水平反力架内；所述的试件固定装置包括两个三角形钢架、两个固定作动器以及两套钢夹板，其中三角形钢架固定在所述的工字型钢梁承台上，在每个三角形钢架上连接一个所述的固定作动器；所述的试件加载装置包括水平作动器、三台竖向作动器、液压油源、控制器、水平荷载传感器、竖向荷载传感器以及位移传感器，所述的水平作动器一端通过球铰与梯形水平反力架连接，水平作动器另一端通过球铰与钢夹板连接，在水平作动器与钢夹板之间设置所述的水平荷载传感器，所述的三台竖向作动器通过球铰与横梁连接，所述的竖向荷载传感器与竖向作动器连接；所述的水平作动器和三台竖向作动器分别通过作动器专油管与液压油源连接；所述的数据采集系统包括控制器、多通道应变采集仪以及电脑，所述的水平荷载传感器、竖向荷载传感器和位移传感器分别通过导线与多通道应变采集仪连接。所述的液压油源、控制器、多通道应变采集仪、电脑通过数据线连接。在剪力墙墙体的顶面放置有安装滑轮的聚四氟乙烯板。自平衡便携式自动控制剪力墙水平和竖向荷载共同作用性能试验装置的测定方法，步骤如下
第一步将梯形水平反力架用地锚螺栓与地面连接固定，再将工字型钢梁承台分别通过高强螺栓和地锚螺栓与梯形水平反力架和地面连接固定；然后将横梁、立柱与梯形水平反力架、工字型钢梁承台之间采用高强螺栓连接，并通过预应力钢索对梯形水平反力架施加预应力；
第二步将水平作动器通过高强螺栓和球铰与梯形水平反力架连接，水平荷载传感器通过高强螺栓与水平作动器连接，并通过高强螺栓和球铰与钢夹板连接，然后将三台竖向作动器通过高强螺栓和球铰与横梁连接，并将竖向荷载传感器通过高强螺栓与竖向作动器、安装有滑轮的聚四氟乙烯板连接，把水平作动器和三台竖向作动器分别通过作动器专用油管与液压油源连接，并将液压油源、控制器、多通道应变采集仪、电脑通过数据线连接;
第三步将剪力墙试件通过底部锚固螺栓和螺栓杆固定到工字型钢梁承台上，通过两侧三角形反力架和固定作动器施加力，防止试件侧移，通过电脑和控制器调节水平作动器的行程到合适位置后，夹住两侧钢夹板，穿插螺栓杆并用螺栓拧紧；将安装有滑轮的聚四氟乙烯板放到试件的顶部。把位移传感器放置到预定的位置，并将水平荷载传感器、竖向荷载传感器、位移传感器通过四芯导线连接到多通道应变采集仪上；
第四步当需要测试时，通过电脑和控制器控制竖向作动器施加竖向荷载至预定值，然后按照水平荷载加载制度控制水平作动器施加水平往复荷载，直至试件破坏，并通电脑和过多通道应变采集仪试验过程中的水平力P和位移S ；
第五步根据试验过程中所记录的水平力P与水平力作用点处的水平位移S，作出试件的滞回曲线。与现有技术相比，本发明的有益效果是1、本发明测试装置竖向荷载和水平荷载均采用作动器进行加载，可灵活调节作动器的行程，在加载过程中通过电脑实现高精度控制，同时在试件底部两侧设置固定作动器，可有效防止在测试过程中试件发生移动，测试精度高。2、本发明装置组装简单，操作方便，试验所需仪器较少，可以在浇筑现场进行测试，只要进行局部拆卸和组装，操作方便。
图1是本发明测试装置的整体装置图。图2是本发明测试装置的加载装置图。图3本发明测试装置的试件锚固示意4是本发明位移传感器布置图。其中1 一梯形水平反力架；2—工字型钢梁承台；3—横梁；4一立柱；5 —闻强螺栓；6—预应力钢索；7—二角形钢架；8—固定作动器；9一钢夹板；10-螺栓杆；11 一底部锚固螺栓杆；12—固定荷载传感器；13—水平作动器；14一竖向作动器；15—液压油源；16—控制器；17—水平荷载传感器；18—竖向荷载传感器；19一位移传感器；20—大球铰；21_小球铰；22—油管；23—四芯导线；24—多通道应变采集仪；25—电脑；26 —四芯导线；27—聚四氟乙烯板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明
图1所示，本发明自平衡便携式自动控制剪力墙水平和竖向荷载共同作用性能试验装置，包括加载架装置、试件固定装置、试件加载装置、数据采集系统。加载架装置包括梯形水平反力架1、工字型钢梁承台2、横梁3、立柱4、预应力钢索6。梯形水平反力架I与工字型钢梁承台2之间采用高强螺栓5连接，横梁3、立柱4与梯形水平反力架1、工字型钢梁承台2之间采用高强螺栓5连接以便于拼装和运输，梯形水平反力架I通过预应力钢索6施加预应力。试件固定装置由两个三角形钢架7、两个固定作动器8和两套钢夹板9、螺栓杆10和底部锚固螺栓杆11组成。两个三角形钢架7和两台固定作动器8通过螺栓连接，工字型钢梁承台2与两个三角形钢架7之间采用螺栓连接。试件加载装置包括水平作动器13、三台竖向作动器14、液压油源16、控制器16、水平荷载传感器17、竖向荷载传感器18、位移传感器19，所述的水平作动器13通过高强螺栓5和大球铰20与梯形水平反力架I连接，水平荷载传感器17通过高强螺栓5与水平作动器13连接，并通过高强螺栓5和大球铰20与钢夹板9连接，所述的三台竖向作动器14通过高强螺栓5和小球铰21与横梁3连接，所述的竖向荷载传感器18通过高强螺栓5与竖向作动器14连接。水平作动器13和三台竖向作动器14分别通过作动器专用油管22与液压油源15连接，水平荷载传感器17、竖向荷载传感器18、位移传感器19分别通过四芯导线23与多通道应变采集仪24连接，位移传感器19包括水平方向布置的、竖直方向以及沿试件对角线布置的多个，在试件的顶面安装有带滑轮的聚四氟乙烯板27。数据采集系统包括控制器16、多通道应变采集仪24、电脑25，压油源15、控制器
16、多通道应变采集仪24以及电脑25通过数据线2连接。
权利要求
1.一种自平衡便携式自动控制剪力墙水平和竖向荷载共同作用性能试验装置，其特征在于包括加载架装置、试件固定装置、试件加载装置以及数据采集系统；所述的加载架装置包括梯形水平反力架(I)、工字型钢梁承台(2)、横梁(3)、立柱(4)以及预应力钢索(6)， 所述的梯形水平反力架(I)的下端与工字型钢梁承台(2)的一端固定连接，梯形水平反力架(I)的上端与横梁(3)的一端固定连接，在横梁(3)的另一端和工字型钢梁承台(2)的另一端固定连接所述的立柱(4);所述的预应力钢索(6)设置在梯形水平反力架(I)内；所述的试件固定装置包括两个三角形钢架(7)、两个固定作动器(8)以及两套钢夹板(9)，其中三角形钢架(7)固定在所述的工字型钢梁承台(2)上，在每个三角形钢架(7)上连接一个所述的固定作动器(8);所述的试件加载装置包括水平作动器(13)、三台竖向作动器(14)、 液压油源(15)、控制器(16)、水平荷载传感器(17)、竖向荷载传感器(18)以及位移传感器 (19)，所述的水平作动器(13) —端通过大球铰(20)与梯形水平反力架(I)连接，水平作动器(13)另一端通过大球铰(20)与钢夹板(9)连接，在水平作动器(13)与钢夹板(9)之间设置所述的水平荷载传感器(17)，所述的三台竖向作动器(14)通过小球铰(21)与横梁(3) 连接，所述的竖向荷载传感器(18)与竖向作动器(14)连接；所述的水平作动器(13)和三台竖向作动器(14)分别通过作动器专用油管(22)与液压油源(15)连接；所述的数据采集系统包括控制器(16)、多通道应变采集仪(24)以及电脑(25)，所述的水平荷载传感器(17)、 竖向荷载传感器(18)和位移传感器(19)分别通过导线(23)与多通道应变采集仪(24)连接。
2.根据权利要求1所述的自平衡便携式自动控制剪力墙水平竖向荷载共同作用性能试验装置，其特征在于所述的液压油源(15)、控制器(16)、多通道应变采集仪(24)、电脑 (25)通过数据线(2)连接。
3.根据权利要求1所述的自平衡便携式自动控制剪力墙水平竖向荷载共同作用性能试验装置，其特征在于在试件的顶面安装有带滑轮的聚四氟乙烯板(27)。
4.一种采用权利要求1所述的自平衡便携式自动控制剪力墙水平和竖向荷载共同作用性能试验装置的测定方法，其特征在于步骤如下第一步将梯形水平反力架(I)用地锚螺栓(28)与地面连接固定，再将工字型钢梁承台(2)分别通过高强螺栓(5)和地锚螺栓(28)与梯形水平反力架(I)和地面连接固定；然后将横梁(3)、立柱(4)与梯形水平反力架(I)、工字型钢梁承台(2)之间采用高强螺栓(5) 连接，并通过预应力钢索(6)对梯形水平反力架(I)施加预应力；第二步将水平作动器(13)通过高强螺栓(5)和大球铰(20)与梯形水平反力架(I)连接，水平荷载传感器(17)通过高强螺栓(5)与水平作动器(13)连接，并通过高强螺栓(5) 和大球铰(20 )与钢夹板(9 )连接，然后将三台竖向作动器(14)通过高强螺栓(5 )和小球铰 (21)与横梁(3)连接，并将竖向荷载传感器(18)通过高强螺栓(5)与竖向作动器(14)、聚四氟乙烯板(27)连接，把水平作动器(13)和三台竖向作动器(14)分别通过作动器专用油管(22)与液压油源(15)连接，并将液压油源(15)、控制器(16)、多通道应变采集仪(24)、 电脑(25)通过数据线(26)连接；第三步将剪力墙试件通过底部锚固螺栓和螺栓杆固定到工字型钢梁承台(2)上，通过两侧三角形反力架(7 )和固定作动器(9 )施加力，防止试件侧移，通过电脑(25 )和控制器(16)调节水平作动器(13)的行程到合适位置后，夹住两侧钢夹板(9)，穿插螺栓杆(10)并用螺栓拧紧；再调节竖向作动器(14)的行程将聚四氟乙烯板(27)放到试件的顶部，把位移传感器(19)放置到预定的位置，并将水平荷载传感器(17)、竖向荷载传感器(18)、位移传感器(19)通过四芯导线(23)连接到多通道应变采集仪(24)上；第四步当需要测试时，通过电脑(25)和控制器(16)控制竖向作动器(14)施加竖向荷载至预定值，然后按照水平荷载加载制度控制水平作动器(13)施加水平往复荷载，直至试件破坏，并通电脑(25)和过多通道应变采集仪(24)试验过程中的水平力P和位移S ；第五步 根据试验过程中所记录的水平力P与水平力作用点处的水平位移S，作出试件的滞回曲线。
全文摘要
本发明公开了一种自平衡便携式自动控制剪力墙水平竖向荷载共同作用性能试验装置及方法。其测定装置包括加载架装置、试件固定装置、试件加载装置以及数据采集系统；加载架装置包括梯形水平反力架、工字型钢梁承台、横梁、立柱以及预应力钢索，梯形水平反力架的下端与工字型钢梁承台的一端固定连接，梯形水平反力架的上端与横梁的一端固定连接，预应力钢索设置在梯形水平反力架内；试件固定装置包括两个三角形钢架、两个固定作动器以及两套钢夹板，其中三角形钢架固定在工字型钢梁承台上，在每个三角形钢架上连接一个固定作动器。本发明结构简单，拆卸方便，所需材料及以前少，不仅适用于科研，而且适用于施工现场对剪力墙试件滞回性能的测试。
文档编号G01M99/00GK103033385SQ20121056487
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者沈德建, 崔正华, 江倩艳, 申嘉鑫, 成大宝, 邓树成 申请人:河海大学, 南京博德工程技术有限公司