专利名称：一种墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置及其制作实施方法
技术领域：
本发明涉及一种墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置及其制作实施方法， 属于结构模型试验装置及其制作领域。
背景技术：
我国属于一个地震多发国家，多年来的地震灾害造成了巨大的人员伤亡和财产损 失。所以做好建筑结构的抗震设防工作也就成了土木工程领域亟需研究和解决的课题。模拟地震振动台可以真实地再现地震过程，是研究建筑结构抗震性能很好的试验 方法之一。目前土木工程领域的模拟地震振动台试验主要是针对整体的建筑模型来进行 的。而通过大量的试验研究可以发现，结构破坏的薄弱部位均位于结构的中下部位的主要 受力构件，因此，对从结构中抽取出来的关键受力构件进行模拟地震振动台试验有造价低， 制作方便，直观实用的优点。本发明从研究各种结构构件的抗震性能出发，通过合理设计，综合考虑各种构件 的特点，形成一种即能用于墙体模型又能用于柱体模型的模拟地震振动台试验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种即能用于墙体又能用于柱体的模拟地震 振动台试验装置及其制作方法，从而直观地对墙体和柱体进行模拟地震振动台试验，供科 研人员进行结构抗震试验研究使用。本发明采用的技术方案是用荷重部分，夹件部分，防护部分以及锚固部分这四个部分组成一套试验装置。荷 重部分固定于结构模型上部荷重梁上方用以为结构模型提供配重；夹件部分要保证荷重部 分紧密地固定在构件上方，且既能适用于墙体模型，又能适用于柱体模型；防护部分设计的 目标是当构件在试验过程中发生失稳现象时能够对试验人员和相关设备进行保护；锚固部 分要能将防护部分固定在其上方，且能把构件模型的基础紧固住，保证在试验时基础不发 生或少发生位移。一种墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，所述试验装置分包括荷重部 分，夹件部分，防护部分以及锚固部分四个部分，其特征在于所述荷重部分为一个立方体 的铁槽，铁槽内分成相同体积的4个部分，各部分装入质量块，所述荷重部分固定于结构模 型上部荷重梁上方用以为结构模型提供配重；所述夹件部分由两个用铁板焊成的槽型装 置、配套的高强螺丝杆和高强螺帽组成，两个槽型装置牢固对称焊接在荷重部分下方，并保 证其间有足够距离，以满足不同体型构件模型的紧固需要，所述高强螺丝杆穿过槽型装置 和构件模型上部荷重梁中的预留孔洞，并用高强螺帽把荷重梁两头紧固，为了在紧固时不 压坏荷重梁上的混凝土，荷重梁和高强螺帽之间垫有铁板，使紧固力均勻地施加在荷重梁 侧面上，所述高强螺丝杆两头通过槽型装置外侧的高强螺帽固定在槽型装置上，这样可以保证荷重部分紧密地固定在构件上方。以保证在试验时构件配重能充分发挥作用；所述 防护部分由支柱和防护架组成，其作用是当构件在试验过程中发生失稳现象时对试验人员 和相关设备进行保护，支柱上方的防护架在所述荷重部分周围围成一个矩形，所述防护架 和支柱之间采用高强螺杆和高强螺帽连接，可根据构件模型的具体高度来调节防护架的位 置，使防护架围在荷重部分周围；所述锚固部分主要由两个空心的钢管构成，钢管固定在振 动台上，所述防护部分的支柱与钢管相连，将防护部分固定在钢管上方，同时，高强螺丝杆 穿过空心钢管把构件模型的基础紧固住。保证在试验时基础不发生或少发生位移。所述质量块为铁块、石块或沙袋。所述支柱为4个工字型截面的钢支柱。所述防护架由槽型截面的钢杆里面塞上起缓冲作用的橡胶防护垫组成。由于施工 误差以及试验方法不当，试验时试件和试验装置荷重槽可能会发生非振动方向或振动方向 的失稳。这时支柱上方围成矩形的防护架就可以起到防护作用(橡胶防护垫还可以在失稳 现象发生时起到一定缓冲作用)，以免造成人员的受伤和周围财物的损坏。与振动方向垂直的防护架与荷重部分之间留有一定距离，所述距离根据试验时构 件模型顶部可能发生的位移大小来控制。所述防护部分侧面的支柱之间分别焊接两个槽型截面的钢杆，钢杆槽型开口向 上，里面塞有起缓冲作用的橡胶防护垫。这是为了在试验时一旦发生构件脆性坍塌时用以 支撑试验装置荷重槽的，同样是为了避免人员的受伤和周围财物的损坏。所述锚固部分的钢管为方形钢管。所述结构模型为墙体模型或柱体模型。上述试验装置各构件均采用Q345钢材。所述的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，其各部件制作方法如下步骤一.制作荷重部分。荷重部分为一个用8块铁板拼焊成的立方体的铁槽，并使铁槽内分成相同体积的 4个部分，各部分可均勻装入同等质量的配重块。荷重部分应有足够大的空间，使其自重和 配重块的总重能够达到一般试验需求。步骤二 .制作夹件部分。用两个用铁板焊成的槽型装置，牢固对称焊接在荷重部分下方，并保证其间有足 够距离，这样可以满足不同体型构件的紧固需要。另外配一根长度足够的高强螺丝杆，用于 穿过槽型装置和墙体或柱体等构件模型的荷重梁中的预留孔，并可用数个高强螺帽(数量 依情况而定)把荷重梁两头紧固。为了在紧固时不压坏荷重梁上的混凝土，应该在荷重梁 和高强螺帽间垫上铁板，使紧固力均勻地施加在荷重梁侧面上。同时用高强螺帽在两个槽 型装置的两头把上述高强螺丝杆也固定住。这样可以保证荷重部分紧密地固定在构件上 方。以保证在试验时构件配重能充分发挥作用。步骤三.制作防护部分。防护部分固定在锚固部分上方。防护部分是由4个工字型截面的钢支柱和防护装 置组成的。支柱上方防护架在试验装置荷重部件周围围成一个矩形，防护架是槽型截面的钢 杆里面塞上橡胶防护垫组成的。由于施工误差以及试验方法不当，试验时试件和试验装置荷重槽可能会发生非振动方向或振动方向的失稳。这时支柱上方围成矩形的防护架就可以 起到防护作用(橡胶防护垫还可以在失稳现象发生时起到一定缓冲作用)，以免造成人员 的受伤和周围财物的损坏。注意与振动方向垂直的防护杆与荷重部分的距离根据要试验时 构件顶部可能发生的位移大小来控制。在制作防护部分时4个钢支柱的高度可以进行灵活变化，以适应不同高度构件的 试验需要。另外支柱上方防护架和4个钢支柱之间是用16个高强螺杆和48个高强螺帽连 接的，可以根据构件的具体高度来调节防护架的位置，使防护架围在荷重槽周围。防护部分侧面的支柱之间分别焊接两个槽型截面的钢杆，钢杆槽型开口向上，里 面同样塞上能起到缓冲作用的橡胶防护垫，这是为了在试验时一旦发生构件脆性坍塌时用 以支撑试验装置荷重槽的，同样是为了避免人员的受伤和周围财物的损坏。步骤四.制作锚固部分锚固部分主要是由两个空心的方形钢管构成，钢管固定在振动台上。本试验装置 的防护部分固定在上述钢管上方，同时用高强螺丝杆穿过方形钢管把构件的基础紧固住， 保证在试验时基础不发生或少发生位移。上述墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置的具体实施方法如下步骤一对原结构的进行缩尺，并设计结构模型并施工；步骤二 使结构模型上部的荷重梁上表面水平并预留一孔洞；步骤三计算结构模型所需配重，选择适当配重块；步骤四将配重块均勻装入荷重部分铁槽内的四个部分内，并将配重块用胶水、泡 沫填缝剂固定在铁槽内；步骤五将锚固部分固定在振动台台面上，并将支柱下端固定在锚固部分的空心 钢管上，通过拧动支柱上方的螺帽来调节防护架到合适的位置，以保证将来防护架围在铁 槽周围；步骤六将养护好的结构模型吊装到振动台上并固定在振动台面上，使其置于已 安装好锚固部分以及钢支柱中间位置；步骤七将荷重部分和夹件部分吊装压到结构模型的荷重梁上表面，居中放置，将 高强螺丝杆穿过夹件部分的槽型装置和结构模型的荷重梁中预留孔洞，并用高强螺帽把荷 重梁两头紧固，将荷重梁和高强螺帽间垫上铁板，同时，采用高强螺帽将高强螺丝杆两头固 定在夹件部分两个槽型装置上；步骤八用高强螺丝杆穿过空心钢管把构件模型的基础紧固住。其中，所述步骤四中，对难以放下配重块的空间用铁块塞紧，并用木楔子加以挤 密。这样可以在试验时尽量使铁槽内的配重块粘结紧密而不致发生晃动，保证良好的试验 效果。有益效果采用本发明的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置及其制作方法，能够直 观地对墙体和柱体进行模拟地震振动台试验，且装配使用方便，适用面宽，安全性好。
图1是本发明试验装置的荷重部分和夹件部分示意图。
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图2是图1中A-A剖面图。图3是图1中B-B剖面图。图4是图1中C-C剖面图。图5是本发明试验装置的防护部分和锚固部分正面示意图。图6是本发明试验装置的防护部分和锚固部分侧面示意图。图7是图5和图6中D-D面的显示防护架截面构成情况的剖面图。图8是图5和图6中E-E面的显示防护架截面构成情况的剖面图。图9是图5和图6中F-F面的显示防护架截面构成情况的剖面图。图10是本发明试验装置用于某墙体模型模拟地震振动台试验的正面图。图11是本发明试验装置用于某墙体模型模拟地震振动台试验的侧面图。图12是本发明试验装置用于某墙体模型模拟地震振动台试验的俯视图。图13是本发明试验装置用于某柱体模型模拟地震振动台试验的正面图。图14是本发明试验装置用于某柱体模型模拟地震振动台试验的侧面图。图15是本发明试验装置用于某柱体模型模拟地震振动台试验的俯视图。附图标记1-荷重部分；2-夹件部分；3-防护部分；4-锚固部分；5-高强螺帽； 6_铁板；7-高强螺丝杆；8-防护架；9-支柱；10-振动台；11-高强螺杆；12-橡胶防护垫； 13-墙体模型；14-柱体模型。
具体实施例方式下面结合附图1-15对本发明做进一步说明。实施例1 需要对某种墙体进行模拟地震振动台试验来对其抗震性能进行研究。具体见附图 10、图 11、图 12。采用本发明的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，试验装置分包括荷重 部分1，夹件部分2，防护部分3以及锚固部分4四个部分，荷重部分1为一个立方体的铁槽， 铁槽内分成相同体积的4个部分，各部分装入铁块、石块或沙袋等质量块，荷重部分1固定 于墙体模型13上部荷重梁上方用以为墙体模型提供配重；夹件部分2由两个用铁板焊成的 槽型装置、配套的高强螺丝杆7和高强螺帽5组成，两个槽型装置牢固对称焊接在荷重部分 1下方，并保证其间有足够距离，以满足不同体型墙体模型的紧固需要，高强螺丝杆7穿过 槽型装置和墙体模型13上部荷重梁中的预留孔洞，并用高强螺帽5把荷重梁两头紧固，荷 重梁和高强螺帽5之间垫有铁板6，高强螺丝杆7两头通过槽型装置外侧的高强螺帽5固定 在槽型装置上；防护部分3由4个工字型截面的钢支柱9和防护架8组成，支柱9上方的防 护架8在所述荷重部分1周围围成一个矩形，防护架8由槽型截面的钢杆里面塞上橡胶防 护垫12组成。与振动方向垂直的防护架8与荷重部分1之间留有一定距离，所述距离根据 试验时墙体模型顶部可能发生的位移大小来控制。防护部分3侧面的支柱9之间分别焊接 两个槽型截面的钢杆，钢杆槽型开口向上，里面塞有起缓冲作用的橡胶防护垫12。防护架8 和支柱9之间采用高强螺杆11和高强螺帽5连接，可根据墙体模型的具体高度来调节防护 架8的位置，使防护架8围在荷重部分周围；所述锚固部分4主要由两个空心的方形钢管构 成，方形钢管固定在振动台10上，防护部分3的支柱9与方形钢管相连，将防护部分3固定在方形钢管上方，同时，高强螺丝杆穿过空心钢管把墙体模型的基础紧固住。其相应的实施步骤如下对原墙体进行缩尺，设计墙体模型13并施工。注意使墙体模型13的荷重梁上表 面水平并预留一个与本发明试验装置相配套的孔洞(可以通过预埋钢管或硬塑料管来实 现)。计算墙体模型所需的配重，计划好应该用哪种配重块(铁块、石块、沙袋等)。接下来将 配重块均勻装入本发明试验装置荷重槽内的4个格内，并将荷重块用胶水，泡沫填缝剂等 粘结剂固定在铁槽内。对难以放下配重块的空间可以用铁块塞紧，并用木楔子加以挤密，这 样可以在试验时尽量使铁槽内的配重块粘结紧密而不致发生晃动，保证良好的试验效果。在试验前应先装配好本发明的相应试验装置。将锚固部分4固定在振动台10台 面上，并将4个工字型截面的钢支柱9下端固定在锚固部分4的方形空心钢管上。并通过 拧动4个钢支柱9上方的螺帽5来调节防护架8到合适的位置，即保证将来防护架8围在 荷重槽周围。下面将养护好的墙体模型13吊装到振动台10上固定在振动台面上，放在已安装 好的装置中间位置。接着把本发明试验装置的荷重部分1和夹件部分2吊装压到墙体13 的荷重梁上表面，居中放置，将高强螺丝杆7穿过夹件部分2的槽型装置和墙体模型13的 荷重梁，用数个高强螺帽5 (数量依情况而定)把荷重梁两头紧固。为了在紧固时不压坏荷 重梁上的混凝土，应该在荷重梁和高强螺帽间垫上铁板6，使紧固力均勻地施加在荷重梁侧 面上。同时用高强螺帽5在两个槽型装置的两头把上述高强螺丝杆7也固定住。这样可以 保证荷重部分1紧密地固定在构件上方。以保证在试验时构件配重能充分发挥作用。最后需要用高强螺丝杆穿过方形钢管把构件的基础紧固住。保证在试验时基础不 发生或少发生位移。这样墙体模型及本发明的试验装置就装配完毕了，可以进行后续的模 拟地震振动台的试验工作。实施例2 需要对某种柱体模型进行模拟地震振动台试验来对其抗震性能进行研究。具体见 附图13、图14、图15。本例实施方法步骤与实施例1基本相同。以上是本发明的两个典型实施例，本发明的实施不限于此。
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权利要求
一种墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，所述试验装置分包括荷重部分，夹件部分，防护部分以及锚固部分四个部分，其特征在于所述荷重部分为一个立方体的铁槽，铁槽内分成相同体积的4个部分，各部分装入质量块，所述荷重部分固定于结构模型上部荷重梁上方用以为结构模型提供配重；所述夹件部分由两个用铁板焊成的槽型装置、配套的高强螺丝杆和高强螺帽组成，两个槽型装置牢固对称焊接在荷重部分下方，并保证其间有足够距离，以满足不同体型构件模型的紧固需要，所述高强螺丝杆穿过槽型装置和构件模型上部荷重梁中的预留孔洞，并用高强螺帽把荷重梁两头紧固，荷重梁和高强螺帽之间垫有铁板，所述高强螺丝杆两头通过槽型装置外侧的高强螺帽固定在槽型装置上；所述防护部分由支柱和防护架组成，其作用是当构件在试验过程中发生失稳现象时对试验人员和相关设备进行保护，支柱上方的防护架在所述荷重部分周围围成一个矩形，所述防护架和支柱之间采用高强螺杆和高强螺帽连接，可根据构件模型的具体高度来调节防护架的位置，使防护架围在荷重部分周围；所述锚固部分主要由两个空心的钢管构成，钢管固定在振动台上，所述防护部分的支柱与钢管相连，将防护部分固定在钢管上方，同时，高强螺丝杆穿过空心钢管把构件模型的基础紧固住。
2.根据权利要求1所述的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，其特征在于 所述质量块为铁块、石块或沙袋。
3.根据权利要求1所述的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，其特征在于 所述支柱为4个工字型截面的钢支柱。
4.根据权利要求1所述的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，其特征在于 所述防护架由槽型截面的钢杆里面塞上起缓冲作用的橡胶防护垫组成。
5.根据权利要求1所述的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，其特征在于 与振动方向垂直的防护架与荷重部分之间留有一定距离，所述距离根据试验时构件模型顶 部可能发生的位移大小来控制。
6.根据权利要求3所述的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，其特征在于 所述防护部分侧面的支柱之间分别焊接两个槽型截面的钢杆，钢杆槽型开口向上，里面塞 有起缓冲作用的橡胶防护垫。
7.根据权利要求1所述的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置，其特征在于 所述锚固部分的钢管为方形钢管，所述结构模型为墙体模型或柱体模型。
8.—种权利要求1-8所述墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置的制作方法，其 特征在于制作步骤如下步骤一制作荷重部分荷重部分为一个用8块铁板拼焊成的立方体的铁槽，并使铁槽内分成相同体积的4个 部分，各部分均勻装入同等质量的配重块；荷重部分应有足够大的空间，使其自重和配重块 的总重能够达到一般试验需求；步骤二 制作夹件部分用两个用铁板焊成的槽型装置，牢固对称焊接在荷重部分下方，并保证其间有足够距 离，这样可以满足不同体型构件的紧固需要；另外配一根长度足够的高强螺丝杆，用于穿过 槽型装置和构件模型上部荷重梁的预留孔洞，并可用数个高强螺帽把荷重梁两头紧固；为 了在紧固时不压坏荷重梁上的混凝土，在荷重梁和高强螺帽间垫上铁板，使紧固力均勻地施加在荷重梁侧面上；同时，用高强螺帽在两个槽型装置的两头把上述高强螺丝杆也固定 住，保证荷重部分紧密地固定在构件上方，以保证在试验时构件配重能充分发挥作用；步骤三制作防护部分防护部分固定在锚固部分上方，防护部分是由4个工字型截面的钢支柱和防护装置组 成的；支柱上方防护架在试验装置荷重部分周围围成一个矩形，防护架是槽型截面的钢杆 里面塞上橡胶防护垫组成的；与振动方向垂直的防护架与荷重部分的距离要根据试验时构 件顶部可能发生的位移大小来控制；在制作防护部分时4个钢支柱的高度可以进行灵活变 化，以适应不同高度构件的试验需要；另外支柱上方防护架和4个钢支柱之间是用16个高 强螺杆和48个高强螺帽连接的，可以根据构件的具体高度来调节防护架的位置，使防护架 围在荷重部分周围；防护部分侧面的支柱之间分别焊接两个槽型截面的钢杆，钢杆槽型开口向上，里面同 样塞上能起到缓冲作用的橡胶防护垫；步骤四制作锚固部分锚固部分主要是由两个空心的方形钢管构成，钢管固定在振动台上；防护部分固定在 上述钢管上方，同时用高强螺丝杆穿过方形钢管把构件的基础紧固住，保证在试验时基础 不发生或少发生位移。
9.一种权利要求1-9所述墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置的实施方法，其 特征在于具体实施步骤如下步骤一对原结构的进行缩尺，设计结构模型并施工；步骤二 使结构模型上部的荷重梁上表面水平并预留一孔洞；步骤三计算结构模型所需配重，选择适当配重块；步骤四将配重块均勻装入荷重部分铁槽内的四个部分内，并将配重块用胶水、泡沫填 缝剂固定在铁槽内；步骤五将锚固部分固定在振动台台面上，并将支柱下端固定在锚固部分的空心钢管 上，通过拧动支柱上方的螺帽来调节防护架到合适的位置，以保证将来防护架围在铁槽周 围；步骤六将养护好的结构模型吊装到振动台上并固定在振动台面上，使其置于已安装 好锚固部分以及钢支柱中间位置；步骤七将荷重部分和夹件部分吊装压到结构模型的荷重梁上表面，居中放置，将高强 螺丝杆穿过夹件部分的槽型装置和结构模型的荷重梁中预留孔洞，并用高强螺帽把荷重梁 两头紧固，将荷重梁和高强螺帽间垫上铁板，同时，采用高强螺帽将高强螺丝杆两头固定在 夹件部分两个槽型装置上；步骤八用高强螺丝杆穿过空心钢管把构件模型的基础紧固住。
10.根据权利要求10所述的实施方法，其特征在于所述步骤四中，对难以放下配重块 的空间用铁块塞紧，并用木楔子加以挤密。
全文摘要
本发明涉及一种墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置及其制作方法，整个试验装置分为4个部分荷重部分，夹件部分，防护部分，锚固部分。荷重部分为一个大铁槽，用于施加构件上部的配重；夹件部分用于将荷重部分固定在墙体或柱体等构件的荷重梁上方；防护部分由钢支柱和防护架组成，当构件在试验过程中发生失稳现象时可以对试验人员和相关设备进行保护；锚固部分用于将构件基础和试验装置防护部分锚固在模拟地震振动台的台面上。本发明的墙柱两用结构模型模拟地震振动台试验装置及其制作方法，设计合理，能够直观地对墙体和柱体进行模拟地震振动台试验，装配使用方便，适用面宽，安全性好。
文档编号G01M7/02GK101950029SQ20101019914
公开日2011年1月19日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者张建伟, 曹万林, 王尧鸿 申请人:北京工业大学