一种可实现小跨高比连梁纯剪加载的试验装置的制作方法

本发明属于试验加载装置技术领域，涉及一种小跨高比连梁施加纯剪位移的试验加载装置。

背景技术：

小跨高比连梁是高层建筑中框架-剪力墙结构常用的抗震耗能构件，工程中为了保证剪力墙拥有足够的延性，采取“强墙弱梁”原则，使连梁优先屈服，因此连梁成为高层建筑抗震的第一道防线，其在工程实际中发挥的作用不言而喻。

国内外研究者对于小跨高比连梁已经进行了很多研究，而因小跨高比连梁属于反弯点在跨中的反对称弯曲深梁，在工程实际中一般会发生剪切破坏，在科学研究中，如何正确模拟小跨高比连梁受力的真实情况一直以来都是国内外的难题。市场上很多加载装置忽略了剪力墙端块的扭转作用，在试验过程中连梁可能承受扭矩，无法保证连梁承受纯剪切变形。

本发明提供了一种小跨高比连梁施加纯剪位移的试验加载装置，通过作动器、l形钢架、底梁、四连杆以及相关配件的连接，可实现连梁抗震实验所需的纯剪位移的加载边界条件，为小跨高比连梁试验的顺利进行提供了实验条件。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，为小跨高比连梁试验的顺利进行提供方便，本发明提供一种小跨高比连梁施加纯剪位移的试验加载装置，实现对小跨高比连梁试件施加纯剪位移。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可实现小跨高比连梁纯剪加载的试验装置，该装置能够对小跨高比连梁试件施加纯剪切位移，所述的试验加载装置包括加载架部分、主动加载部分、转动限制部分、连梁试件部分和辅助加载部分。

所述的加载架部分包括l形钢架1和侧方滚轴2。所述的l形钢架1包括水平钢架部分和垂直钢架部分，垂直钢架部分的端部开有多个长孔，水平钢架下部两侧设有四个支座垫板7。所述的侧方滚轴2一端固定在试验场地的门式反力架上，另一端通过滚轴顶住l形钢架，侧方滚轴2用于防止l形钢架在更换试件以及加载过程中发生平面外扭转从而对连梁施加扭矩，既不影响l形钢架运动，同时为l形钢架提供侧方限制，防止其发生平面外扭转。

所述的主动加载部分包括作动器3和转换钢板4。所述的作动器3、转换钢板4与l形钢架1通过高强螺栓、高强螺杆连接，具体为：所述的作动器3的加载头与转换钢板4通过高强螺栓连接后，转换钢板4通过高强螺杆连接在l形钢架1垂直部分端部的长孔处，多个长孔可以调整作动器3高度，该装置主要通过作动器3施加水平剪切位移。

所述的转动限制部分包括八根连杆5、两根横梁6、支座垫板7和支座8。所述的l形钢架1水平钢架下部和底梁11上部均设有四个支座垫板7，支座垫板7与混凝土端块的端部通过钢板9固接，每个横梁6的上下表面的端部均设有一个支座8。所述的每根连杆5的两端均与支座8连接，连杆5一端的支座8通过高强螺栓固定在横梁6上，另一端的支座通过高强螺栓连接在支座垫板7上。横梁6上下两侧的连杆5对称设置，且同一侧的四个连杆5构成四连杆机构，用于限制连梁试件上端块转动，横梁6通过四连杆机构调平。所述的横梁6通过调整四连杆5的长度来调整位置保持水平，与试件并无接触。所述的四连杆机构、l形钢架1与底梁11通过高强螺栓连为一个整体，可避免加载过程中试件进入塑性阶段后可能发生的端块转动，保证连梁受力为反对称，使连梁试件始终处于纯剪位移加载。

所述的连梁试件部分包括连梁和连梁两端的混凝土端块，设于l形钢架1水平钢架和底梁11之间，且l形钢架1与试件10、底梁11与试件10之间均通过高强螺杆连接，使l形钢架1、试件10与底梁11成为一个整体，在作动器3施加荷载时，通过l形钢架传递剪力到试件10上，保证连梁试件承受水平剪力。连梁试件10的中点与两根横梁6的对称中心、作动器3加载中心在一条直线上，从而保证连梁试件10受纯剪力。

所述的辅助加载部分包括底梁11、千斤顶12、压梁13。所述的千斤顶12与压梁13设于底梁11端部，用于固定底梁11防止滑移，进而保证连梁试件下端块固定不动。

进一步的，所述的转动限制部分中八根连杆与支座相连部分设有螺纹，长度可调，从而实现连梁试件跨高比的调整。

本装置作动器3中心与连梁试件10中心在一条直线上，通过l形钢架1传递水平作用力，保证连梁试件10承受水平剪切荷载，同时l形钢架通过两侧的四连杆机构与底梁11相连，避免加载过程中试件进入塑性阶段后可能发生的端块转动，保证连梁受力为反对称，使试件始终处于纯剪位移加载。

本发明的有益效果是：(1)可以实现对小跨高比连梁施加纯剪位移，忽略试件上端块转角的影响。经试验验证，在加载过程中，连梁上部端块随着加载位移的往复变化，会相应地出现转动，但转角均未超过0.5％，远小于试件加载的角位移，设计制作的建研式加载设备经使用验证可行，梁端转角得到限制。(2)根据实验内容的需要，通过调整作动器与l形钢架高度，并相应改变四连杆、支座、支座垫板以及相关配件的连接，可灵活实现连梁试件高度的调整，对不同高度试件施加纯剪位移，可以实现不同小跨高比的连梁试验。(3)由于试件与l形钢架、底梁通过高强螺栓连接，当连梁试件破坏时，可以快速方便地安装下一个小跨高比连梁，既省时又经济。

附图说明

图1是试验加载装置的主视示意图；

图2是l形钢架的主视、俯视、侧视构造图；

图3是底梁的主视、俯视、侧视构造图；

图4是横梁的主视、俯视、侧视构造图；

图5是支座垫板的主视、俯视、侧视构造图；

图6是滚轴固定钢板的主视、俯视、侧视构造图。

图7是侧方滚轴的主视、俯视、侧视构造图。

图中：1l形钢架；2侧方滚轴；3作动器；4转换钢板；5连杆；6横梁；7支座垫板；8支座；9钢板；10连梁试件；11底梁；12千斤顶；13压梁。

具体实施方式

本发明能通过作动器、l形钢架、试件、四连杆、底梁以及相关配件的连接，组成一种小跨高比连梁施加纯剪位移的试验加载装置，下面结合附图和实施实例对本发明的实施方式做进一步说明。

一种可实现小跨高比连梁纯剪加载的试验装置，该试验加载装置能够对小跨高比连梁试件施加纯剪切位移，以下为具体结构描述：

当该试验加载装置对连梁试件施加纯剪切位移时，所述的试验加载装置如图1所示，包括l形钢架1、侧方滚轴2、作动器3、转换钢板4、连杆5、横梁6、支座垫板7、支座8、钢板9、连梁试件10、底梁11、千斤顶12、压梁13。

所述的作动器3的加载头与转换钢板4通过螺栓连接，再用长螺杆连接在l形钢架1的端部上，l形钢架1的端部有10条长孔，可适应作动器3高度的调整；所述的l形钢架1与试件10，底梁11与试件10均通过高强螺杆连接，使l形钢架1、试件10与底梁11成为一个整体，在作动器施加荷载时，通过l形钢架传递剪力到试件上，保证试件承受水平剪力；所述的侧方滚轴2固定在试验场地的门式反力架上，另一端带有滚轴顶住l形钢架，既不影响l形钢架运动，同时为l形钢架提供侧方限制，防止其发生平面外扭转；所述的连杆5与支座8通过高强螺杆连接，一端连接的支座通过高强螺栓固定在横梁6上，另一端连接的支座通过高强螺栓连接在支座垫板7上，并通过高强螺栓一起与l型钢架1、底梁11连接，通过高强螺栓把四连杆机构、l形钢架与底梁连为一个整体，可避免加载过程中试件进入塑性阶段后可能发生的端块转动，保证连梁受力为反对称，使试件始终处于纯剪位移加载；所述的千斤顶12与压梁13用于固定底梁，防止加载过程中可能出现的底梁滑移，同时底梁11与地面之间铺一层细沙，增大摩擦，防止底梁滑移。

本发明解决小跨高比连梁施加纯剪位移的技术问题所采用的技术方案是：将整个加载装置中施加水平荷载的作动器调整到与连梁的中心同一高度上，这样可以保证对连梁试件施加纯剪位移。试件与l形钢架、底梁等加载装置通过高强螺栓连接，从而实现剪力的传递，保证装置的共同工作，并且便于安装、拆换不同跨高比的试件。

如图1～图7所示，小跨高比连梁施加纯剪位移的试验加载装置，整个试验装置分为五个部分：第一部分为加载架部分，加载架由l形钢架1和侧方滚轴2组合而成。侧方滚轴存在的意义主要是防止l形钢架在更换试件以及加载过程中发生平面外扭转从而对连梁施加扭矩。第二部分为主动加载部分，主动加载部分由作动器3、转换钢板4组成。作动器加载头先用高强螺栓连接一个转换钢板，再与l形钢架通过高强螺杆连接(l形钢架端部开有10个椭圆长孔，便于螺杆穿过，同时利于与不同高度的作动器相连)。第三部分为转动限制部分，转动限制部分由八根连杆5、支座垫板7、支座8、两根横梁6组成，连杆5与支座8通过高强螺杆连接，一端连接的支座通过高强螺栓固定在横梁6上，另一端连接的支座通过高强螺栓连接在支座垫板7上，并通过高强螺栓一起与l型钢架1、底梁11连接，通过高强螺栓把四连杆机构、l形钢架与底梁连为一个整体，可避免加载过程中试件进入塑性阶段后可能发生的端块转动，保证连梁受力为反对称，使试件始终处于纯剪位移加载。第四部分为连梁试件部分。连梁试件10由连梁和两个混凝土端块组成，连梁经预制后深入端块一定长度，再进行浇筑端块。连梁试件用高强长螺杆分别与l形钢架、底梁相连接，保证l形钢架、试件与底梁成为一个整体。第五部分为辅助加载部分。辅助加载部分由底梁11、千斤顶12、压梁13组成。千斤顶、压梁的存在是为了限制底梁的滑移从而保证连梁试件下端块的固定不动。连梁试件的中点与两根横梁对称中心、作动器加载中心在一条直线上，从而保证连梁试件10受纯剪力。

如图2所示，l形钢架端部开有两排椭圆孔，便于用高强螺杆与作动器3、转换钢板4相连固定，以便施加剪力。

如图1所示，转动限制部分中八根连杆与支座相连部分存在螺纹，长度可调，从而实现连梁试件跨高比的调整。

如图1所示，为保证l型钢架、底梁与试件共同工作，在支座垫板与试件之间加入钢板，并且用高强螺栓顶住拧紧，上部两块钢板两边各加耳环并固定在l形钢架上，防止坠落。

如图1、图2、图3所示，试件10与底梁11、l型钢架1通过高强螺杆连接，借由高强螺杆传递剪力，从而保证连接处有足够的抗剪承载力。

如图2、图3、图5所示，l形钢架1的下面、底梁11的上面均开有两排螺栓孔，便于与支座垫板7相连，支座垫板与支座8通过高强螺栓连接。

如图4所示，横梁6两端上下均开有四个椭圆长孔，便于与四连杆5相连的支座8固定在其上，保证四连杆在一个平面上且平行放置，发挥限制连梁试件上端块转动的作用。

如图6、7所示，l型钢架端部放置四个侧方滚轴防止l形钢架在更换试件以及加载过程中发生平面外扭转从而对连梁施加扭矩。

本装置的安装工作过程为：

(1)根据作动器3位置确定底梁11安置的范围，量好位置铺上沙子安放底梁11(增大摩擦)，然后固定两根压梁13在底梁11上，通过千斤顶12与另外两根压梁13固定底梁11位置，防止其试验过程中发生滑移。

(2)吊车吊装试件到指定位置，通过高强长螺杆将连梁试件10与底梁11固定。

(3)吊车吊装l形钢架1置于试件10上方，使其接近试件10上表面但尚未接触前，对l形钢架1进行微调，使钢架孔与试件10上的预留孔对齐，先插入4根长螺杆用于暂时限制l型钢架位置。

(4)安装四连杆机构，先将4根连杆5用环链葫芦吊至预定安装的角度，用绳暂时固定，接着用叉车将横梁6送入，并将四连杆端部的支座与横梁6连接，各轴承支座循环固紧，途中不断调整各根连杆的角度，最终固紧后使横梁和试件保持平行。连杆两侧的螺纹一侧为正一侧为反，用管钳转动连杆即可微调连杆长度，调整4根连杆使横梁达到水平。

(5)底梁11上依次安装支座垫板7、支座8、四连杆，方法同(4)，降低l型钢架1使其与试件接触，然后插入其余长螺杆并固紧，此时试件与l型钢架连接完毕，l形钢架、底梁、四连杆成为一个整体。

(6)门式反力架上装有4个侧方滚轴支撑，防止加载过程中可能出现的平面外扭转。调整滚轴支撑，使其与l型钢架相贴。

(7)控制作动器3，与l型钢架1接触后用长螺杆将二者相连，最后释放l型钢架上的各环链葫芦，加载装置安装完毕。通过控制作动器3实现对小跨高比连梁施加剪切位移。

(8)连梁试件10的中点与两根横梁6对称中心、作动器3加载中心在一条直线上，从而保证连梁试件10受纯剪力。

(9)拆换试件时，l型钢架由两组环链葫芦悬挂于门式反力架横梁上，可控制l型钢架的高度和角度姿态。安装新试件时先拆除一侧四连杆机构，只撤下四连杆中部的横梁，4根连杆不拆除，其中上侧2根自由悬挂在l型钢梁上，用绳作固定防止晃动伤人，下侧2根靠在压梁上；将l型钢架升高，利用吊车将试件吊入钢架下，微调直至试件预留孔与底梁孔对齐，用长螺杆将试件锚于底梁上，并固紧位于试件底部两侧的夹具，此时试件与底梁连接完毕，其余步骤参考(3)～(7)即可。

本装置的工作过程：主动施加荷载部分的作动器向l形钢架施加水平位移，使得加载架部分承受剪力，通过高强螺杆传递到试件上，因为作动器中心与连梁中心在一条直线上，可以保证连梁承受纯剪切位移。四连杆存在情况下，经试验验证，在加载过程中，连梁上部端块随着加载位移的往复变化，会相应地出现转动，但转角均未超过0.5％，远小于试件加载的角位移，设计制作的建研式加载设备经使用验证可行，梁端转角得到限制。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。