强动力荷载下钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能测试系统的制作方法

1.本实用新型属于钢筋混凝土结构抗倒塌性能测试技术领域，具体涉及强动力荷载下钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能测试系统。


背景技术：

2.由于人们在生产或生活中的疏忽，意外爆炸事故也时有发生。在城市环境中，爆炸不仅会直接造成大量人员伤亡，而且还会导致爆源周围的建筑结构发生损伤破坏甚至连续倒塌，进一步加剧人员伤亡与财产损失。
3.爆炸荷载作用下建筑结构首先表现为局部构件的非线性动力响应，产生一定程度的损伤甚至破坏。局部构件由于损伤或破坏而丧失的承载力将会在瞬间寻求替代传力路径进行重分布，这一过程将会引起整体结构的非线性动力响应，可能导致结构发生较大的变形甚至引发结构部分构件脱落、接触碰撞等一系列复杂的非线性行为，最终可能导致结构发生连续倒塌。
4.钢筋混凝土结构在土木工程中的应用范围极广，各种工程结构都可采用钢筋混凝土建造。钢筋混凝土结构在原子能工程、海洋工程和机械制造业的一些特殊场合，如反应堆压力容器、海洋平台、巨型运油船、大吨位水压机机架等，均得到十分有效的应用，解决了钢结构所难于解决的技术问题。
5.目前针对钢筋混凝土结构连续倒塌已在试验与数值模拟方面开展了大量的研究，取得了丰硕的研究成果。然而，针对具体的爆炸荷载作用等强动力荷载下钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能方面的研究还不够深入，这主要是由于缺乏能够定量确定爆炸等强动力荷载作用下钢筋混凝土结构抗连续性倒塌性能的试验系统。
6.因此，设计一种钢筋混凝土结构在强动力荷载作用下抗连续性倒塌性能测试系统，以模拟爆炸等强动力荷载作用环境下对钢筋混凝土结构连续性倒塌性能测试，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种强动力荷载下钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能测试系统，以至少解决上述部分技术问题。
8.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
9.强动力荷载下钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能测试系统，包括用于固定钢筋混凝土结构两端的固定装置，用于给钢筋混凝土结构加载强动力荷载的强动力加载机构，以及分别与固定装置和强动力加载机构相连接的pc机；钢筋混凝土结构上设有用于将集中的强动力荷载转换为分布式爆炸荷载的转换机构。
10.进一步地，转换机构包括设于钢筋混凝土结构上的充气气囊，以及设于充气气囊上的钢板。
11.进一步地，强动力加载机构为落锤试验机，落锤试验机底部设有与pc机相连接的
第一力传感器。
12.进一步地，固定装置包括反力架，与钢筋混凝土结构端部相固定的滑移式固定座，以及设于滑移式固定座和反力架之间的测力机构；测力机构至少有两个，测力机构等间距间隔分布于滑移式固定座和反力架之间。
13.进一步地，滑移式固定座包括与钢筋混凝土结构端部相固定的边柱，设于边柱底部的铰支座，以及测力座；铰支座位于测力座上。
14.进一步地，铰支座包括与边柱底部相固定的上铰支座，通过转轴与上铰支座相铰接的下铰支座，并且下铰支座底部设有第一滚轮。
15.进一步地，测力座包括用于承托铰支座的承托钢板，以及设于承托钢板底部并与pc机相连接的第二力传感器。
16.进一步地，测力机构包括设于反力架上的第一铰接座，设于滑移式固定座上的第二铰接座，以及两端分别与第一铰接座和第二铰接座相铰接并与pc机相连接的第三力传感器。
17.进一步地，还包括设于钢筋混凝土结构中部用于限制钢筋混凝土结构旋转的旋转限位装置，旋转限位装置包括旋转限位底板、以及设于旋转限位底板上并分列于钢筋混凝土结构中部两侧的一对旋转限位导向机构，旋转限位导向机构包括一对固定于旋转限位底板上并且相互平行分布的角钢，两根角钢之间形成有导向槽，钢筋混凝土结构上设有与导向槽相适配并位于导向槽内的螺杆。
18.进一步地，还包括至少两个设于钢筋混凝土结构中部用于限制钢筋混凝土结构水平移动的水平位移限位装置，水平位移限位装置包括水平位移限位底板，设于水平位移限位底板上的一对h型钢，一对h型钢分列于钢筋混凝土结构两侧，钢筋混凝土结构两侧设有第二滚轮，第二滚轮与h型钢滑动接触。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
20.本实用新型结构简单、设计科学合理，使用方便，可以快速高效模拟测试爆炸等强动力荷载作用下钢筋混凝土结构抗连续性倒塌性能。
21.本实用新型主要包括固定装置、强动力加载机构、转换机构和pc机，固定装置与钢筋混凝土结构两端相固定，强动力加载机构直接加载到转换机构上，再由转换机构传力至钢筋混凝土结构上，经过转换机构的均力，就能使钢筋混凝土结构的整体受力跟在真实爆炸等环境中受力相当。pc机用于接收与之相连部件的受力信息并显示存储，方便试验者分析总结。如此可以快速高效模拟测试爆炸等强动力荷载作用环境下钢筋混凝土结构抗连续性倒塌性能。
22.本实用新型转换机构为充气气囊和钢板，充气气囊整体厚度至少50mm，钢板的整体厚度至少30mm，充气气囊可以通过绑绳等绑扎在钢筋混凝土结构顶面，钢板也就可以通过绑绳等绑扎在充气气囊顶面，落锤试验机通过其控制系统以一定速度击打在钢板上，钢板传力至充气气囊，充气气囊再传力至钢筋混凝土结构，如此钢筋混凝土结构受力均匀，可以有效还原其在爆炸等环境中受到爆炸波的冲击，从而实现高效模拟测试爆炸等强动力荷载作用环境下对钢筋混凝土结构抗连续性倒塌性能，第一力传感器设于落锤试验机底部，由第一力传感器与钢板冲击，pc机实时接收第一力传感器传送过来的受力参数信息进行存储显示。
23.本实用新型固定装置包括反力架、滑移式固定座和测力机构，钢筋混凝土结构与滑移式固定座相固定，钢筋混凝土结构在进行性能测试时，依次传力至滑移式固定座、测力机构和反力架。反力架采用厚钢板焊接成型的钢结构架体，所用厚钢板厚度至少5cm，钢结构架体固定在地面上，承受钢筋混凝土结构在测试过程中所受到水平方向上传导的冲击力。测力机构将受力参数信息传送至 pc机进行存储显示，滑移式固定座一方面在竖直方向上对钢筋混凝土结构进行支撑，另一方面在水平方向上可滑移，方便传力至测力机构，测力机构采用两个，一方面可以提高测力上限，另一方面，通过平行分布的结构，还能提高固定装置整体稳定性。
24.本实用新型滑移式固定座包括边柱、铰支座和测力座，铰支座包括上铰支座、转轴、下铰支座和第一滚轮，测力座包括承托钢板和第二力传感器，铰支座通过转轴用来释放转动约束，配合第一滚轮，实现实时传力至测力机构，第二力传感器能够实时监测滑移式固定座整体所受到钢筋混凝土结构传导过来的竖直方向上的冲击力，并将所监测到的冲击力信息实时传送至pc机进行显示存储。
25.本实用新型测力机构包括第一铰接座、第二铰接座和第三力传感器。第三力传感器水平分布，其能有效监测出滑移式固定座在水平方向上受到钢筋混凝土结构所传导的冲击力，并将所监测到的冲击力信息实时传送至pc机进行显示存储。
26.本实用新型在钢筋混凝土结构中部设旋转限位装置，用于限制钢筋混凝土结构在受到强动力荷载作用下发生旋转。旋转限位装置包括旋转限位底板和一对旋转限位导向机构，旋转限位导向机构由一对平行分布的角钢组成，两角钢之间形成有导向槽，钢筋混凝土结构上两侧伸出来的螺杆位于导向槽内。如此设计，钢筋混凝土结构在受到强动力荷载作用时就不会产生旋转释放能量。保证测试顺利进行。
27.本实用新型在钢筋混凝土结构中部设水平位移限位装置，用于限制钢筋混凝土结构水平移动，包括水平位移限位底板和一对h型钢，钢筋混凝土结构上的第二滚轮与h型钢滑动接触，钢筋混凝土结构位于一对h型钢之间，水平位移限位装置两个，分列于旋转限位装置两侧，共同对钢筋混凝土结构产生作用，可有效防止钢筋混凝土结构在受到强动力荷载作用时产生水平位移，避免其水平释能，一方面保证钢筋混凝土结构精准接受性能测试，另一方面避免水平位移破坏周边环境及人员。保证测试顺利进行。
附图说明
28.图1为本实用新型结构示意图。
29.图2为本实用新型落锤试验机示意图。
30.图3为本实用新型绑扎有充气气囊和钢板的钢筋混凝土结构示意图。
31.图4为本实用新型滑移式固定座示意图。
32.图5为本实用新型滑移式固定座另一视角示图。
33.图6为本实用新型测力机构示意图。
34.图7为本实用新型测力机构另一视角视图。
35.图8为本实用新型旋转限位装置示意图。
36.图9为本实用新型旋转限位装置与钢筋混凝土结构装配后示意图。
37.图10为本实用新型水平位移限位装置示意图。
38.图11为本实用新型水平位移限位装置与钢筋混凝土结构装配后示意图。
39.图12为本实用新型反力架示意图。
40.图13为本实用新型各电气设备连接框图。
41.其中，附图标记对应的名称为：
42.1-钢筋混凝土结构、2-充气气囊、3-钢板、4-落锤试验机、5-第一力传感器、 6-滑移式固定座、7-反力架、8-第一铰接座、9-第二铰接座、10-第三力传感器、 11-旋转限位底板、12-旋转限位导向机构、13-角钢、14-导向槽、15-螺杆、16
‑ꢀ
水平位移限位底板、17-h型钢、18-第二滚轮、19-pc机、20-转换机构、21-测力机构、22-旋转限位装置、23-水平位移限位装置、61-边柱、62-铰支座、63
‑ꢀ
上铰支座、64-转轴、65-下铰支座、66-第一滚轮、67-承托钢板、68-第二力传感器。
具体实施方式
43.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
44.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
46.如图1-13所示，本实用新型提供的强动力荷载下钢筋混凝土结构抗连续倒塌性能测试系统，结构简单、设计科学合理，使用方便，可以快速高效模拟测试爆炸等强动力荷载作用环境下钢筋混凝土结构连续性倒塌性能。本实用新型包括用于固定钢筋混凝土结构1两端的固定装置，用于给钢筋混凝土结构1加载强动力荷载的强动力加载机构，以及分别与固定装置和强动力加载机构相连接的pc机19；钢筋混凝土结构1上设有用于将集中的强动力荷载转换为分布式爆炸荷载的转换机构20。
47.本实用新型主要包括固定装置、强动力加载机构、转换机构和pc机，固定装置与钢筋混凝土结构两端相固定，强动力加载机构直接加载到转换机构上，再由转换机构传力至钢筋混凝土结构上，经过转换机构的均力，就能使钢筋混凝土结构的整体受力跟在爆炸等环境中受力相当。pc机用于接收与之相连部件的受力信息并显示存储，方便试验者分析总结。如此可以快速高效模拟测试爆炸等强动力荷载作用环境下钢筋混凝土结构抗连续性倒塌性能。
48.本实用新型转换机构20包括设于钢筋混凝土结构1上的充气气囊2，以及设于充气
气囊2上的钢板3。强动力加载机构为落锤试验机4，落锤试验机4底部设有与pc机19相连接的第一力传感器5。
49.本实用新型转换机构为充气气囊和钢板，充气气囊整体厚度至少50mm，钢板的整体厚度至少30mm，充气气囊可以通过绑绳等绑扎在钢筋混凝土结构顶面，钢板也就可以通过绑绳等绑扎在充气气囊顶面，落锤试验机通过其控制系统以一定速度击打在钢板上，钢板传力至充气气囊，充气气囊再传力至钢筋混凝土结构，如此钢筋混凝土结构受力均匀，可以有效还原其在爆炸等环境中受到爆炸波的冲击，从而实现高效模拟测试爆炸等强动力荷载作用环境下钢筋混凝土结构抗连续性倒塌性能，第一力传感器设于落锤试验机底部，由第一力传感器与钢板冲击，pc机实时接收第一力传感器传送过来的受力参数信息进行存储显示。
50.本实用新型固定装置包括反力架7，与钢筋混凝土结构1端部相固定的滑移式固定座6，以及设于滑移式固定座6和反力架7之间的测力机构21；测力机构21至少有两个，测力机构21等间距间隔分布于滑移式固定座6和反力架7 之间。
51.本实用新型固定装置包括反力架、滑移式固定座和测力机构，钢筋混凝土结构与滑移式固定座相固定，钢筋混凝土结构在进行性能测试时，依次传力至滑移式固定座、测力机构和反力架。反力架采用厚钢板焊接成型的钢结构架体，所用厚钢板厚度至少5cm，钢结构架体固定在地面上，承受钢筋混凝土结构在测试过程中所受到水平方向上传导的冲击力。测力机构将受力参数信息传送至 pc机进行存储显示，滑移式固定座一方面在竖直方向上对钢筋混凝土结构进行支撑，另一方面在水平方向上可滑移，方便传力至测力机构，测力机构采用两个，一方面可以提高测力上限，另一方面，通过平行分布的结构，还能提高固定装置整体稳定性。
52.本实用新型滑移式固定座6包括与钢筋混凝土结构1端部相固定的边柱61，设于边柱61底部的铰支座62，以及测力座；铰支座62位于测力座上。铰支座 62包括与边柱61底部相固定的上铰支座63，通过转轴64与上铰支座63相铰接的下铰支座65，并且下铰支座65底部设有第一滚轮66。测力座包括用于承托铰支座62的承托钢板67，以及设于承托钢板67底部并与pc机19相连接的第二力传感器68。
53.本实用新型滑移式固定座包括边柱、铰支座和测力座，铰支座包括上铰支座、转轴、下铰支座和第一滚轮，测力座包括承托钢板和第二力传感器，铰支座通过转轴用来释放转动约束，配合第一滚轮，实现实时传力至测力机构，第二力传感器能够实时监测滑移式固定座整体所受到钢筋混凝土结构传导过来的竖直方向上的冲击力，并将所监测到的冲击力信息实时传送至pc机进行显示存储。边柱与钢筋混凝土结构端部之间的连接，可以通过锚固于钢筋混凝土结构端部的螺纹钢筋穿设至边柱内后再通过与螺纹钢筋相适配的螺帽相固定，也可以在边柱上开孔，钢筋混凝土结构端部设插接柱，钢筋混凝土结构端部通过插接柱插接于边柱开孔内，插接柱截面周长最多不能超过钢筋混凝土结构截面周长的二分之一，以保证钢筋混凝土结构端部水平方向能完全卸力至边柱上。
54.本实用新型测力机构21包括设于反力架7上的第一铰接座8，设于滑移式固定座6上的第二铰接座9，以及两端分别与第一铰接座8和第二铰接座9相铰接并与pc机19相连接的第三力传感器10。
55.本实用新型测力机构包括第一铰接座、第二铰接座和第三力传感器。第三力传感
器水平分布，其能有效监测出滑移式固定座在水平方向上受到钢筋混凝土结构所传导的冲击力，并将所监测到的冲击力信息实时传送至pc机进行显示存储。
56.本实用新型还包括设于钢筋混凝土结构1中部用于限制钢筋混凝土结构1 旋转的旋转限位装置22，旋转限位装置22包括旋转限位底板11、以及设于旋转限位底板11上并分列于钢筋混凝土结构1中部两侧的一对旋转限位导向机构 12，旋转限位导向机构12包括一对固定于旋转限位底板11上并且相互平行分布的角钢13，两根角钢13之间形成有导向槽14，钢筋混凝土结构1上设有与导向槽14相适配并位于导向槽14内的螺杆15。
57.本实用新型在钢筋混凝土结构中部设旋转限位装置，用于限制钢筋混凝土结构在受到强动力荷载作用下发生旋转。旋转限位装置包括旋转限位底板和一对旋转限位导向机构，旋转限位导向机构由一对平行分布的角钢组成，两角钢之间形成有导向槽，钢筋混凝土结构上两侧伸出来的螺杆位于导向槽内。如此设计，钢筋混凝土结构在受到强动力荷载作用时就不会产生旋转释放能量。保证测试顺利进行。
58.本实用新型还包括至少两个设于钢筋混凝土结构1中部用于限制钢筋混凝土结构1水平移动的水平位移限位装置23，水平位移限位装置23包括水平位移限位底板16，设于水平位移限位底板16上的一对h型钢17，一对h型钢17 分列于钢筋混凝土结构1两侧，钢筋混凝土结构1两侧设有第二滚轮18，第二滚轮18与h型钢17滑动接触。
59.本实用新型在钢筋混凝土结构中部设水平位移限位装置，用于限制钢筋混凝土结构水平移动，包括水平位移限位底板和一对h型钢，钢筋混凝土结构上的第二滚轮与h型钢滑动接触，钢筋混凝土结构位于一对h型钢之间，水平位移限位装置两个，分列于旋转限位装置两侧，共同对钢筋混凝土结构产生作用，可有效防止钢筋混凝土结构在受到强动力荷载作用时产生水平位移，避免其水平释能，一方面保证钢筋混凝土结构精准接受性能测试，另一方面避免水平位移破坏周边环境及人员。保证测试顺利进行。
60.本实用新型钢筋混凝土结构在爆炸等强动力荷载下通常会导致部分构件直接破坏、部分构件一定程度受损，通过本实用新型测试系统所测试出的原始数据，可快速计算出钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下的损伤程度。钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下的损伤程度d
rm
通过式(1)计算。
61.d
rm
＝1-f
residual(rmax)
/f
n1
ꢀꢀꢀ
(1)
62.式(1)中，f
residual(rmax)
为钢筋混凝土梁柱子结构在爆炸等强动力荷载作用后结构在极限倒塌状态时的剩余极限承载力，f
n1
为未受损钢筋混凝土梁柱子结构的极限承载力。
63.本实用新型所用pc机、第一力传感器、第二力传感器、第二力传感器、以及落锤试验机等设备均为现有已知产品，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、传输控制原理、以及辅助设备均为现有已知技术，因此关于本实用新型所用pc机、第一力传感器、第二力传感器、第二力传感器、以及落锤试验机等设备的结构、电路、传输控制原理、以及辅助设备在此不赘述。
64.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本实用新型的较优实施例用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本实用新型的专利范围；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案
的范围；也就是说，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内；另外，将本实用新型的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。