专利名称：一种低周反复荷载试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低周反复荷载试验装置，属于建筑结构耗能减震技术。
背景技术：
拟静力试验又称低周反复荷载试验，是指对结构或结构构件施加多次往复循环作 用的静力荷载，使试件从开始受力到破坏的一种试验方法，用以模拟地震时结构在往复振 动中的受力特点和变形特点。通过拟静力试验可以建立结构在地震作用下的恢复力特性， 衡量结构的耗能能力，研究结构构件的破坏机制，为改进现行结构抗震设计方法及改进结 构设计的构造措施提供依据。拟静力试验是目前研究结构或结构构件在地震作用下受力及 变形性能时应用最广泛的方法之一。在传统的低周反复荷载试验中，试件需要通过庞大的底梁固定在槽道上以实现底 部的固结。与试验构件性能无关的底梁往往消耗大量的材料，以北京交通大学所做1/2比 例墙板模型为例，制作底梁所消耗的混凝土和钢筋量为墙板试件本身的两倍，且底梁不能 重复利用，不但浪费人力、物力，增加试验成本，而且大大增加了整个试件的重量造成搬运 困难。此外，当对填充砌块或填充砌体进行抗震性能研究时，由于试件本身的脆性，伪静力 试验时一方向加载开裂后很难实现反方向的加载，对填充物本身的受力性能试验很难实 现。

发明内容
针对传统低周反复荷载试验中存在的缺点，提供一种低周反复荷载试验装置。该 装置通过刚度较大的外框梁和外框柱实现对内部试件的固定，限制试件的滑移和转动；同 时外框梁和外框柱柱在角部由销轴连接，并通过辊轴连接器与做动头连接，整个装置能够 在平面内自由发生变形，外框不承担荷载作用，做动头的荷载全部施加于内部试件；整个装 置通过螺栓连接，方便拆卸，并能实现对装置尺寸的调整，使该装置能够适用于不同尺寸的 试件。为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的一种低周反复荷载试验装置，该试验装置包括底梁、下外框梁、上外框梁、右外框 柱、左外框柱、辊轴连接器、竖向加载装置、内部填板。其各构成部件之间的连接底梁通过其两端压腿上的螺栓孔和地脚螺栓与试验槽道固定；下外框梁与底梁通过下外框梁螺栓孔和底梁顶板螺栓孔螺栓固定；右外框柱两端分别插入下外框梁、上外框梁第一、二槽形钢的空隙间，通过销轴铰 接；左外框柱两端分别插入下外框梁、上外框梁第一、二槽形钢的空隙间，通过销轴铰接；辊轴连接器的一端通过连杆和挡板与上外框梁连接固定，辊轴连接器的另一端与 做动头连接；竖向加载装置的上部构件跨过上外框梁的第一槽形钢和第二槽形钢，通过外伸翼 缘上的螺栓孔与下部加载板栓连；竖向加载装置的上端与竖向千斤顶连接，下端将荷载施
4加到试件上。内部填板8通过螺栓连接在外框柱内侧，实现对内部尺寸的微调。本发明与现有技术相比，具有以下有益效果1.整个装置在角部用销轴连接，水平方向能够自由发生变形，在实验过程中可以 忽略装置的受力，水平荷载全部作用于试件上，最大程度的模拟内部试件在水平低周反复 荷载作用下的受力状况。2.传统的低周反复荷载试验中，做动头的高度不会降低，本发明中的辊轴连接器 能够实现在传递水平荷载的同时保证整个装置外框自由发生变形，使外框相对做动头发生 竖向位移，从而最大限度的降低约束外框对试验的影响，保证试验的精度。3.使用该装置进行试验，可以省略传统低周反复荷载试验中庞大的底梁，而且整 套装置能够重复利用，大大降低了试件的制作成本，节约了试验费用。4.外框梁和柱加工为相同截面尺寸，同时通过外框梁端部销孔的选择和添加内部 填板实现对装置尺寸的微调，使装置能够适用于不同尺寸的试件。5.该装置制作简单，使用方便。整个装置均采用螺栓连接，方便组装和拆卸，不用 时能够将其拆解，不占用空间，方便存放。


图1为一种低周反复荷载试验装置整体示意
图2为上外框梁与辊轴连接器连接示意图。
图3为底梁正视图。
图4为底梁俯视图。
图5为底梁侧视图。
图6为图4的1-1剖面图。
图7为外框梁正视图。
图8为外框梁俯视图。
图9为外框梁侧视图。
图10为图7的2-2剖面图。
图11为外框柱正视图。
图12为外框柱侧视图。
图13为图11的3-3剖面意图。
图14为图11的4-4剖面。
图15为辊轴连接器正视图。
图16为辊轴连接器俯视图。
图17为辊轴连接器左视图。
图18为辊轴连接器右端面视图。
图19为图15的6-6剖面图。
图20为图15的5-5剖面图。
图21为图16的7-7剖面图。
图22为竖向加载装置正视图。
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图23为竖向加载装置俯视图。图24为竖向加载装置侧视图。图25为填板结构示意图。图26为低周反复荷载试验装置初始状态示意图。图27为低周反复荷载试验装置工作状态示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对发明的实施例作进一步详细描述。一种低周反复荷载试验装置，如图1。该试验装置包括底梁1、下外框梁2、上外框 梁3、右外框柱4、左外框柱5、辊轴连接器6、竖向加载装置7、内部填板8。其各构成部件之 间的连接底梁1通过其两端压腿上的螺栓孔a2和地脚螺栓与试验槽道固定，见图4 ；下外框梁2与底梁1通过下外框梁螺栓孔b6和底梁顶板螺栓孔a3螺栓固定，见 图 4、8。右外框柱4两端分别插入下外框梁2、上外框梁3第一、二槽形钢的空隙间，通过销 轴铰接；左外框柱5两端分别插入下外框梁2、上外框梁3第一、二槽形钢的空隙间，通过销 轴铰接，见图14。辊轴连接器6的一端通过连杆10和挡板11与外框梁3连接固定，辊轴连接器6 的另一端与做动头连接，见图2。竖向加载装置7的上部构件el跨过上外框梁3的第一槽形钢cgl和第二槽形钢 cg2，通过外伸翼缘上的螺栓孔e3与下部加载板e2栓连，见图23、24 ；竖向加载装置7的上 端与竖向千斤顶连接，下端将荷载施加到试件上，见图1。内部填板8，通过螺栓连接在外框柱内侧，实现对内部尺寸的微调。所述底梁1，如图3、4、5、6，由40mm钢板焊接，底梁截面为带外伸翼缘的箱型，高度 Ll = 40cm，长度L2 = 300cm，箱型梁腹板两侧焊接40mm厚加劲的肋al，加劲肋间距30cm。 底梁两端分别外伸长度L3 = 160cm，宽度L5 = 50cm的两个压腿，呈工字形，压腿上各开两 个直径60mm的地脚螺栓孔a2，底梁通过地脚螺栓与固定槽道连接。底梁顶板的外伸翼缘上 设等间距螺栓孔a3，通过螺栓与外框梁连接。底梁中部腹板间距L4 = 30cm，顶面宽度L6 =50cm,其截面如图6，中部翼缘顶面开直径20mm螺栓孔a3，栓孔间距30cm，用于与上部加 载装置通过螺栓固定。试件9放置在加裁装置内。所述下外框梁2，其长度L7 = 200cm,高度L8 = 30cm，宽度L9 = 34cm,如图7、8、 9、10，它包括由20mm钢板焊接的第一、二槽形钢(cgl、cg2)，其高度L8 = 300mm，翼缘宽度 Lll = 150mm。两槽形钢的腹板上每隔LlO = 200mm焊接一道加劲bl，加劲肋厚度20mm，相 邻两道加劲肋之间沿腹板高度方向开两个20mm螺栓孔b2，两根槽形钢腹板螺栓孔相对，通 过螺栓b4连接，槽形钢之间螺杆上装有长40mm的套管b5，以确保槽形钢腹板间距40mm，用 于保证两根槽型钢之间的空隙，两槽钢之间螺栓连接的构造，如图10。；外框梁端部腹板分 别开三个直径60mm销轴孔b3，孔间距30cm，用于对装置尺寸的调整，通过不同位置销轴孔 的选择实现加载装置尺寸的调整；槽形钢底面翼缘开20mm直径等间距螺栓孔b6，栓孔位置与底梁顶板螺栓孔a3对应。上外框梁3的构造及尺寸与下外框梁2相同。所述右外框柱4的高度L12 = 180cm，如图11、12、13，它包括由20mm钢板焊接 而成的第三、第四槽形钢(cg3、cg4)和销轴板xb，各部分之间通过螺栓连接，槽形钢总高度 L14= 122cm，槽钢截面尺寸与外框梁所用槽钢相同。腹板上每隔200mm焊接一道加劲肋cl， 相邻两道加劲肋之间腹板上开两个20mm螺栓孔c2，两部分槽钢之间通过螺栓连接，槽钢之 间螺栓连接的构造如图10。销轴板xb由40謹厚钢板加工成，长度L13 = 53cm,宽度L8 = 30cm, 一端开70謹 的销轴孔c3并在顶端加工成圆弧状，销轴板上开与腹板螺栓孔位置相对应的直径20mm的 螺栓孔c4，销轴板xb置于两根槽钢之间，通过螺栓c5与槽形钢连接，销轴板与槽钢之间螺 栓连接如图13。右外框柱两端的销轴板xb插在外框梁槽形钢之间通过销轴c6与外框梁连 接，销轴连接构造如图14 ；右外框柱4的内侧翼缘上开直径20mm的螺栓孔c7，间距30cm， 用于栓接内部填板。左外框柱5的构造及尺寸及连接方式与右外框柱4相同。所述辊轴连接器6，由40mm钢板加工而成，如图15_21，它包括与加载外框连接构 件dl、与做动头连接构件d2。与加载外框连接构件(dl)加工为筒形，其截面呈C形，肢背翼 缘上分别开连杆孔d4，通过连杆与外框梁连接，与外框梁连接侧dl的高度L15 = 500mm,宽 度L18 = 400mm,外伸翼缘宽度L21 = 100mm,高度L22 = 300mm,上开50_的连杆孔d4，其 总宽度L16 = 600mm,与做动头连接构件d2的长度L19 = 420mm,端头板尺寸L20 = 400mm, 其上开孔d5并与做动头连接；见图2。与做动头连接构件d2截面呈工形，一侧翼缘包在与 加载外框连接构件dl内，两部分之间通过辊轴d3连接，另一侧翼缘钢板上开四个螺栓孔 d5，通过螺栓与做动头连接；整个装置在传递水平力的同时两部分构件dl与d2之间能够发 生相对竖向位移，从而保证加载外框的自由变形。内部辊轴d3直径30mm，放置在加工好的槽道内，槽道内添加润滑油减少辊轴与装 置之间的摩阻力，其内部构造见图19-21。整个装置在传递水平力的同时两部分构件dl与 d2之间能够发生相对竖向位移，从而保证加载外框的自由变形，其工作原理如图26。所述竖向加载装置7，如图22-24，包括上部构件el、下部加载板e2两部分，上部 构件el由40mm的钢板焊接成M形，其高度L23 = 500mm,顶端宽度L26 = 300mm,顶端长度 L25 = 600mm，最外侧两块钢板底部分别伸出外伸翼缘长度L27 = 150mm，并在其上开直径 20mm的螺栓孔e3，下部加载板e2的长L24 = 900mm,厚度40mm，两端开直径20mm螺栓孔； 上部构件el跨过上第一、第二槽形钢(cgl、cg2)，(el)与上外框梁之间没有接触，使竖向荷 载能够完全传递到内部试件，下端通过外伸翼缘上的螺栓孔e3与下部加载板e2栓连，整个 竖向加载装置与外框梁之间不接触，竖向荷载通过下部加载钢板传递到试件上，实现对不 同轴压比的模拟。所述内部填板8由5mm-20mm不同厚度的钢板加工而成，其宽度L26 = 34cm，长度 L27 = 40cm，填板上开直径20mm螺栓孔fl，间距30cm，其位置与右、左外框柱(4、5)翼缘内 侧所开螺栓孔c7对应，填板通过螺栓与外框柱连接；当内部试件与外框尺寸不匹配时，通 过外框柱内侧增加填板来实现加载装置尺寸的微调，同时通过选择不同尺寸的填板并在上 下填板之间填充不同弹性模量的材料实现加载装置与内部试件之间约束条件的变化。
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图26为低周反复荷载试验装置初始状态示意图。图27为低周反复荷载试验装置工作状态示意图。
权利要求
一种低周反复荷载试验装置，其特征在于，该试验装置包括底梁(1)、下外框梁(2)、上外框梁(3)、右外框柱(4)、左外框柱(5)、辊轴连接器(6)、竖向加载装置(7)、内部填板(8)；其各构成部件之间的连接底梁(1)通过其两端压腿上的螺栓孔(a2)和地脚螺栓与试验槽道固定；下外框梁(2)与底梁(1)通过下外框梁螺栓孔(b6)和底梁顶板螺栓孔(a3)螺栓固定；右外框柱(4)两端分别插入下外框梁(2)、上外框梁(3)第一、二槽形钢的空隙间，通过销轴铰接；左外框柱(5)两端分别插入下外框梁(2)、上外框梁(3)第一、二槽形钢的空隙间，通过销轴铰接；辊轴连接器(6)的一端通过连杆(10)和挡板(11)与上外框梁(3)连接固定，辊轴连接器(6)的另一端与做动头连接；竖向加载装置(7)的上部构件(e1)跨过上外框梁(3)第一槽形钢(cg1)和第二槽形钢(cg2)，通过外伸翼缘上的螺栓孔(e3)与下部加载板(e2)栓连；竖向加载装置(7)的上端与竖向千斤顶连接，下端将荷载施加到试件上；内部填板(8)通过螺栓连接在左右外框柱的内侧，实现对内部尺寸的微调。
2.根据权利要求1所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于所述底梁(1)由钢板 焊接，底梁截面为带外伸翼缘的箱型，箱型梁腹板两侧焊接加劲肋(al)，底梁两端分别外伸 两个压腿，呈工字形，压腿上各开两个螺栓孔(a2)，底梁顶板的外伸翼缘上设等间距螺栓孔 (a3) ο
3.根据权利要求1所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于所述下外框梁(2)包 括第一槽形钢(cgl)、第二槽形钢(cg2)，第一和第二槽形钢腹板上焊接加劲肋(bl)，相邻 两道加劲肋之间沿腹板高度方向开两个螺栓孔(b2)，槽形钢两端腹板分别开三个销轴孔 (b3)，两根槽形钢腹板螺栓孔相对，通过螺栓(b4)连接，槽形钢之间螺杆上装有套管(b5)； 槽形钢底面翼缘上开等间距螺栓孔(b6)，栓孔位置与底梁顶板螺栓孔(a3)对应；上外框梁(3)的构造及尺寸与下外框梁(2)相同。
4.根据权利要求1所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于所述右外框柱(4)包 括第三槽形钢(cg3)、第四槽形钢(cg4)和两块销轴板(xb)；槽钢截面尺寸与外框梁所用 槽钢相同，腹板上焊接加劲肋(cl)，相邻两道加劲肋之间腹板上开螺栓孔(c2)；两销轴板 (xb)由厚钢板加工，一端开销轴孔(c3)并在顶端加工成圆弧状，每一销轴板上开与腹板螺 栓孔位置相对应的螺栓孔(c4)；两销轴板(xb)分别置于两根槽钢之间，通过螺栓(c5)与槽形钢连接，构成右外框柱(4)，左外框柱(5)的构造及尺寸与右外框柱(4)相同。
5.根据权利要求1所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于所述辊轴连接器(6) 包括与加载外框连接构件(dl)、与做动头连接构件(d2)两部分，与加载外框的连接构件 (dl)加工为筒形，其截面呈C形，肢背翼缘上分别开连杆孔(d4)；与做动头连接构件(d2) 截面呈工形，一侧翼缘包在与加载外框的连接构件(dl)的筒形构件内，两部分之间通过辊 轴(d3)连接，另一侧方形钢板上开四个螺栓孔(d5)。
6.根据权利要求1所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于所述竖向加载装置(7) 包括上部构件(el)、下部加载板(e2)两部分；上部构件(el)由钢板焊接成M形，最外侧两块钢板底部分别伸出外伸翼缘，并在其上开螺栓孔(e3)，上部构件(el)跨过上第一槽形 钢(cgl)和第二槽形钢(cg2)通过外伸翼缘上的螺栓孔(e3)与下部加载板(e2)栓连。
7.根据权利要求1所述的低周反复荷载试验装置，其特征在于所述内部填板(8)由 不同厚度的钢板加工而成，其宽度与外框柱宽度一致，填板上开螺栓孔(Π)，其位置与右、 左外框柱(4、5)翼缘所开螺栓孔(c7) —致，填板通过螺栓与外框柱连接。
全文摘要
本发明公开了一种低周反复荷载试验装置，该装置的底梁(1)通过其两端压腿上的螺栓孔和螺栓与试验槽道固定。下外框梁(2)与底梁(1)通过螺栓固定。外框梁(2)、(3)和外框柱(4)、(5)通过销轴铰接，试件(9)放置在加载装置内。辊轴连接器(6)连接在外框与做动头之间，外框在变形后能够发生与做动头间的相对竖向位移。竖向加载装置将竖向千斤顶传递到内部试件，实现不同轴压比的模拟。该装置的优点为避免了传统低周反复荷载试验中庞大的底梁，且加载装置能够重复利用，节约了试验成本。整个装置在角部铰接，由于加入辊轴连接器保证外框能够自由发生变形，外框对试验的影响非常小，作动器荷载能够完全施加到内部构件上。
文档编号G01M3/32GK101915648SQ20101022861
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者刘佩, 姚谦峰, 李鹏飞, 郭猛 申请人:北京交通大学