可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置

摘要

可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置，它涉及一种结构柱压弯滞回试验配套装置。为了实现模拟建筑结构柱实际受力情况及为了解决结构柱压弯滞回性能试验中试验试件全部材料仅能使用一次造成浪费等问题。所述装置包括长期荷载加载装置和试件，柱身的两端通过焊接在柱身上加劲耳板、连接环板与刚性梁段的工字型钢梁段可拆卸连接；或柱身的两端通过固接在柱身上的钢管柱头的加劲耳板、连接环板与刚性梁段的工字型钢梁段可拆卸连接，可实现柱身两端的刚性梁段的可循环利用。通过长期荷载加载装置真实模拟建筑结构柱实际受力情况，即先施加长期纵向荷载，持荷至预定时间后直接将所述装置放置在压弯滞回性能试验机上进行往复水平荷载作用试验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构柱压弯滞回试验配套装置，具体涉及一种可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置，属于建筑结构构件试验研究领域。

背景技术

建筑结构柱压弯滞回性能试验是研究其抗震性能，建立建筑结构柱抗震设计方法的重要手段之一。在实际工程中，建筑结构一般都是在建成投入使用后的某一时间内可能会遭遇地震，从而结构柱同时承受结构自重、正常使用荷载和地震力作用，因此，结构柱在承受地震力作用前都将持续承担建筑结构的竖向荷载作用，由于钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱等有混凝土材料存在并承担荷载的柱在长期荷载作用下存在徐变问题，现有研究表明，与不考虑长期荷载作用影响的钢筋混凝土试件相比，考虑长期荷载作用影响的试件的抗弯承载力约降低10％，刚度和耗能能力约降低40％。所以，在结构柱压弯滞回试验研究中和实际建筑结构中对柱构件进行设计时应该考虑长期竖向荷载的影响。

目前尚未见到有可实现先施加长期纵向荷载，持荷至预定时间后可以直接将试件直接放置在压弯滞回性能试验机上进行往复水平荷载作用试验的配套加载装置。

发明内容

为了实现模拟建筑结构柱实际受力情况，即先施加长期纵向荷载，持荷至预定时间后直接将模型柱及其施加长期纵向荷载的配套装置放置在压弯滞回性能试验机上进行往复水平荷载作用试验，同时为了解决结构柱压弯滞回性能试验中，传统的试验试件全部材料仅能使用一次，存在造价高、浪费大等问题，进而提供了一种可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

技术方案一：本发明所述的可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置包括试件、四个锚固支座、四个加载支座、四个精轧螺纹钢、四个压力传感器、四个张拉千斤顶和四个张拉端螺母，所述试件包括钢管混凝土柱和两个刚性梁段，钢管混凝土柱的上、下端各安装有一个刚性梁段，所述试件还包括两个连接环板和四个加劲耳板，每个刚性梁段包括工字型钢梁段、两个加劲腹板和封头盖板；两个连接环板分散居中由上至下套设在钢管混凝土柱上且与钢管混凝土柱的外侧壁焊接在一起，钢管混凝土柱的上、下端部侧壁各焊接有一对(两个)加劲耳板，位于同一端部的一对(两个)加劲耳板对称设置在钢管混凝土柱的两侧，且四个加劲耳板位于同一竖直面，两个连接环板位于两对加劲耳板之间，所述钢管混凝土柱的两端各设有一个柱头封板；在每个工字型钢梁段的内翼缘及工字型钢梁段腹板上加工有预留孔洞，所述预留孔洞可使钢管混凝土柱的端部插装在所述工字型钢梁段内且所述端部的端面恰好与工字型钢梁段的外翼缘的内侧面接触；在每个工字型钢梁段的内翼缘上开有两个豁口，所述两个豁口呈一字形对称设置在预留孔洞的开口端的两侧，且两个豁口均与预留孔洞的开口端相通，两个豁口的作用是使每个加劲耳板从相应的豁口穿过；在每个工字型钢梁段的内翼缘、外翼缘的两侧边缘之间各焊接有一个加劲腹板，工字型钢梁段的工字型钢梁段腹板平行位于两个加劲腹板之间；所述刚性梁段的工字型钢梁段的两端分别设有封头盖板；钢管混凝土柱的上、下端各插入刚性梁段的预留孔洞内，每个加劲耳板经由所述豁口置于工字型钢梁段的内翼缘和外翼缘之间且与工字型钢梁段的工字型钢梁段腹板贴合，每个加劲耳板与相应位置的工字型钢梁段腹板通过连接件可拆卸连接；两个连接环板位于上下设置的两个刚性梁段之间，每个连接环板与相应的工字型钢梁段的内翼缘接触且二者通过连接件可拆卸连接；四个锚固支座对称设置在钢管混凝土柱的两侧且固装在位于下端的工字型钢梁段上，四个加载支座对称设置在钢管混凝土柱的两侧且固装在位于上端的工字型钢梁段上；每个加载支座的上端面上安装有一个压力传感器，每个压力传感器的上方设有张拉千斤顶；每个精轧螺纹钢的下端锚固在锚固支座上，且依次穿过位于下、上端的工字型钢梁段的内翼缘上的预留孔及加载支座，所述每个精轧螺纹钢的上端与张拉千斤顶连接，利用张拉千斤顶对精轧螺纹钢进行张拉，使精轧螺纹钢拉力达到设计施加在钢管混凝土柱的预定轴向荷载后通过张拉端螺母紧固，压力传感器用于检测精轧螺纹钢的预应力。

技术方案二：本发明所述的可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置包括试件、四个锚固支座、四个加载支座、四个精轧螺纹钢、四个压力传感器、四个张拉千斤顶和四个张拉端螺母，所述试件包括钢筋混凝土柱和两个刚性梁段，钢筋混凝土柱的上、下端各安装有一个刚性梁段，所述试件还包括两个钢管柱头，每个刚性梁段包括工字型钢梁段、两个加劲腹板和封头盖板；每个钢管柱头由钢套管、连接环板和两个加劲耳板构成；连接环板套设在钢套管上且与钢套管的外侧壁焊接在一起，钢套管两侧各焊接有一个加劲耳板；将两个上下设置的钢管柱头及位于二者之间圆柱形模板作为钢筋混凝土柱的施工模板，制作成钢筋混凝土构件(即钢筋混凝土构件包括两个钢管柱头和钢筋混凝土柱，钢管柱头上的钢套管固接在钢筋混凝土柱两端上)，在钢筋混凝土构件端部钢管柱头上加焊柱头封板，形成一个整体式的钢筋混凝土柱构件，四个加劲耳板位于同一竖直面，每个钢套管上的两个加劲耳板为一对，两个连接环板位于两对加劲耳板之间；在每个工字型钢梁段的内翼缘及工字型钢梁段腹板上加工有预留孔洞，所述预留孔洞可使整体式的钢筋混凝土柱构件的端部插装在所述工字型钢梁段内且所述端部的端面恰好与工字型钢梁段的外翼缘的内侧面接触；在每个工字型钢梁段的内翼缘上开有两个豁口，所述两个豁口呈一字形对称设置在预留孔洞的开口端的两侧，且两个豁口均与预留孔洞的开口端相通，两个豁口的作用是使每个加劲耳板从相应的豁口穿过；在每个工字型钢梁段的内翼缘、外翼缘的两侧边缘之间各焊接有一个加劲腹板，工字型钢梁段的工字型钢梁段腹板平行位于两个加劲腹板之间；所述刚性梁段的工字型钢梁段的两端分别设有封头盖板；整体式的钢筋混凝土柱构件的上、下端各插入刚性梁段的预留孔洞内，每个加劲耳板经由所述豁口置于工字型钢梁段的内翼缘和外翼缘之间且与工字型钢梁段的工字型钢梁段腹板贴合，每个加劲耳板与相应位置的工字型钢梁段腹板通过连接件可拆卸连接；两个连接环板位于上下设置的两个刚性梁段之间，每个连接环板与相应的工字型钢梁段4的内翼缘接触且二者通过连接件可拆卸连接；四个锚固支座对称设置在钢筋混凝土柱的两侧且固装在位于下端的工字型钢梁段上，四个加载支座对称设置在钢管混凝土柱的两侧且固装在位于上端的工字型钢梁段上；每个加载支座的上端面上安装有一个压力传感器，每个压力传感器的上方设有张拉千斤顶；每个精轧螺纹钢的下端锚固在锚固支座上，且依次穿过位于下、上端的工字型钢梁段的内翼缘上的预留孔及加载支座，所述每个精轧螺纹钢的上端与张拉千斤顶连接，利用张拉千斤顶对精轧螺纹钢进行张拉，使精轧螺纹钢拉力达到设计施加在钢管混凝土柱的预定轴向荷载后通过张拉端螺母紧固，压力传感器用于检测精轧螺纹钢的预应力。

技术方案三：本发明所述的可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置是用型钢混凝土柱代替上述技术方案二中的钢筋混凝土柱。

本发明的有益效果是：

本发明实现模拟建筑结构柱实际受力情况，同时解决了结构柱压弯滞回性能试验中，传统的设计方法使得试验试件全部材料仅能使用一次，造价高，浪费大的问题。本发明具有构造简单、施工方便、造价低、适用范围广的优点，而且试件的两个刚性梁段可循环使用。使占试件总造价约为50％-70％的刚性梁段可以循环多次使用，从而显著降低试件的直接造价，同时可大大缩短试件的加工周期。

本发明的具体列优点主要表现在以下几个方面：

1、可以真实模拟建筑结构柱实际受力情况，即先施加长期纵向荷载，持荷至预定时间后直接将试件和长期荷载加载装置(模型柱及其施加长期纵向荷载的配套装置)放置在压弯滞回性能试验机上进行往复水平荷载作用试验。

2、长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置可多次循环使用，节约试验装置造价约为50-70％。

3、可适用于包括钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、型钢混凝土柱在内的等各种常见类型的结构柱。

4、安装、拆卸方便，施工速度快；受力合理可靠。

附图说明

图1是本发明中位于柱身上端的刚性梁段，图2是本发明中位于柱身下端的刚性梁段；图3是图1的的A-A剖面图(图中：12-预留螺栓孔)，图4是图1的B-B剖面图(图中：12-预留螺栓孔)，图5是图1的C-C剖面图，图6是图1的D-D剖面图，图7是图1的E-E剖面图，图8是图1的F-F剖面图，图9是图1的G-G剖面图；

图10是具体实施方式一所述装置的整体结构示意图(钢管混凝土柱)，图11是图10的的A-A剖面图，图12是图10的的B-B剖面图，图13是图10的的C-C剖面图；

图14是具体实施方式四所述试件的结构示意图(钢筋混凝土柱)，图15是图14的的A-A剖面图，图16是图14的的B-B剖面图，图17是图14的的C-C剖面图；

图18是具体实施方式七所述试件的结构示意图(型钢混凝土柱)，图19是图18的的A-A剖面图，图20是图18的的B-B剖面图，图21是图18的的C-C剖面图；

图22是本发明整体结构立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1～9、图10～13和图22具体说明本实施方式，本实施方式所述的可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置包括试件、四个锚固支座18、四个加载支座19、四个精轧螺纹钢20、四个压力传感器21、四个张拉千斤顶22和四个张拉端螺母17，所述试件包括钢管混凝土柱1和两个刚性梁段，钢管混凝土柱1的上、下端各安装有一个刚性梁段，所述试件还包括两个连接环板3和四个加劲耳板6，每个刚性梁段包括工字型钢梁段4、两个加劲腹板5和封头盖板13；两个连接环板3分散居中由上至下套设在钢管混凝土柱1上且与钢管混凝土柱1的外侧壁焊接在一起，钢管混凝土柱1的上、下端部侧壁各焊接有一对(两个)加劲耳板6，位于同一端部的一对(两个)加劲耳板6对称设置在钢管混凝土柱1的两侧，且四个加劲耳板6位于同一竖直面，两个连接环板3位于两对加劲耳板6之间，所述钢管混凝土柱1的两端各设有一个柱头封板2；在每个工字型钢梁段4的内翼缘4-1及工字型钢梁段腹板4-3上加工有预留孔洞4-4，所述预留孔洞4-4可使钢管混凝土柱1的端部插装在所述工字型钢梁段4内且所述端部的端面恰好与工字型钢梁段4的外翼缘4-2的内侧面接触；在每个工字型钢梁段4的内翼缘4-1上开有两个豁口4-5，所述两个豁口4-5呈一字形对称设置在预留孔洞4-4的开口端的两侧，且两个豁口4-5均与预留孔洞4-4的开口端相通，两个豁口4-5的作用是使每个加劲耳板6从相应的豁口4-5穿过；在每个工字型钢梁段4的内翼缘4-1、外翼缘4-2的两侧边缘之间各焊接有一个加劲腹板5，工字型钢梁段4的工字型钢梁段腹板4-3平行位于两个加劲腹板5之间；所述刚性梁段的工字型钢梁段4的两端分别设有封头盖板13；钢管混凝土柱1的上、下端各插入刚性梁段的预留孔洞4-4内，每个加劲耳板6经由所述豁口4-5置于工字型钢梁段4的内翼缘4-1和外翼缘4-2之间且与工字型钢梁段4的工字型钢梁段腹板4-3贴合，每个加劲耳板6与相应位置的工字型钢梁段腹板4-3通过连接件7可拆卸连接；两个连接环板3位于上下设置的两个刚性梁段之间，每个连接环板3与相应的工字型钢梁段4的内翼缘4-1接触且二者通过连接件7可拆卸连接；四个锚固支座18对称设置在钢管混凝土柱1的两侧且固装在位于下端的工字型钢梁段4上，四个加载支座19对称设置在钢管混凝土柱1的两侧且固装在位于上端的工字型钢梁段4上；每个加载支座19的上端面上安装有一个压力传感器21，每个压力传感器21的上方设有张拉千斤顶22；每个精轧螺纹钢20的下端锚固在锚固支座18上，且依次穿过位于下、上端的工字型钢梁段4的内翼缘4-1上的预留孔及加载支座19，所述每个精轧螺纹钢20的上端与张拉千斤顶22连接，利用张拉千斤顶22对精轧螺纹钢20进行张拉，使精轧螺纹钢20拉力达到设计施加在钢管混凝土柱1的预定轴向荷载后通过张拉端螺母17紧固，压力传感器21用于检测精轧螺纹钢20的预应力。

具体实施方式二：下面结合图1～9和图10～13具体说明本实施方式，本实施方式所述连接件7为高强螺栓。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式所述钢管混凝土柱1的截面形状是圆形、矩形或多边形。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：下面结合图1～9和图14～17具体说明本实施方式，本实施方式所述的可循环使用的长期荷载作用下结构柱压弯滞回试验配套装置包括试件、四个锚固支座18、四个加载支座19、四个精轧螺纹钢20、四个压力传感器21、四个张拉千斤顶22和四个张拉端螺母17，所述试件包括钢筋混凝土柱1和两个刚性梁段，钢筋混凝土柱1的上、下端各安装有一个刚性梁段，所述试件还包括两个钢管柱头10，每个刚性梁段包括工字型钢梁段4、两个加劲腹板5和封头盖板13；每个钢管柱头10由钢套管9、连接环板3和两个加劲耳板6构成；连接环板3套设在钢套管9上且与钢套管9的外侧壁焊接在一起，钢套管9两侧各焊接有一个加劲耳板6；将两个上下设置的钢管柱头10及位于二者之间圆柱形模板作为钢筋混凝土柱1的施工模板，制作成钢筋混凝土构件11(即钢筋混凝土构件11包括两个钢管柱头10和钢筋混凝土柱1，钢管柱头10上的钢套管9固接在钢筋混凝土柱1两端上)，在钢筋混凝土构件11端部钢管柱头10上加焊柱头封板2，形成一个整体式的钢筋混凝土柱构件8，四个加劲耳板6位于同一竖直面，每个钢套管9上的两个加劲耳板6为一对，两个连接环板3位于两对加劲耳板6之间；在每个工字型钢梁段4的内翼缘4-1及工字型钢梁段腹板4-3上加工有预留孔洞4-4，所述预留孔洞4-4可使整体式的钢筋混凝土柱构件8的端部插装在所述工字型钢梁段4内且所述端部的端面恰好与工字型钢梁段4的外翼缘4-2的内侧面接触；在每个工字型钢梁段4的内翼缘4-1上开有两个豁口4-5，所述两个豁口4-5呈一字形对称设置在预留孔洞4-4的开口端的两侧，且两个豁口4-5均与预留孔洞4-4的开口端相通，两个豁口4-5的作用是使每个加劲耳板6从相应的豁口4-5穿过；在每个工字型钢梁段4的内翼缘4-1、外翼缘4-2的两侧边缘之间各焊接有一个加劲腹板5，工字型钢梁段4的工字型钢梁段腹板4-3平行位于两个加劲腹板5之间；所述刚性梁段的工字型钢梁段4的两端分别设有封头盖板13；整体式的钢筋混凝土柱构件8的上、下端各插入刚性梁段的预留孔洞4-4内，每个加劲耳板6经由所述豁口4-5置于工字型钢梁段4的内翼缘4-1和外翼缘4-2之间且与工字型钢梁段4的工字型钢梁段腹板4-3贴合，每个加劲耳板6与相应位置的工字型钢梁段腹板4-3通过连接件7可拆卸连接；两个连接环板3位于上下设置的两个刚性梁段之间，每个连接环板3与相应的工字型钢梁段4的内翼缘4-1接触且二者通过连接件7可拆卸连接；四个锚固支座18对称设置在钢筋混凝土柱1的两侧且固装在位于下端的工字型钢梁段4上，四个加载支座19对称设置在钢管混凝土柱1的两侧且固装在位于上端的工字型钢梁段4上；每个加载支座19的上端面上安装有一个压力传感器21，每个压力传感器21的上方设有张拉千斤顶22；每个精轧螺纹钢20的下端锚固在锚固支座18上，且依次穿过位于下、上端的工字型钢梁段4的内翼缘4-1上的预留孔及加载支座19，所述每个精轧螺纹钢20的上端与张拉千斤顶22连接，利用张拉千斤顶22对精轧螺纹钢20进行张拉，使精轧螺纹钢20拉力达到设计施加在钢管混凝土柱1的预定轴向荷载后通过张拉端螺母17紧固，压力传感器21用于检测精轧螺纹钢20的预应力。

具体实施方式五：下面结合1～9和图14～17具体说明本实施方式，本实施方式所述连接件7为高强螺栓。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式所述钢筋混凝土柱1的截面形状是圆形、矩形或多边形。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式七：下面结合1～9和图18～21具体说明本实施方式，本实施方式用型钢混凝土柱代替具体实施方式四中的钢筋混凝土柱1。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

上述具体实施方式中提及的钢管混凝土柱、钢筋混凝土柱和型钢混凝土柱均为试件中的柱身。两个刚性梁段之间的柱身为试验段。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

针对具体实施方式一再进行如下阐述：将四块加劲耳板6和连接环板3焊接在钢管混凝土柱的设计位置上，形成一个整体式的钢管混凝土柱构件，将钢管混凝土柱构件通过工字型钢梁段4预留的孔洞安装就位，利用高强螺栓7使钢管混凝土柱构件上的加劲耳板6与钢梁段腹板4-3连接，使连接环板3与钢梁段内翼缘4-1连接，最终使钢管混凝土柱构件与两端钢性梁段成为一个整体共同承担试验时所要施加的轴压荷载和水平往复荷载，从而形成结构柱压弯滞回性能试验用试件。将精轧螺纹钢20穿过工字型钢梁段4两端的预留孔，一端锚固在锚固支座18上，在加载支座19利用张拉千斤顶22和压力传感器21对精轧螺纹钢20进行张拉，使其拉力达到设计施加在试验试件的预定轴向荷载后，拧紧张拉端螺母17，使精轧螺纹钢得到可靠锚固。在轴向荷载作用下，试件将发成徐变变形，通过张拉端的压力传感器21检测精轧螺纹钢20的预应力，并不断补充加载，使其稳定在预定施加的轴向荷载。待持荷时间满足预定要求后，将试件和长期荷载加载装置(长期荷载加载装置包括四个锚固支座18、四个加载支座19、四个精轧螺纹钢20、四个压力传感器21、四个张拉千斤顶22和四个张拉端螺母17等)一同置于结构柱压弯滞回试验机下，安装就位后，可通过压弯滞回试验机施加轴向荷载，同时精轧螺纹钢内的预应力逐渐减小，直至压弯滞回试验机施加的轴向荷载达到实验要求时，将精扎螺纹钢张拉端螺母卸掉，此时精扎螺纹钢失去加载作用，可进行压弯滞回试验。待试验完成后，拆除连接加劲耳板6与钢梁段腹板4-3以及连接环板3与钢梁段内翼缘4-1的高强螺栓7，则钢管混凝土柱构件可以完全与两端工字型钢梁段4分离。在进行下一试件试验时，将设有加劲耳板和连接环板的新的钢管混凝土柱构件按上述方法重新安装连接，即可进行该新试件的结构柱压弯滞回性能试验。

针对具体实施方式四再进行如下阐述(钢筋混凝土柱1可替换为型钢混凝土柱)：将两块加劲耳板6和连接环板3焊接在钢套管9上形成钢管柱头10，将两个上下设置的钢管柱头10及位于二者之间圆柱形模板作为钢筋混凝土柱1的施工模板，制作成钢筋混凝土构件11，在钢筋混凝土构件11端部钢管柱头10上加焊柱头封板2，形成一个整体式的钢筋混凝土柱构件8，将钢筋混凝土柱构件8通过工字型钢梁段4预留的孔洞安装就位，利用高强螺栓7，使钢筋混凝土柱构件8上的加劲耳板6与钢梁段腹板4-3连接，使连接环板3与钢梁段内翼缘4-1连接，最终使钢筋混凝土柱构件8与两端钢梁段4成为一个整体共同承担试验时所要试件的轴压荷载和水平往复荷载，从而形成结构柱压弯滞回性能试验用试件。将精轧螺纹钢20穿过工字型钢梁段4两端的预留孔，一端锚固在锚固支座18上，在加载支座19利用张拉千斤顶22和压力传感器21对精轧螺纹钢20进行张拉，使其拉力达到设计施加在试验试件的预定轴向荷载后，拧紧张拉端螺母17，使精轧螺纹钢得到可靠锚固。在轴向荷载作用下，试件将发成徐变变形，通过张拉端的压力传感器21检测精轧螺纹钢20的预应力，并不断补充加载，使其稳定在预定施加的轴向荷载。待持荷时间满足预定要求后，将试件和长期荷载加载装置一同置于结构柱压弯滞回试验机下，安装就位后，可通过压弯滞回试验机施加轴向荷载，同时精轧螺纹钢内的预应力逐渐减小，直至压弯滞回试验机施加的轴向荷载达到实验要求时，将精扎螺纹钢张拉端螺母卸掉，此时精扎螺纹钢失去加载作用，可进行压弯滞回试验。待试验完成后，拆除连接加劲耳板6与钢梁段腹板4-3以及连接环板3与钢梁段内翼缘4-1的高强螺栓7，则钢筋混凝土柱构件8可以完全与两端工字型钢梁段4分离，再将钢管柱头10与钢筋混凝土柱身1分离，并用机械加工的方法将钢管柱头10上的柱头封板2处理掉，使钢管柱头10和工字型钢梁段4均可循环使用。