梁柱空间节点抗震试验方法及抗震试验用梁端约束装置

摘要

本发明公开了一种梁柱空间节点抗震试验方法及抗震试验用梁端约束装置，本发明试验方法的每个梁在远离柱的一端设置有抗震试验用梁端约束装置，本发明约束装置包括从外到内依次排列且同轴设置的第一环板、第二环板和第三环板，第一环板和第二环板轴向滑动连接，第二环板和第三环板圆周滑动连接，第三环板的内侧的顶部和底部均设置有移动方向与第三环板轴向垂直的第二水平位移机构，第一环板的外侧固定有转轴，转轴连接有反力机构。本发明使得梁可以绕梁的轴线转动、绕转轴上下翻动、与梁的轴向垂直的水平方向移动和在梁的轴向水平移动，梁不能上下平移。在多个方向上具有自由度。

说明书

本申请是专利申请号：201410082245.3、申请日：2014-03-07、名称：一种抗震试验用梁端约束装置的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种梁柱空间节点抗震试验方法，本发明还涉及一种抗震试验用梁端约束装置。

背景技术

现有的梁柱平面节点试验时，通常将柱的上下两端施加约束，在梁端施加低周反复荷载来研究其抗震性能。此种加载模式下力从梁的工作传递到柱。

我国是多地震国家，80%以上的城市位于地震区，地震造成的震害越来越严重。对工程结构而言，要建立抗震设计理论和验证一些单个构件的计算方法，都离不开具体的抗震性能试验。从实际结构中以构件反弯点为边界，选取相应的梁柱节点并进行抗震性能试验是研究结构在地震作用下梁柱构件的强度关系，并建立防止柱端破坏形成结构整体屈服的有效设计方法的可靠依据。从地震作用在实际结构中的传递关系可知，地震作用总是先在柱间分配并引起柱的弯曲变形，进而由梁、柱构件在节点处的变形协调条件传递到梁上。此外，由于地震时地面运动具有多维性、随机性以及方向的不确定性，开展梁柱空间节点梁端约束柱端斜向加载条件下的抗震性能试验可比平面节点更为有效的反映结构的实际工作状态。但是由于空间节点在柱端施加反复作用力时，两正交方向的构件变形与受力相互影响，如果仍采用传统的平面节点试验时模拟梁端反弯点的约束条件将会影响试验结果的准确性。因此，梁端约束条件的准确设计是影响空间节点试验过程中的受力模式和理论分析及设计时所用受力模式是否一致的重要一环。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种使梁端具有多自由度的梁柱空间节点抗震试验方法，本发明还提供一种使梁端具有多自由度的抗震试验用梁端约束装置。

为了解决上述技术问题，本发明梁柱空间节点抗震试验方法，梁柱包括柱和一端与柱的同一高度位置固定连接的四个梁，相邻的梁相垂直，相对的梁在一条直线上，其特征在于：所述试验方法包括如下步骤：（1）先在每个梁的远离柱的一端设置一个抗震试验用梁端约束装置，抗震试验用梁端约束装置包括从外到内依次排列且同轴设置的第一环板、第二环板和第三环板，第一环板和第二环板轴向滑动连接，第二环板和第三环板圆周滑动连接，第三环板的内侧的顶部和底部均设置有移动方向与第三环板轴向垂直的第二水平位移机构，第一环板的外侧固定有转轴，转轴连接有反力机构，反力机构包括反力机架，反力机架上设置有锚固结构，转轴绕其轴线转动设置在反力机架上，转轴的轴向与第二水平位移机构的移动方向相同；使梁夹在两个第二水平位移机构之间，将反力机构锚固在地面或其它固定装置上；（2）对柱上端加载斜向水平力；（3）测量柱和梁的变形量；（4）当柱的倾斜角度达到设定值时停止加载。

为了使第一环板和第二环板之间轴向滑移更灵敏，第一水平位移机构，所述的第一环板和第二环板之间设有多个沿圆周方向排列的第一水平位移机构，第一水平位移机构包括导轨、滑轮和滑轮架，导轨固定在第一环板的内侧，滑轮架固定在第二环板外侧，滑轮转动设置在滑轮架上，滑轮滑动设置在导轨上，导轨的导向方向在第一环板的轴向方向上。

为了使第二环板在第三环板的圆周上滑动更灵敏，所述的第二环板和第三环板之间设置有多圈滚珠槽，每圈滚珠槽内设置有多个滚珠。

为了使第一环板绕转轴的转动更稳定，所述的第一环板的外部的两侧各设有一个转轴，两个转轴在一条轴线上，每个转轴各连接有一个所述的反力机构。

为了使转轴在反力机架上转动更灵活，所述的转轴和反力机架之间设置有多圈滚珠槽，每圈滚珠槽内设置有多个滚珠。

为了便于制作，所述的第一环板包括多个沿圆周排列的弧形板，每个弧形板的两侧均固定有连接板，相邻弧形板的连接板通过螺栓固定连接。

为了便于安装第二水平位移机构，所述的第二水平位移机构通过翼板和肋板设置在第三环板上，翼板固定在第三环板的内侧面上，肋板固定在翼板上，肋板面对第三环板中心的一面水平，第二水平位移机构设置在肋板面对第三环板中心的面上。

为了便于制作第二水平位移机构，所述的第二水平位移机构包括支撑板、滚珠和滚珠盒，滚珠处在滚珠盒中，滚珠的外侧与支撑板接触。

为了使第二水平位移机构的运动的稳定性好，所述的第二水平位移机构包括导轨、滑轮和滑轮架，滑轮转动设置在滑轮架上，滑轮滑动设置在导轨上，导轨的导向方向在与第三环板的轴向方向垂直的水平方向上。

本发明抗震试验用梁端约束装置包括从外到内依次排列且同轴设置的第一环板、第二环板和第三环板，第一环板和第二环板轴向滑动连接，第二环板和第三环板圆周滑动连接，第三环板的内侧的顶部和底部均设置有移动方向与第三环板轴向垂直的第二水平位移机构，第一环板的外侧固定有转轴，转轴连接有反力机构，反力机构包括反力机架，反力机架上设置有锚固结构，转轴绕其轴线转动设置在反力机架上，转轴的轴向与第二水平位移机构的移动方向相同；所述的第一环板包括多个沿圆周排列的弧形板，每个弧形板的两侧均固定有连接板，相邻弧形板的连接板通过螺栓固定连接。

本发明的有益效果是：本发明抗震试验用梁端约束装置使用时套在梁远离柱的一端上，然后将反力机构锚固在地面或其它固定装置上，使得梁可以绕梁的轴线转动、绕转轴上下翻动、与梁的轴向垂直的水平方向移动和在梁的轴向水平移动，梁不能上下平移。在多个方向上具有自由度。消除柱端斜向加载试验过程中两正交方向梁的变形与受力之间的相互影响，对于研究结构在更为贴近实际工作条件下的抗震性能和改善结构抗震设计方法具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的立体结构示意图（除去反力机构部分）；

图3是件2的结构示意放大图；

图4是图1中的A局部放大图；

图5抗震试震示意图；

图中：1、第一环板，2、第一水平位移机构，3、第二环板，4、滚珠，5、连接板，6、翼板，7、肋板，8、第二水平位移机构，9、第三环板，10、销子，11、转轴，12、反力机架，13、锚杆孔，14、梁，15、抗震试验用梁端约束装置，16、柱。2-1、导轨，2-2、滑轮，2-3、滑轮架，8-1、支撑板，8-2、滚珠，8-3、滚珠盒。

具体实施方式

具体实施例一

如图1、图2、图3和图4所示的一种具体实施例，它包括从外到内依次排列且同轴设置的第一环板1、第二环板3和第三环板9，第一环板1和第二环板3轴向滑动连接，第二环板3和第三环板9圆周滑动连接，第三环板9的内侧设置有移动方向与第三环板9轴向垂直的第二水平位移机构8，第一环板1的外侧固定有转轴11，转轴11连接有反力机构，反力机构包括反力机架12，反力机架12上设置有锚固结构，锚固结构可以是锚杆孔13，通过锚杆将反力机架12与地面或其它固定装置固定在一起。也可以是直接固定在反力机架上连接杆或连接架，通过螺栓将其固定在地面或其它固定装置上。转轴11绕其轴线转动设置在反力机架12上，转轴11轴向与第二水平位移机构8的移动方向相同。

第一环板1和第二环板3之间设有多个沿圆周方向排列的第一水平位移机构2，如图3所示，第一水平位移机构2包括导轨2-1、滑轮2-2和滑轮架2-3，导轨2-1固定在第一环板1的内侧，滑轮架2-3固定在第二环板3外侧，滑轮2-2转动设置在滑轮架2-3上，滑轮2-2滑动设置在导轨2-1上，导轨2-1的导向方向在第一环板1的轴向方向上。

第二环板3和第三环板9之间设置有多圈滚珠槽，每圈滚珠槽内设置有多个滚珠4。

第一环板1的外部的两侧各设有一个转轴11，两个转轴11在一条轴线上，每个转轴11各连接有一个所述的反力机构。当然也可以只有一个转轴11，只转动的稳定性较差。转轴直接插接在反力机架12中，另一端通过销子10限位。

第一环板1包括多个沿圆周排列的弧形板，每个弧形板的两侧均固定有连接板5，相邻弧形板的连接板5通过螺栓固定连接。

第三环板9的内侧的顶部和底部均设有所述的第二水平位移机构8。第二水平位移机构8通过翼板6和肋板7设置在第三环板9上，翼板6固定在第三环板9的内侧面上，肋板7通过螺栓固定在翼板6上，肋板7面对第三环板9中心的一面水平，第二水平位移机构8设置在肋板7面对第三环板中心的面上。如图4所示，第二水平位移机构8包括支撑板8-1、滚珠8-2和滚珠盒8-3，滚珠8-2处在滚珠盒8-3中，滚珠8-2的外侧与支撑板8-1接触。

使用时，本装置安装在梁14的端部，梁14的上下两个面均支撑在本装置的第二水平位移机构8上。上方的第二水平位移机构8的滚珠盒8-3贴在梁14上，支撑板8-1固定在肋板7上。下方的第二水平位移机构8的滚珠盒8-3固定在肋板7上，支撑板8-1贴在梁14上。

具体实施例二

本具体实施例与具体实施例一的区别在第二水平位移机构结构与第一水平位移机构相同，包括导轨、滑轮和滑轮架，滑轮转动设置在滑轮架上，滑轮滑动设置在导轨上，导轨的导向方向在与第三环板9的轴向方向垂直的水平方向上。导轨和滑轮架中一个固定在肋板7上，另一个支撑在梁14上。

具体实施例三

本具体实施例与具体实施例的一区别在于翼板6和肋板7可可以没有，第二水平位移机构直接设置在第三环板9上。并且第二环板3和第三环板9之间的滚珠可没有。

具体实施例四

本具体实施例与具体实施例一的区别在于转轴11和反力机架12之间设置有多圈滚珠槽，每圈滚珠槽内设置有多个滚珠，或者在转轴11和反力机架12之间设置轴承。

采用本发明约束装置的梁柱空间节点抗震试验，如图5所示，梁柱包括柱16和一端与柱16的同一高度位置固定连接的四个梁14，相邻的梁14相垂直，相对的梁14在一条直线上，试验方法，（1）先在每个梁14的远离柱16的一端设置一个本发明抗震试验用梁端约束装置15（本发明中记载的所有的约束装置均适用），使梁夹在两个第二水平位移机构8之间，将反力机构锚固在地面或其它固定装置上，（2）对柱16上端加载斜向水平力；（3）测量柱和梁的变形量；（4）当柱16的倾斜角度达到设定值时停止加载。

在柱受力发生变形时会带动梁发生变形，由于梁可以绕梁的轴线转动、绕转轴上下翻动、与梁的轴向垂直的水平方向移动和在梁的轴向水平移动，只是梁不能上下平移。消除柱端斜向加载试验过程中两正交方向梁的变形与受力之间的相互影响。