专利名称：便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置及测定方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置及测定方法，属于混凝土建筑领域。
背景技术：
土木工程领域中，研究梁柱节点的滞回性能非常重要。在含有梁柱节点的结构中，节点往往是薄弱环节，其滞回性能的好坏对整个结构抗震性能有很大影响，准确测量节点的滞回性能对评价梁柱节点的延性、变形能力以及耗能能力具有重要意义。目前在研究梁柱节点的滞回性能主要采用拟静力试验，柱端通过千斤顶施加轴向压力，在梁端采用液压千斤顶施加低周往复竖向荷载，竖向荷载反力和水平荷载反力分别通过竖向荷载反力架和水平荷载反力架得到，在竖向和水平向分别达到自平衡，未能在两个方向同时达到自平衡。通过液压千斤顶施加的往复荷载的加载频率和连续性得不到有效控制，另一方面通过千斤顶施加竖向力，由于随着节点在竖向荷载的作用下发生侧移，千斤顶可能由于回油使施加的竖向力不能保持恒定，而产生较大试验误差。在加载过程中，节点梁端的滑移对试验精度也产生较大的影响，应采取有效措施防止梁端发生滑移。
发明内容
本发明提供一种便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置及测定方法，该装置可以在浇筑现场进行测试，只要进行局部拆卸和组装，操作方便。为了实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置，包括外部框架固定装置、试件固定装置、试件加载装置以及数据采集系统，其中
外部框架固定装置包括梯形水平反力架、工字型钢梁承台、工字型横梁、工字型立柱以及预应力钢索，所述的梯形水平反力架与工字型钢梁承台固定连接，所述的梯形水平反力架的下端与工字型钢梁承台的一端固定连接，梯形水平反力架的上端与工字型横梁的一端固定连接，在工字型横梁的另一端和工字型钢梁承台的另一端固定连接所述的工字型立柱；所述的预应力钢索设置在梯形水平反力架内；
试件加载装置包括水平作动器、两台竖向作动器、液压油源、水平荷载传感器以及竖向荷载传感器，所述的水平作动器的一端通过大球铰与梯形水平反力架连接，水平作动器的另一端通过另一大球铰与钢夹板连接，在水平作动器与钢夹板之间设置所述的水平荷载传感器，所述的两台竖向作动器通过小球铰与工字型横梁连接，在竖向作动器的下端连接所述的竖向荷载传感器；
试件固定装置包括两个钢夹板、锚固螺栓杆、柱固定底座以及柱底铰支座，所述的钢夹板通过所述的锚固螺栓杆与所述的水平作动器连接，所述的柱固定底座通过柱底铰支座与工字型钢梁承台固定连接； 数据采集系统包括控制器、多通道应变采集仪以及电脑，所述控制器的输入端和多通道应变采集仪的输出端分别与电脑连接，所述控制器的输出端与所述的水平作动器和两个竖向作动器连接。所述的水平作动器和竖向作动器内置位移传感器。在试件的顶面放置带滚轴的钢板。本发明试验装置包括梯形水平反力架、预应力钢索、工字型钢梁承台、工字型横梁、工字型立柱、三角形钢架、梁上下端连接铰、梁连接拉杆、柱底铰支座、球铰、液压油源、控制器、水平作动器、竖向作动器、固定作动器、水平荷载传感器、竖向荷载传感器、位移传感器、多通道应变采集仪、电脑、油管、安装带滚轴的钢板、钢夹板、顶部锚固螺栓杆、底部锚固螺栓杆、地锚螺栓和四芯导线。所述的梯形水平反力架与工字型钢梁承台之间采用高强螺栓连接，所述的工字型横梁、工字型立柱与梯形水平反力架、钢梁承台之间采用高强螺栓连接，所述的梯形水平反力架通过预应力钢索施加预应力。所述的试件加载装置包括水平作动器、两台竖向作动器、液压油源、水平荷载传感器、竖向荷载传感器、位移传感器，球铰。所述的水平作动器通过高强螺栓和球铰与梯形水平反力架连接，所述的水平荷载传感器通过高强螺栓与水平作动器连接，并通过高强螺栓和球铰与钢夹板连接，所述的两台竖向作动器通过高强螺栓和球铰与工字型横梁连接，所述的竖向荷载传感器通过高强螺栓与竖向作动器连接。所述的试件固定装置由两套钢夹板、螺栓杆、底部锚固螺栓杆、梁上连接铰、梁下端连接铰、拉压传感器、柱固定支座、柱固定铰支座组成。所述的控制器、电脑和多通道应变采集仪通过数据线连接为一体。便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置的测定方法，步骤如下
第一步将梯形水平反力架用地锚螺栓与地面连接固定，再将工字型钢梁承台分别通过高强螺栓和地锚螺栓与梯形水平反力架和地面连接固定；然后将工字型横梁、工字型立柱与梯形水平反力架、工字型钢梁承台之间采用高强螺栓连接，并通过预应力钢索对梯形水平反力架施加预应力；
第二步将水平作动器通过高强螺栓和球铰与梯形水平反力架连接，水平荷载传感器通过高强螺栓与水平作动器连接，并通过高强螺栓和球铰与钢夹板连接，然后将两台竖向作动器通过高强螺栓和球铰与工字型横梁连接，并将竖向荷载传感器通过高强螺栓与竖向作动器、安装带滚轴的钢板连接，把水平作动器和两台竖向作动器分别通过作动器专用油管与液压油源连接，并将液压油源、控制器、多通道应变采集仪、电脑通过数据线连接；第三步将节点试件通过柱固定支座、柱底铰支座固定到工字型钢梁承台上，通过支座两侧的螺栓施加力，防止试件侧移，梁的两端通过钢夹板、螺栓杆件梁连接杆以及铰支座固定，梁的高度通过调节夹板上下两端的螺栓调节至水平位置、并通过电脑和控制器调节水平作动器的行程到合适位置后，夹住两侧钢夹板，穿插顶部锚固螺栓杆并用螺栓拧紧；将带滚轴的钢板放到柱端的顶部。将水平荷载传感器、竖向荷载传感器、拉压传感器通过四芯导线连接到多通道应变采集仪上；
第四步当需要测试时，通过电脑和控制器控制竖向作动器施加竖向荷载至预定值，然后按照水平荷载加载制度控制水平作动器施加水平往复荷载，直至试件破坏，并通过电脑和多通道应变采集仪采集试验过程中的水平力P 和位移S⑴；
第五步根据试验过程中所记录的水平力PW水平力作用点处的水平位移巩幻，画出构件的滞回曲线。与现有技术相比，本发明的有益效果是1、本发明测试装置竖向荷载和水平荷载均采用作动器进行加载，可灵活调节作动器的行程，在加载过程中通过电脑实现高精度控制，同时在试件底部设置支座，可有效防止测试过程中试件发生移动,测试精度高。2、本发明装置可以在浇筑现场进行测试，只要进行局部拆卸和组装，操作方便。
图1是本发明测试装置的整体装置图。图2是本发明测试装置的加载装置图。图3是本发明测试装置的液压油源和数据采集系统图。图4是本发明测试装置的试件锚固布置图。其中1_梯形水平反力架；2-底梁；3_工字型横梁；4_工字型立柱；5_高强螺栓；6-预应力钢索；7_钢夹板；8_锚固螺栓杆；9_梁上端连接铰；10_拉压传感器11-梁连接拉杆；12_梁下端连接铰；13_柱固定底座；14_柱底铰支座；15_水平作动器；16_竖向作动器；17-液压油源；18-控制器；19-水平荷载传感器；20_竖向荷载传感器；21_大球铰；22_小球铰；23_油管；24_四芯导线；25_多通道应变采集仪；26_电脑；27_四芯导线；28-带滚轴的钢板；29_地锚螺栓。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明做详细说明
如图1所示，一种便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置，包括梯形水平反力架1、工字型钢梁承台2、工字型横梁3、工字型立柱4和预应力钢索6组成的加载架装置；由八个钢夹板7、锚固螺栓杆8、梁上端连接铰9、拉压传感器10、梁连接杆11、梁下端连接铰12、柱固定底座13、和柱底铰支座14组成的试件固定装置；水平作动器15、两台竖向作动器16、液压油源17、水平荷载传感器19、竖向荷载传感器20和组成的加载装置；控制器18、多通道应变采集仪25和电脑26组成的数据采集系统。采用本发明便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置来测定梁柱节点双向荷载下的共同作用性能，测试方法如下
第一步将梯形水平反力架用地锚螺栓与地面连接固定，再将工字型钢梁承台分别通过高强螺栓和地锚螺栓与梯形水平反力架和地面连接固定；然后将工字型横梁、工字型立柱与梯形水平反力架、工字型钢梁承台之间采用高强螺栓连接，并通过预应力钢索对梯形水平反力架施加预应力。第二步将水平作动器通过高强螺栓和球铰与梯形水平反力架连接，水平荷载传感器通过高强螺栓与水平作动器连接，并通过高强螺栓和球铰与钢夹板连接，然后将两台竖向作动器通过高强螺栓和球铰与工字型横梁连接，并将竖向荷载传感器通过高强螺栓与竖向作动器、安装带滚轴的钢板连接，把水平作动器和两台竖向作动器分别通过作动器专用油管与液压油源连接，并将液压油源、控制器、多通道应变采集仪、电脑通过数据线连接。第三步将节点试件通过柱固定支座、柱底铰支座固定到工字型钢梁承台上，通过支座两侧的螺栓施加力，防止试件侧移，梁的两端通过钢夹板、螺栓杆件梁连接杆以及铰支座固定，梁的高度通过调节夹板上下两端的螺栓调节至水平位置、并通过电脑和控制器调节水平作动器的行程到合适位置后，夹住两侧钢夹板，穿插顶部锚固螺栓杆并用螺栓拧紧；将带滚轴的钢板放到柱端的顶部。将水平荷载传感器、竖向荷载传感器、拉压传感器通过四芯导线连接到多通道应变采集仪上。第四步当需要测试时，通过电脑和控制器控制竖向作动器施加竖向荷载至预定值，然后按照水平荷载加载制度控制水平作动器施加水平往复荷载，直至试件破坏，并通过电脑和多通道应变采集仪采集试验过程中的水平力P(i)和位移W)；
第五步根据试验过程中所记录的水平力水平力作用点处的水平位移巩 ,画出构件的滞回曲线。
权利要求
1.一种便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置，包括外部框架固定装置、试件固定装置、试件加载装置以及数据采集系统，其中: 外部框架固定装置包括梯形水平反力架(I)、工字型钢梁承台(2)、工字型横梁(3)、工字型立柱(4)以及预应力钢索(6)，所述的梯形水平反力架(I)与工字型钢梁承台(2)固定连接，所述的梯形水平反力架(I)的下端与工字型钢梁承台(2)的一端固定连接，梯形水平反力架(I)的上端与工字型横梁(3)的一端固定连接，在工字型横梁(3)的另一端和工字型钢梁承台(2)的另一端固定连接所述的工字型立柱(4);所述的预应力钢索(6)设置在梯形水平反力架(O内； 试件加载装置包括水平作动器(15)、两台竖向作动器(16)、液压油源(17)、水平荷载传感器(19)以及竖向荷载传感器(20)，所述的水平作动器(15)的一端通过大球铰(21)与梯形水平反力架(I)连接，水平作动器(15)的另一端通过另一大球铰(21)与钢夹板(7)连接，在水平作动器(15)与钢夹板(7)之间设置所述的水平荷载传感器(19)，所述的两台竖向作动器(16)通过小球铰(22)与工字型横梁(3)连接，在竖向作动器(16)的下端连接所述的竖向荷载传感器(20)； 试件固定装置包括两个钢夹板(7)、锚固螺栓杆(8)、柱固定底座(13)以及柱底铰支座(14)，所述的钢夹板(7)通过所述的锚固螺栓杆(8)与所述的水平作动器连接，所述的柱固定底座(13)通过柱底铰支座(14)与工字型钢梁承台(2)固定连接； 数据采集系统包括控制器(18)、多通道应变采集仪(25)以及电脑(26)，所述控制器(18)的输入端和多通道应变采集仪(25)的输出端分别与电脑(26)连接，所述控制器(18)的输出端与所述的水平作动器(15)和两个竖向作动器(16)连接。
2.根据权利要求1所述的便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置，其特征在于:所述的水平作动器(15)和竖向作动器(16)内置位移传感器。
3.根据权利要求1所述的便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置，其特征在于:在试件的顶面放置带滚轴的钢板(28)。
4.一种采用权利要求1所述的便携式自动控制梁柱节点水平和竖向荷载共同作用性能测试装置的测定方法，其特征在于:测试步骤如下: 第一步:将梯形水平反力架(I)用地锚螺栓(29)与地面连接固定，再将工字型钢梁承台(2)分别通过高强螺栓(5)和地锚螺栓(29)与梯形水平反力架(I)和地面连接固定；然后将工字型横梁(3)、工字型立柱(4)与梯形水平反力架(I)、工字型钢梁承台(2)之间采用高强螺栓(5)连接，并通过预应力钢索(6)对梯形水平反力架(I)施加预应力； 第二步:将水平作动器(15)通过高强螺栓(5)和大球铰(21)与梯形水平反力架(I)连接，水平荷载传感器(19)通过高强螺栓(5)与水平作动器(15)连接，并通过高强螺栓(5)和球铰(21)与钢夹板(7)连接梁柱节点构件，然后将两台竖向作动器(16)通过高强螺栓(5)和小球铰(22 )与工字型横梁(3 )连接，并将竖向荷载传感器(20 )通过高强螺栓(5 )与竖向作动器(16)、安装带滚轴的钢板(28)连接，把水平作动器(15)和两台竖向作动器(16)分别通过作动器专用油管(23)与液压油源(17)连接，并将液压油源(17)、控制器(18)、多通道应变采集仪(25)、电脑(26)通过四芯导线(27)连接； 第三步:将梁柱节点试件通过两侧钢夹板(7)、梁上端铰支座(9)、梁下端连接铰(12)和锚固螺栓杆(8)固定到柱固定底座(13)上，通过两侧钢夹板(7)、梁上端铰支座(9)和梁下端连接铰(12)施固定，防止试件侧移，通过电脑(26)和控制器(18)调节水平作动器(15)的行程到合适位置后，夹住两侧钢夹板(7)，穿插顶部螺栓杆(8)并用螺栓拧紧；再调节竖向作动器(16)的行程并将带滚轴的钢板(28)放到试件的顶部，将水平荷载传感器(19)、竖向荷载传感器(20)通过四芯导线(24)连接到多通道应变采集仪(25)上； 第四步:当需要测试时，通过电脑(26)和控制器(18)控制竖向作动器(16)施加竖向荷载至预定值，然后按照水平荷载加载制度控制水平作动器(15)施加水平往复荷载，直至试件破坏，并通过电脑(26)和多通道应变采集仪(25)采集试验过程中的水平力$￠)和位移巩 ； 第五步:根据试验过程中所记录的水平力与水平力作用点处的水平位移巩O ,绘出试件 的滞回曲线。
全文摘要
本发明公开了一种便携式自动控制梁柱节点双向荷载共同作用性能测试装置及测定方法。其测定装置包括外部框架固定装置、试件固定装置、试件加载装置以及数据采集系统，其中外部框架固定装置包括梯形水平反力架、工字型钢梁承台、工字型横梁、工字型立柱以及预应力钢索；试件加载装置包括水平作动器、两台竖向作动器、液压油源、水平荷载传感器以及竖向荷载传感器；试件固定装置包括两个钢夹板、锚固螺栓杆、柱固定底座以及柱底铰支座；数据采集系统包括控制器、多通道应变采集仪以及电脑。本发明装置结构简单，拆卸方便，所需材料少，适用于科研和施工现场对节点试件滞回性能的测试。
文档编号G01M99/00GK103076192SQ20121056608
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者沈德建, 李明, 殷粉芳, 申嘉鑫, 陈莹, 田甜 申请人:河海大学, 南京博德工程技术有限公司
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