古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置

技术领域

本发明涉及的是大位移低周往复荷载试验加载同步装置，适用于古建木构架模型低周往复荷载试验，特别适用于足尺的古建木构架模型大位移低周往复荷载试验。

背景技术

低周往复荷载试验或称为拟静力试验，是利用加载装置对被测结构进行逐渐增大、减小的往复荷载或往复位移，是结构抗震试验的一种方法。

低周往复荷载试验根据被测结构对象的不同其加载装置而不同，加载装置呈多样化。

通常低周往复荷载试验多采用电液伺服系统作为加载设备。电液伺服系统具有良好的动态特性，其组成结构复杂，价格较高。作动器的底座和作动器的前端都有球铰，一般认为可跟随被测结构的位移变化自动调节作动器的高度，实现作动器的加载方向始终保持水平地作用在被测结构上，但是实际应用中作动器前端的球铰与作动器活塞呈一角度，不在一水平线上，作动器的加载高度发生变化，当大位移往复荷载试验时，作动器的加载高度变化更为明显，这说明作用在被测结构的荷载或位移与加载系统输出的荷载或位移是有误差的，是不同步的。

发明内容

古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置由两套固定在双刀口支座上的平面摇摆柱、耳板、测力杆、加载绞车和一个古建木构架模型组成。测力杆连接在平面摇摆柱与古建木构架之间，调整双刀口支座的两个刀口之间的距离和平面摇摆柱上的耳板的高度。古建木构架大位移低周往复荷载试验时，古建木构架模型一端的加载绞车加载，古建木构架模型的另一端的加载绞车放松，古建木构架模型与平面摇摆柱的位移同步；测力杆保持水平状态。实现了加载装置的位移与施加在古建木构架模型上的位移同步。

本发明结构简单，同步性好，制作、安装方便，成本低，适用于古建木构架模型低周往复荷载试验，特别适用于足尺的古建木构架大位移低周往复荷载试验。

古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置，其特征是：

所述古建木构架模型的两侧分别设置一个平面摇摆柱和固定一个加载绞车，古建木构架模型上有竖向加载配重。测力杆的一端连接在平面摇摆柱上的耳板一端，测力杆的另一端连接古建木构架模型上的竖向加载配重的一端。加载绞车的钢丝绳一端连接平面摇摆柱上的耳板的另一端，加载绞车固定于地面。平面摇摆柱底焊接在双刀口支座上垫板上面的中心位置。双刀口支座下垫板固定在地面。当古建木构架模型一侧的加载绞车加载时，古建木构架模型另一侧的加载绞车放松，古建木构架模型与平面摇摆柱的位移同步；测力杆保持水平状态。

所述古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置，平面摇摆柱是一根有一定长度和有足够刚度储备的钢管，其上一定高度（与古建木构架模型加载点的高度一致），装有上下可调节的耳板，其下柱底焊接在有足够刚度储备的双刀口支座上垫板上面的中心位置。在耳板布置一大位移传感器，监测低周往复荷载试验过程的位移是否与古建木构架模型的位移相等。

所述双刀口支座上垫板和双刀口支座下垫板它们之间有一传力机构——“刀口”，是两个单刀口支座的组合。双刀口支座上垫板上加工一定尺寸的四个导槽用于连接两个“刀”和调整两个“刀”之间的距离。两个“刀”是刚度足够的、截面尺寸相等的，横截面为三角形的三棱柱体。双刀口支座下垫板上面有两道V型槽（“口”）；其距离与双刀口支座上垫板连接的两个“刀”的距离相等。两个“刀口”的距离是通过与古建木构架模型的计算确定的。

所述耳板由一定刚度的钢板加工而成，有两个圆孔，分别用于连接测力杆的一端和连接加载绞车的钢丝绳的一端。

所述连接测力杆一端的耳板孔到平面摇摆柱柱中心轴的距离是两个刀口支座“刀”距离的二分之一。耳板在平面摇摆柱上下可调节，其高度与古建木构架模型加载点的高度一致。

所述测力杆是一定长度和刚度足够呈杆状的测力传感器，用于测量对古建木构架模型施加荷载的大小。在测力杆上布置一倾角传感器，监测低周往复荷载试验过程中测力杆是否呈水平状态。在古建木构架模型加载点的高度位置的适当部位，布置一大位移传感器，测量古建木构架模型低周往复荷载试验位移的大小。

实现本发明所提供的古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置与现有技术相比，其所具有的优点与积极效果在于：

实现了一种新的低周往复荷载试验同步加载装置。克服了现有低周往复荷载试验加载装置作用在被测结构的荷载或位移与加载系统输出的荷载或位移的误差，降低了现有加载装置的制造成本，简化了加载装置的结构形式，便于加载控制和安装。适用于古建木构架模型低周往复荷载试验，特别适用于足尺的古建木构架大位移低周往复荷载试验。

附图说明

图1是本发明古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置简图。

图2是本发明摇摆柱与模型柱直径相等高不相等的计算简图。

图3是本发明古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置的应用。

具体实施方式

对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

本发明古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置的依据。

1.1现有技术情况

低周往复荷载试验或称为拟静力试验，是利用加载装置对被测结构进行逐渐增大、减小的往复荷载或往复位移，是结构抗震试验的一种方法。

低周往复荷载试验根据被测结构对象的不同其加载装置而不同，加载装置呈多样化。

通常低周往复荷载试验多采用电液伺服系统作为加载设备。电液伺服系统具有良好的动态特性，其组成结构复杂，价格较高。作动器的底座和作动器的前端都有球铰，一般认为可跟随被测结构的位移变化自动调节作动器的高度，实现作动器的加载方向始终保持水平地作用在被测结构上，但是实际应用中作动器前端的球铰与作动器活塞呈一角度，不在一水平线上，作动器的加载高度发生变化，当大位移往复荷载试验时，作动器的加载高度变化更为明显，这说明作用在被测结构的荷载或位移与加载系统输出的荷载或位移是有误差的，是不同步的。

1.2同步加载装置的计算

古建木构架（按宋代《营造法式》七等材设计）大位移低周往复荷载试验加载同步装置的计算，如附图2所示。

1.2.1古建木构架模型柱与平面摇摆柱的直径相等，高不相等

如附图1所示，古建木构架模型的铺作层的刚度远远大于古建木构架模型柱的刚度。在古建木构架大位移低周往复荷载试验时，古建木构架模型的铺作层可看作是一刚性层。这样，如附图2所示，平面摇摆柱的高大于古建木构架模型柱的高。古建木构架模型柱的高H=2760mm，在力F的作用下，A点沿半径为R的圆弧运动。平面摇摆柱的高为H+h=2760+1135=3895mm，在力F的作用下，B点沿半径为r的圆弧运动。

设：古建木构架模型柱的直径与平面摇摆柱的直径相等，直径D=389mm，古建木构架模型柱的高H=2760mm，平面摇摆柱的高为H+h=2760+1135=3895mm。

古建木构架模型柱在力F的作用下，古建木构架模型柱的A点沿半径为R的圆弧运动，A点的最大增量高为：

平面摇摆柱在力F的作用下，平面摇摆柱的B点沿半径为r的圆弧运动，B点的最大增量高为：

，古建木构架模型柱的A点与平面摇摆柱的B点不同步。

1.2.2古建木构架模型与平面摇摆柱的同步

若则古建木构架模型柱A点与平面摇摆柱B点同步。古建木构架模型柱的直径为D=389mm，平面摇摆柱的直径为。

当平面摇摆柱的直径,古建木构架模型柱A点与平面摇摆柱B点同步。

1.3实例

古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置由两套固定在双刀口支座上的平面摇摆柱、耳板、测力杆、加载绞车和一个古建木构架模型组成。

如附图1所示，将一根有一定长度和有足够刚度储备的钢管一端焊接在有足够刚度储备的双刀口支座上垫板上面的中心位置，双刀口支座下垫板固定在地面，组成平面摇摆柱。平面摇摆柱上的耳板连接测力杆的一端，测力杆的另一端连接古建木构架模型的一端。加载绞车的钢丝绳一端连接耳板的另一端，加载绞车固定于地面。在耳板布置一大位移传感器，监测低周往复荷载试验过程的位移是否与古建木构架模型的位移相等。测力杆是一定长度和刚度足够呈杆状的测力传感器，用于测量对古建木构架模型施加荷载的大小。在测力杆上布置一倾角传感器，监测低周往复荷载试验过程中测力杆是否呈水平状态。在古建木构架模型加载点的高度位置的适当部位，布置一大位移传感器，测量古建木构架模型低周往复荷载试验位移的大小。

此次试验共有4个模型，按宋代《营造法式》七等材设计足尺模型是4柱模型和2柱模型各一个，按宋代《营造法式》八等材设计足尺模型是一个2柱模型和按宋代《营造法式》1/2七等材设计的一个4柱比例模型。根据计算，改变双刀口支座两个“刀口”的距离，连接测力杆的耳板孔到平面摇摆柱中心轴的距离是两个刀口支座“刀”距离的二分之一，调整平面摇摆柱上的耳板的高度对4个古建木构架模型进行大位移低周往复荷载试验。

如附图3是古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置的应用，是七等材足尺2柱模型第2级竖向荷载下的低周往复荷载试验。

4个古建木构架模型的大位移低周往复荷载试验表明，当古建木构架模型的一端的加载绞车加载时，古建木构架模型的另一端的加载绞车放松，古建木构架模型与平面摇摆柱的位移同步；测力杆保持水平状态。验证了本发明“古建木构架大位移低周往复荷载试验加载同步装置”的同步性。

通过改变双刀口支座的两个“刀口”距离，在连接测力杆的耳板孔到平面摇摆柱中心轴的距离是两个刀口支座“刀”距离的二分之一的条件下，实现了一种新的低周往复荷载试验同步加载装置。克服了现有低周往复荷载试验加载装置作用在被测结构的荷载或位移与加载系统输出的荷载或位移的误差，降低了现有加载装置的制造成本，简化了加载装置的结构形式，便于加载控制和安装。适用于古建木构架模型低周往复荷载试验，特别适用于足尺的古建木构架大位移低周往复荷载试验。