[发明专利]一种构件复合受扭实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构实验技术领域，尤其涉及一种混凝土构件或者型钢混凝土构件在轴压力作用下复合受扭的实验装置以及方法。

背景技术

受扭是结构构件的基本受力形式之一，若荷载、构件和支座反力不在同一平面内，构件截面上将产生扭矩。因此，在土木工程结构中，受扭矩作用的构件普遍存在，但受纯扭、以及受压扭或弯扭或剪扭等简单复合受扭的情况并不多，大多处于压力、弯矩、剪力和扭矩（简称：压弯剪扭）或弯矩、剪力和扭矩（简称：弯剪扭）复合受扭状态，如框架角柱等竖向构件受扭时通常处于压弯剪扭复合受扭状态，而水平曲梁、框架边梁等水平向构件受扭时通常处于弯剪扭复合受扭状态。特别是地震作用下不规则结构中的竖向构件复合受扭明显，尤其角柱更为突出，在地震中容易破坏并引起结构倒塌。随着综合国力的增强，具有独特外形的建筑日趋增多，不规则结构也就日益增多，同时我国位于世界两大地震带（环太平洋地震带与欧亚地震带）之间，是一个多地震国家。因此，对复合受扭的土木工程结构构件进行实验研究和理论分析不仅是科学合理设计构件的需要，而且有着十分重要的社会意义。

目前，由于受实验装置及方法的限制，研究纯扭、压扭或弯扭或剪扭状态下的实验较多，而研究压弯剪扭或弯剪扭复合受扭的实验很少，且已有的少量复合受扭实验尚存在以下主要不足：1）构件的受力与实际地震时构件的受力状态不符。现有的压弯剪扭复合受扭实验通常保持压力、剪力和弯矩不变，仅变化扭矩直至构件破坏。而实际地震时，竖向构件中压力基本恒定，剪力主要是水平地震运动所产生的惯性力，且弯矩和扭矩随着该剪力的变化而变化。2）实验方法复杂，实验装置不够科学，且多点加载，实验过程中操作与控制难度大。

众所周知，地震运动十分复杂，其中对工程结构影响最大的通常是沿建筑物横向的水平地震运动。为了模拟横向水平地震运动对结构构件性能的影响，研究人员在研发复合受扭实验装置及方法的过程中，遇到的主要困难有：1）通常的受弯、受剪、受压和受拉实验中，作用力、构件和支座反力在一个平面内，所以其实验装置与方法相对简单。而受扭实验时，作用力、构件和支座反力不在一个平面内，是一个空间受力，其实验装置与方法就要复杂许多，尤其是研发横向水平地震作用下构件复合受扭的实验装置及方法就更为困难。为了模拟横向水平地震作用下构件既能扭转又只能沿横向水平变形，迄今的复合受扭实验采取在构件顶部通过一个竖向力千斤顶施加恒定的竖向力以模拟结构的重力作用，在构件顶部正中通过一个水平千斤顶施加恒定的水平力以模拟地震时构件受到的剪力与弯矩，在构件顶部左右两侧通过两个水平拉压千斤顶（或作动器）施加一对大小相等、方向相反、且作用线间隔一定距离的水平力以模拟地震时构件受到的扭矩，这样的实验虽然模拟了横向水平地震作用下构件既能扭转又只能沿横向水平变形，但缺点是：实验过程需要同时控制四个作用力，实验难度大，同时构件的受力与实际地震时构件的受力状态不符。2）迄今的复合受扭实验构件的扭转变形是通过一个球铰来实现，但由于结构实验所需的竖向荷载大，能承受这样荷载的球铰既没有标准件，若精加工费用又高。因此，实验时都采用没有经过精加工的球铰，这样势必带来一定的实验误差。

因此，发明一种科学合理、简便可行，又能很好地模拟横向水平地震作用时构件复合受扭的实验装置及方法十分必要，这有利于更好地研究复合受扭构件的受力机理和破坏特征，有利于科学合理、经济可靠地设计复合受扭构件，确保结构安全。

发明内容

本发明目的是：提供一种使得构件的受力与实际地震时构件的受力状态相符，而且装置科学合理、方法简便可行的复合受扭实验装置与方法。

本发明的技术方案是：