本發(fā)明涉及一種可用于輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，屬于建筑工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)隨著人們對(duì)環(huán)保節(jié)能、住宅產(chǎn)業(yè)化的日益重視和我國(guó)鋼產(chǎn)量的大幅提高，污染小、工期短、保溫節(jié)能效果良好的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)引起了政府和研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)這種結(jié)構(gòu)的開展了深入的研究?；谳p鋼梁、輕鋼柱的構(gòu)件層次的研究已經(jīng)較多，而從構(gòu)件層次的研究上升到結(jié)構(gòu)層次的研究，梁柱連接節(jié)點(diǎn)的受力性能是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。梁柱連接節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)體系中連接著各種構(gòu)件，起著傳遞荷載、分配荷載的作用，因此梁柱節(jié)點(diǎn)的受力性能某種程度上決定著整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力性能，對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的研究也是輕鋼框架結(jié)構(gòu)研究的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)往往需要在大跨度的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)大廳進(jìn)行，需要反力墻、地錨螺桿、大型千斤頂和大噸位作動(dòng)器，以及吊裝試件等物品需要的天車吊，試驗(yàn)成本較高，周期較長(zhǎng)。

和高層及大跨鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)試件相比，輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)具有構(gòu)件截面小、荷載小、位移小等特點(diǎn)，在研究其受力性能時(shí)如果還沿用前述方法，不僅作動(dòng)器、千斤頂?shù)妊b置都難以完全匹配，而且地錨孔的孔距、反力墻的孔距都較大，對(duì)小尺寸試件的試驗(yàn)，所有固定試件的裝置都需要重新定制。本發(fā)明提供一種可用于輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置及作法，以解決傳統(tǒng)試驗(yàn)裝置尺寸過(guò)大、試驗(yàn)成本高、場(chǎng)地要求高等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可用于輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置及作法，以解決傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)裝置占用空間大、成本高、更換不方便等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一套可用于輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，該裝置包括裝置底板(1)、下卡槽(2)、上卡槽(3)、緊固螺栓(4)、上蓋板(5)、底板長(zhǎng)槽(6)、側(cè)板(7)、夾板(8)、鉸桿(9)、梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件(10)、力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)。

梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件(10)為T形試件，試件的上下兩端分別為柱的結(jié)構(gòu)，水平方向?yàn)榱旱慕Y(jié)構(gòu)。

力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)與裝置底板(1)通過(guò)螺栓連接，側(cè)板(7)豎直焊接在裝置底板(1)的兩側(cè)，梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件(10)的上下兩端分別通過(guò)上蓋板(5)、裝置底板(1)固定，下卡槽(2)設(shè)置在裝置底板(1)上，上卡槽(3)設(shè)置在上蓋板(5)上，下卡槽(2)和上卡槽(3)的位置相對(duì)應(yīng)；梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件(10)的上下兩端分別裝入上卡槽(3)、下卡槽(2)內(nèi)，梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件(10)與下卡槽(2)、上卡槽(3)通過(guò)緊固螺栓(4)緊固；底板長(zhǎng)槽(6)設(shè)置在裝置底板(1)上，用于改變加載點(diǎn)位置。

夾板(8)設(shè)置在梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件(10)梁端加載處，力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)通過(guò)鉸桿(9)與夾板(8)連接。

與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)裝配固定的裝置底板(1)設(shè)置在試驗(yàn)裝置的底部，是整個(gè)試驗(yàn)裝置與力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)連接的關(guān)鍵部件。裝置底板(1)由Q235鋼或Q345鋼制作，厚度為25mm～35mm，由5～6個(gè)直徑為24mm～30mm的螺栓固定在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)的加載底板上，力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的加載底板厚35mm～40mm，具有較大的剛度，能承受較大的豎向荷載，連接在其上的裝置底板為側(cè)板(7)及梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)提供可靠的支承。

裝配輕鋼框架柱的下卡槽(2)形狀與梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)的下端的柱截面相同，為了便于梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)的安裝固定，下卡槽(2)的尺寸大于下端的柱截面尺寸，下卡槽(2)沿四邊向外各多出1mm。為了避免加載時(shí)對(duì)力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)的加載底板造成損壞，下卡槽(2)的深度比裝置底板(1)小10mm左右，應(yīng)為20mm～25mm，這個(gè)深度保證在加載時(shí)下卡槽(2)能牢固的對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)的柱下端起到嵌固作用。按照梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的理論要求，在梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)的柱下端被固定在下卡槽(2)后，要形成理論上鉸接的一種機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)裝置的裝配輕鋼框架柱的下卡槽(2)完全符合試驗(yàn)的理論要求。

上卡槽(3)形狀與梁柱節(jié)點(diǎn)試件的柱上端截面相同，為了便于梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)從下方傾斜穿進(jìn)上卡槽(3)，上卡槽(3)的尺寸比柱上端截面尺寸大，上卡槽(3)的四邊向外各多出10mm～15mm。上卡槽(3)的鋼板厚度與下卡槽(2)的深度相同，保證梁柱節(jié)點(diǎn)試件的上端、下端都處于鉸接狀態(tài)。

固定輕鋼框架柱的緊固螺栓(4)一共有八個(gè)，下卡槽(2)處有四個(gè)，上卡槽(3)處有四個(gè)，緊固螺栓(4)是確保上下卡槽卡緊梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)的關(guān)鍵措施。由于機(jī)械加工裝置時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)、上卡槽(3)、下卡槽(2)之間的間隙難以避免，而這些間隙在加載時(shí)會(huì)造成梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)的上下柱端出現(xiàn)水平位移，繼而影響到梁端位移的讀數(shù)，這是試驗(yàn)所不允許出現(xiàn)的。在把梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)裝入上卡槽(3)、下卡槽(2)中后，蓋上上蓋板(5)，栓入輕鋼框架柱的緊固螺栓(4)后擰緊，確保在加載時(shí)，上下柱端處于夾緊的狀態(tài)，將可能因?yàn)槿哂辔灰圃斐傻膶?shí)驗(yàn)誤差降低到最小限度。

固定輕鋼框架柱的上蓋板(5)是確保梁柱節(jié)點(diǎn)試件上端固定和施加軸壓力的關(guān)鍵部件。由于上卡槽(3)的尺寸比梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)的柱上端每側(cè)多出10mm～15mm，如圖2所示，在上蓋板(5)的底部，有個(gè)方形的方框狀突起，正好占據(jù)了這多出的10mm～15mm的間隙，在上蓋板(5)蓋上，并用四個(gè)螺栓把上蓋板與上卡槽(3)連接固定后，再用四個(gè)緊固螺栓(4)擰緊，就使得梁柱節(jié)點(diǎn)試件的上端完全被限制了水平位移，而且不限制彎曲，符合理論鉸接的力學(xué)模型，達(dá)到梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的要求。如圖2所示，在上蓋板(5)上方還能夠安裝小型千斤頂或強(qiáng)力彈簧(20kN～80kN)，為柱端施加軸壓力，完全模擬輕鋼柱在工作時(shí)候的受力狀態(tài)。

用于改變加載點(diǎn)位置的底板長(zhǎng)槽(6)是使梁柱連接節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)時(shí)改變加載點(diǎn)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，梁柱?jié)點(diǎn)試件(10)在需要研究節(jié)點(diǎn)區(qū)受彎性能時(shí)，加載點(diǎn)需要靠近梁端部，如果需要研究節(jié)點(diǎn)區(qū)受剪性能時(shí)，加載點(diǎn)需要移動(dòng)到梁柱節(jié)點(diǎn)根部附近，節(jié)點(diǎn)區(qū)之外，由于力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)無(wú)法移動(dòng)，而梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)又是被固定在試驗(yàn)裝置上的，只能移動(dòng)整個(gè)試驗(yàn)裝置來(lái)改變加載點(diǎn)的位置，這個(gè)移動(dòng)就要靠用于改變加載點(diǎn)位置的底板長(zhǎng)槽(6)來(lái)實(shí)現(xiàn)，松開裝置底板(1)與力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)加載底板之間的螺栓，使整個(gè)裝置滑動(dòng)到設(shè)計(jì)位置，再擰緊螺栓，即可實(shí)現(xiàn)加載點(diǎn)位置的改變。

連接底板與頂板的側(cè)板(7)對(duì)試驗(yàn)裝置的整體性起著關(guān)鍵的作用。側(cè)板下部和裝置底板(1)焊接，上部和上卡槽(3)所在的頂板焊接，側(cè)板(7)要有足夠的剛度能保證下卡槽(2)和上卡槽(3)的相對(duì)位置，同時(shí)側(cè)板(7)要有足夠的抗拉能力，在梁端受到較大拉力時(shí)，梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)會(huì)把這個(gè)拉力傳給頂板，而頂板需要側(cè)板拉著才能保證試驗(yàn)正常進(jìn)行。側(cè)板(7)的厚度根據(jù)豎向荷載的大小選用15mm～25mm之間的值。由于試驗(yàn)過(guò)程需要連接位移傳感器、應(yīng)變傳感器、力傳感器等連接線，另外還需要觀察節(jié)點(diǎn)區(qū)的試驗(yàn)現(xiàn)象，所以在兩個(gè)側(cè)板中受力不大的區(qū)域開了三角形的孔，如圖1所示。

梁端加載的夾板(8)作用是固定梁端，把加載端頭的荷載傳給梁端，因此在梁柱節(jié)點(diǎn)試件(10)安裝就位后夾板(8)的上下必須用高強(qiáng)螺桿固定。由于梁端加載時(shí)分為拉力和壓力，夾板(8)也就分為兩個(gè)工況：向下加載時(shí)，上夾板直接作用于梁端頂面，下夾板間的螺桿以及下夾板受力不大；向上加載時(shí)，下夾板承彎剪作用，四根螺桿承受軸向拉力。上下夾板(8)的厚度在20～25mm，四根螺桿直徑在14mm～20mm。

加載端頭的鉸桿(9)是把豎向荷載從加載橫梁傳遞到梁端的關(guān)鍵部件。鉸桿(9)在加載時(shí)有兩個(gè)工況：向下加載時(shí)，上夾板(8)始終和梁端上表面緊貼并平行，此處鉸桿(9)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也隨著梁端豎向位移的增大緩緩變大；向上加載時(shí)，鉸桿(9)承受較大的拉力，因此應(yīng)該一直處于繃直的狀態(tài)，即沒有轉(zhuǎn)角。鉸桿(9)的尺寸應(yīng)能保證鉸桿凈面積及中間的軸能承受加載橫梁所能施加的最大拉力并確保不產(chǎn)生明顯變形。

梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件(10)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康膩?lái)設(shè)計(jì)。輕鋼柱采用正方形截面，輕鋼梁可采用正方形截面或者矩形截面、工字形截面，如果采用工字形截面，為使試件在加載時(shí)保持穩(wěn)定，需要在工字形截面的節(jié)點(diǎn)區(qū)、加載點(diǎn)處腹板高度設(shè)置矩形加勁肋。

力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)是該試驗(yàn)的加載裝置和測(cè)量、操作工具。本裝置所用的力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為雙絲桿系列，由測(cè)量系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及電腦組成，具有精度高、調(diào)速范圍寬、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明涉及一種可用于輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置及作法，其具體作法如下(如圖1所示)：

第一步：分別按照設(shè)計(jì)尺寸切割出兩塊底板、兩塊側(cè)板、一塊頂板、一塊背板的鋼板，精度要求控制在±0.5mm，切割之后在車床上加工出頂板的方形槽；銑出底板上的方形槽以及五條長(zhǎng)槽；切割出兩個(gè)側(cè)板上的三角形槽。

第二步：按照設(shè)計(jì)的相對(duì)位置焊接前述的各塊鋼板，兩塊底板在下，兩塊側(cè)板在中間，頂板在上，背板在底板、頂板、和側(cè)板之間，兼具加勁肋的作用。焊接時(shí)要確保焊縫質(zhì)量不低于B級(jí)，各焊縫寬度和長(zhǎng)度要滿足現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。頂板與側(cè)板、底板與側(cè)板要加小型加勁肋，厚度10mm，高和長(zhǎng)尺寸不超過(guò)50mm。

第三步：先根據(jù)設(shè)計(jì)方案，把裝置用24～30mm的螺栓安裝固定在力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的加載底板上，調(diào)整好前后位置。然后在力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的加載橫梁上安裝力傳感器、連接豎軸、鉸桿、上夾板。

第四步：安裝梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件，安裝時(shí)先傾斜試件，將試件的柱上端從上卡槽中自下而上穿出，然后向上抬升試件，待試件下端柱底落入底板上的下卡槽，然后擰緊上下卡槽中的八個(gè)緊固螺栓，將上蓋板與上卡槽對(duì)齊，蓋上上蓋板，設(shè)置好加軸壓的設(shè)備，用螺栓將上蓋板固定在頂板上。

第五步：連接應(yīng)變傳感器、位移傳感器、力傳感器的各種線。用上夾板和下夾板將梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件夾緊。調(diào)試各種傳感器，開始加載和數(shù)據(jù)采集。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的可用于輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)成本低：本發(fā)明包含新型的梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)裝置為15～35mm厚的鋼板經(jīng)過(guò)切割、銑削、焊接、噴漆等工序制成，一套裝置的成本低于1500元(不含力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī))。而傳統(tǒng)的梁柱連接節(jié)點(diǎn)受力性能依賴反力墻、地錨孔、地錨螺栓、側(cè)限裝置、水平作動(dòng)器、吊車等大型試驗(yàn)室設(shè)備，費(fèi)用達(dá)5000元以上。

(2)硬件要求不高，容易推廣：目前工程中用的鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)種類較多，很多缺乏較系統(tǒng)的力學(xué)性能研究，而傳統(tǒng)的梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)需要有天車吊的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)大廳和反力墻等大型試驗(yàn)設(shè)備，很多高校和研究機(jī)構(gòu)難以做到。而本發(fā)明所述的試驗(yàn)裝置可以在力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上實(shí)施試驗(yàn)，屬于小型試驗(yàn)設(shè)備，更加容易推廣。

(3)加載簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)采集精確：加載采用力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的電腦控制，加載速度有很多檔位，可以精確控制，數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以使用百分表、拉線位移傳感器、普通位移傳感器、精細(xì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，繪制出的荷載位移曲線較為精細(xì)，試驗(yàn)效果較好。而傳統(tǒng)的大型梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)備采用油泵控制，由于荷載較大，精度相對(duì)較差，數(shù)據(jù)采集頻率較低。

(4)操作方便：

與傳統(tǒng)的梁柱節(jié)點(diǎn)受力試驗(yàn)相比，本試驗(yàn)裝置體積小，安裝、拆卸試件、接線、采集、布置測(cè)量工具等環(huán)節(jié)的工作量均有所降低，加快了換件所用的時(shí)間，提高了工作效率，而且傳統(tǒng)梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)所能實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集、柱端加軸壓、荷載位移曲線的繪制等功能都可以實(shí)現(xiàn)，是一種值得推廣的新型高效試驗(yàn)裝置。

附圖說(shuō)明

圖1是一種可用于輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置的立體示意圖；

圖2是可以在柱頂施加軸壓力的多功能蓋板的立體示意圖；

圖3是本發(fā)明的試驗(yàn)裝置安裝到力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上后進(jìn)行加載的的工作示意圖一

圖4是本發(fā)明的試驗(yàn)裝置安裝到力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上后進(jìn)行加載的的工作示意圖二。

圖中：1、與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)裝配固定的裝置底板，2、裝配輕鋼框架柱的下卡槽，3、上卡槽，4、固定輕鋼框架柱的緊固螺栓，5、固定輕鋼框架柱的上蓋板，6、用于改變加載點(diǎn)位置的底板長(zhǎng)槽，7、連接底板與頂板的側(cè)板，8、梁端加載的夾板，9、加載端頭的鉸桿，10、梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件，11、力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種可用于輕鋼框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，該裝置包括與萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)裝配固定的裝置底板(1)、裝配輕鋼框架柱的下卡槽(2)、上卡槽(3)、固定輕鋼框架柱的緊固螺栓(4)、固定輕鋼框架柱的上蓋板(5)、用于改變加載點(diǎn)位置的底板長(zhǎng)槽(6)、連接底板與頂板的側(cè)板(7)、梁端加載的夾板(8)、加載端頭的鉸桿(9)、梁柱連接節(jié)點(diǎn)試件(10)、力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(11)。該試驗(yàn)裝置由15～35mm厚的鋼板經(jīng)過(guò)切割、銑削、焊接、噴漆等工序制成，可采用Q235或Q345鋼板，各部分的加工精度應(yīng)保持在±0.5mm以內(nèi)。裝置底板與力學(xué)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的加載底板一起應(yīng)能承受不小于100kN的豎向壓力而不發(fā)生明顯變形，側(cè)板應(yīng)能承受不小于100kN的豎向拉力而不發(fā)生明顯變形。側(cè)板與底板、側(cè)板與頂板的焊縫應(yīng)能承受不小于100kN的拉力而不至產(chǎn)生明顯拉伸變形。裝置頂板應(yīng)能承受梁柱節(jié)點(diǎn)試件的向上不小于100kN的頂升的荷載而不至產(chǎn)生明顯的彎曲變形。按照鋼材密度7800kg/m³估算，整個(gè)裝置的重量大約在200kg以內(nèi)。由于底板、側(cè)板、頂板的鋼材都具有較大的厚度(20～35mm)和較大的剛度，而輕鋼框架的梁柱構(gòu)件的鋼材一般厚度僅為4～8mm，因此整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置能較有效的約束梁柱節(jié)點(diǎn)試件的上下位移，而上下卡槽和卡槽上的水平緊固螺栓又能較好的約束梁柱節(jié)點(diǎn)試件的水平位移，整個(gè)約束符合梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)需要的“上下限制水平及豎向位移、鉸接、不限制彎曲、加軸壓”等的力學(xué)條件；而萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的加載橫梁上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)所施加在梁端上的荷載又能滿足梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能試驗(yàn)需要的“低周反復(fù)試驗(yàn)加載“的加載制度；在試件安裝就位后，可以在加載端頭的鉸桿上端安裝力傳感器來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量加在梁柱節(jié)點(diǎn)試件梁端的豎向力的數(shù)值及變化，可以在試件上布置應(yīng)變片、百分表、位移傳感器等工具來(lái)測(cè)量梁柱節(jié)點(diǎn)試件在荷載下的變形，從而得出梁柱節(jié)點(diǎn)試件的受力性能的真實(shí)參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析、研究，研究其受力機(jī)理和力學(xué)模型，為梁柱節(jié)點(diǎn)型式的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供依據(jù)。

以上是本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)施不限于此。