一种模拟木梁柱榫卯节点低周反复荷载的试验装置

领域

本公开属于土木工程技术领域，具体涉及一种模拟木梁柱榫卯节点低周反复荷载的试验装置。

背景

古建筑木结构中受力构件均采用榫卯进行连接，榫卯连接节点在受力上表现出显著的半刚性特征，不仅具有良好的承载能力，且通常在遭受风振作用或者地震荷载等产生动态响应时，允许产生一定量的变形，从而耗散能量。然而一般木结构古建筑经过了长时间的历史年代，其木材材性发生一定程度的退化，榫卯节点部位受到自然以及人为等因素的影响也遭受到削弱，对木结构的整体性能产生极大威胁。因此，展开对木梁柱榫卯节点力学性能的研究、精确掌握木梁柱榫卯节点的破坏模式、滞回曲线、耗能能力等，对于古建筑木结构的保护和加固具有十分重要的意义。

而低周反复荷载试验是研究木梁柱榫卯节点力学性能的一种有效且常规的方法。在现有的试验研究中，对木梁的加载方向常保持垂直，这种加载方式在木梁发生转动时，会产生拔出力，从而导致木梁被过早拔出，因此，提出一种模拟木梁柱榫卯节点低周反复荷载的试验装置。

发明内容

本公开的目的在于提供一种模拟木梁柱榫卯节点低周反复荷载的试验装置，克服了常见的木梁受力方向偏离法线方向，容易导致木梁被过早拔出的问题。

本公开的目的可以通过以下方案实现：

一种模拟木梁柱榫卯节点低周反复荷载的试验装置，包括加载平台、木梁和木柱，所述加载平台包括反力架，所述反力架两端分别固定连接有固定架，两个所述固定架下端面固定连接有支撑板，所述支撑板上端面固定连接有柱脚定位部件，所述反力架下端面且位于柱脚定位部件正上方固定连接有千斤顶，所述木柱安装于柱脚定位部件和千斤顶之间，所述支撑板上端面且位于柱脚定位部件一侧固定连接有反力承台，所述木梁的一端通过榫与木柱的卯连接，所述木梁外表面安装有抱紧装置，所述抱紧装置与反力承台之间安装有加载装置。

优选的，所述木柱下端安装于柱脚定位部件内，所述木柱上端与千斤顶输出端相贴合。

优选的，所述柱脚定位部件为一片底钢板与四片围合钢板组成的构件，所述木柱下端面与柱脚定位部件的底钢板上端面贴合且外表面与四片围合钢板相贴合。

优选的，所述抱紧装置包括上紧箍钢板和下紧箍钢板，所述上紧箍钢板下端面啮合上滑轨，所述下紧箍钢板上端面啮合下滑轨，所述上滑轨下端面与木梁上端面相贴合，所述下滑轨上端面与木梁下端面相贴合，所述上紧箍钢板和下紧箍钢板之间通过对拉螺杆连接。

优选的，所述上滑轨和下滑轨的轨长均大于所述上紧箍钢板和下紧箍钢板的长度加上2倍所述木梁的榫头长度与所述木梁高度之和。

优选的，所述加载装置包括螺杆，所述螺杆下端固定连接有固定盘，所述固定盘设置有两组，所述螺杆通过两组所述固定盘和螺母与反力承台固定连接，所述螺杆外表面螺纹连接有电动螺母，所述螺杆上端设置有转轴铰链，所述下紧箍钢板下端面设置有与转轴铰链相适配的连接口，所述下紧箍钢板通过连接口使用销栓与转轴铰链铰接。

优选的，所述试验装置还包括转角数值装置，所述转角数值装置包括木梁转角数值度盘和榫卯转角数值度盘，所述木梁转角数值度盘安装于上紧箍钢板一侧中点处，所述榫卯转角数值度盘平行转动平面安装于木柱榫卯节点变截面高度处。

优选的，所述试验装置还包括控制台，所述控制台分别与木梁转角数值度盘、榫卯转角数值度盘和电动螺母电性连接。

本公开的有益效果：

该模拟木梁柱榫卯节点低周反复荷载的试验装置，通过抱紧装置中的上滑轨、下滑轨以及与加载装置中的转轴铰链配合的连接口，可以保持木梁受荷发生转动后荷载方向始终沿着木梁的法向，从而不产生拔出力，避免了测试时榫卯节点发生提前拔出的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有中的方案，下面将对实施例或现有描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例的整体结构示意图；

图2是本公开实施例的主视图；

图3是本公开实施例的榫卯节点俯视图；

图4是本公开实施例的榫卯节点主视图；

图5是本公开实施例的木梁柱示意图；

图6是本公开实施例的加载平台结构示意图；

图7是本公开实施例的抱紧装置结构示意图；

图8是本公开实施例的加载装置结构示意图；

图9是本公开实施例的下紧箍钢板与加载装置连接示意图；

图10是本公开实施例的加载装置与反力承台连接示意图。

图中：1、加载平台；101、柱脚定位部件；102、反力承台；103、千斤顶；104、反力架；2、抱紧装置；201、上滑轨；202、下滑轨；203、上紧箍钢板；204、下紧箍钢板；205、对拉螺杆；206、连接口；3、加载装置；301、电动螺母；302、螺杆；303、固定盘；304、转轴铰链；4、转角数值装置；401、木梁转角数值度盘；402、榫卯转角数值度盘；5、控制台；6、木梁；7、木柱。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1-10所示，一种模拟木梁柱榫卯节点低周反复荷载的试验装置，包括加载平台1、木梁6和木柱7，加载平台1包括反力架104，反力架104两端分别固定连接有固定架，两个固定架下端面固定连接有支撑板，支撑板上端面固定连接有柱脚定位部件101，反力架104下端面且位于柱脚定位部件101正上方固定连接有千斤顶103，木柱7安装于柱脚定位部件101和千斤顶103之间，支撑板上端面且位于柱脚定位部件101一侧固定连接有反力承台102，木梁6的一端通过榫与木柱7的卯连接，木梁6外表面安装有抱紧装置2，抱紧装置2与反力承台102之间安装有加载装置3。

制作木梁柱榫卯节点后，将木柱7放置在加载平台1的柱脚定位部件101内，木柱7顶端通过固定于加载平台1的反力架104的下端面的千斤顶103施加竖向荷载，并按照木梁柱榫卯节点的实际尺寸和加载点位置，调整安装抱紧装置2、加载装置3。

木柱7下端安装于柱脚定位部件101内，木柱7上端与千斤顶103输出端相贴合。柱脚定位部件101为一片底钢板与四片围合钢板组成的构件，木柱7下端面与柱脚定位部件101的底钢板上端面贴合且外表面与四片围合钢板相贴合。

抱紧装置2包括上紧箍钢板203和下紧箍钢板204，上紧箍钢板203下端面啮合上滑轨201，下紧箍钢板204上端面啮合下滑轨202，上滑轨201下端面与木梁6上端面相贴合，下滑轨202上端面与木梁6下端面相贴合，上紧箍钢板203和下紧箍钢板204之间通过对拉螺杆205连接。

上滑轨201和下滑轨202的轨长均大于上紧箍钢板203和下紧箍钢板204的长度加上2倍木梁6的榫头长度与木梁6高度之和，使上滑轨201和下滑轨202长度能够满足木梁6发生转角偏移时不致使上紧箍钢板203和下紧箍钢板204脱出。

加载装置3包括螺杆302，螺杆302下端固定连接有固定盘303，固定盘303设置有两组，螺杆302通过两组固定盘303和螺母与反力承台102固定连接，螺杆302外表面螺纹连接有电动螺母301，螺杆302上端设置有转轴铰链304，下紧箍钢板204下端面设置有与转轴铰链304相适配的连接口206，下紧箍钢板204通过连接口206使用销栓与转轴铰链304铰接。

抱紧装置2可以围绕转轴铰链304转动，由加载装置3施加在转轴铰链304处垂直向下的荷载在此处分解为沿木梁6法向方向的力和沿木梁6切向方向的力，同时，由上滑轨201和下滑轨202抱紧的木梁6可以在很大程度上与上紧箍钢板203和下紧箍钢板204发生相对滑移，消减了分解所产生的切向拔出力，从而保证了对木梁6只产生法向方向的荷载。

试验装置还包括转角数值装置4，转角数值装置4包括木梁转角数值度盘401和榫卯转角数值度盘402，木梁转角数值度盘401安装于上紧箍钢板203一侧中点处，榫卯转角数值度盘402平行转动平面安装于木柱7榫卯节点变截面高度处。此处木梁转角数值度盘401和榫卯转角数值度盘402均采用霍尔GT-C型角度传感器。

试验装置还包括控制台5，控制台5分别与木梁转角数值度盘401、榫卯转角数值度盘402和电动螺母301电性连接。

转角的实时监控传输和加载速率的修正是保持周期稳定的关键，在试验过程中，随着木梁6的转动，通常会造成提前设定好的固定加载速率产生紊乱的加载周期，而同时采集木梁6加载夹持处和木柱7榫卯节点处的转角数据，则足以精确的得出木梁6在坐标空间中的绝对转动量，控制台5对木梁绝对转动量的监测加以计算修正，则可以得出稳定的加载周期控制信号，将控制信号传递给电动螺母301即实现对木梁的加载过程中加载速率的自动化修正。

试验步骤如下：

首先，制作木梁柱榫卯节点，并按照木梁柱榫卯节点的实际尺寸和加载点位置，调整加载平台1与加载装置3的距离，加载点位于木梁中点处，榫头参考江南地区实际构造案例的透榫向外穿出柱外皮约半柱径，榫厚约为柱径的1/4，采用1:1.76缩尺比例回肩式透榫的实际尺寸为例，如附图5所示；

其次，将木梁柱榫卯节点的木柱7放置在加载平台1的柱脚定位部件101内，木柱7顶端通过固定于加载平台1的反力架104的下端面的千斤顶103施加竖向荷载，并将木梁转角数值度盘401安装于木梁6加载夹持处，榫卯转角数值度盘402安装于木柱7榫卯节点处；

然后，在木梁6上夹持上滑轨201和下滑轨202，调整上紧箍钢板203和下紧箍钢板204的位置，使得上滑轨201和下滑轨202在加载过程中不致脱出，旋紧对拉螺杆205，木梁6的法向荷载由加载装置施加，加载装置3与抱紧装置2通过转轴铰链304和连接口206连接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内容。