带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置

技术领域

本发明涉及结构工程试验设备技术研究领域，涉及一种带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，特别适用于带粘滞阻尼器框架结构的动力加载试验。

背景技术

粘滞阻尼器的出力(阻尼力)和位移(相对位移)是结构设计和数值分析的重要数据。但是一般情况下，结构整体的力-位移数据容易测得，而阻尼器自身的出力(阻尼力)和位移(相对位移)不方便观测。由于现阶段试验检测手段的限制，国内外进已有的试验中通常观测增设粘滞阻尼器后试件(框架/节点)的抗震性能，对于减震效果局限于“定性”验证。试验结果虽然可以证明粘滞阻尼器发挥了减震作用，但是对其在整个减震过程中的动力性能无法定量描述。对于粘滞阻尼器本身的阻尼力和相对位移不甚了解。无法对减震装置的力学性能进行“定量“测试。由此也就无法根据结构和阻尼器在共同作用时对震动能量的定量分配进行分析，从而对结构与阻尼器的搭配方式等进行设计优化，以达到更好的减震效果。

发明内容

本发明提供一种带粘滞阻尼器结构的动力试验装置，使其能够在带粘滞阻尼器试件结构试验中实现对试件整体的荷载-位移数据和粘滞阻尼器阻尼力-相对位移数据的实时测试，有效解决结构试验中试件和粘滞阻尼器难以同时测试的技术问题。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，包括由两立柱和连接在两立柱之间的横梁组成的待测试件，该待测试件的横梁处还设有用于防止其向两侧变形的平面外变形限位装置；该待测试件一侧的反力墙上设有用于对试件施加水平力的水平作动器，该水平作动器输出端连接有荷载传感器；所述待测试件远离水平作动器的一端设有多位移计传感器；所述待测试件的两立柱和横梁之间设有速度型粘滞阻尼器，该速度型粘滞阻尼器包括用于检测其所承受力的拉压力传感器，所述立柱上还固定有用于检测粘滞阻尼器位移的位移传感器，该位移传感器通过连接杆与粘滞阻尼器的缸体连接；所述荷载传感器、多位移计传感器、位移传感器以及拉压力传感器均与控制器连接，该控制器还能够控制水平作动器的动作。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述横梁和立柱通过其上固定的支座与粘滞阻尼器两端的连接耳环配合连接。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述位移传感器固定在其拟检测粘滞阻尼器连接立柱的支座上。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述控制器通过位移和频率共同控制的加载方式控制水平作动器施加水平力，使得水平作动器的位移和频率均保持在设定范围内。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述水平作动器的输出频率保持在0.75-2.5Hz之间。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述水平作动器的加载制度采用三角波或者正弦波。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述平面外变形限位装置包括反力支架、两组侧向连接组件、两组中间组件以及至少两组滑轮组件，其中反力支架固定在待测试件其中一侧；其中两组侧向连接组件一侧均与反力支架连接，另一侧与两组中间连接组件连接，两组中间连接组件相对分布在待测试件两侧且其内侧均固定有滑轮组件，两组中间连接组件能够调整定位至滑轮组件的滑轮压紧待测试件横梁两侧面的位置。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述侧向连接组件通过螺栓固定在反力支架一侧，且该侧向连接组件与反力支架连接的孔为若干沿高度方向分布且延伸的长孔。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述侧向连接组件包括用于与反力支架连接的竖向连接板、固定在该竖向连接板一侧的螺杆以及设置在该螺杆上的若干螺母，所述中间连接组件通过螺杆与侧向连接组件连接并通过螺母实现与侧向连接组件的锁紧定位。

前述的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置，所述中间连接组件包括两个沿竖向延伸的带孔柱和连接在两带孔柱之间的不带孔柱，所述带孔柱上的孔供对应组侧向连接组件的螺杆穿过，并通过螺母实现在螺杆上的锁紧定位。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

相较于与现有技术，本发明实现了对带粘滞阻尼器减震装置的“定量”测。试件整体数据(荷载-位移)和粘滞阻尼器单体的数据(阻尼力-相对位移)可通过荷载传感器、多位移计传感器、阻尼器拉压力传感器和阻尼器位移传感器实时获取。

本发明通过采用的动力控制加载方式，实现速度型粘滞阻尼器在试验过程中达到变形耗能的效果，然后通过在阻尼器上增加传感器可以同时采集到试件整体和阻尼器单体的数据，为“定量”分析减震结构的减震效果提供最直接的依据。

本发明同时获取粘滞阻尼器和整体结构的力学数据，提出了一种可对附设速度型阻尼器的减震结构整体和减震构件单体同时进行精确的力学分析的试验装置和方法。

附图说明

图1为本发明带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置的立体示意图；

图2为本发明带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置的主视图；

图3为本发明平面外变形限位装置的组成示意图。

【主要元件符号说明】

11、底部固定装置

12、平面外变形限位装置

21、水平作动器

22、反力墙

23、螺杆连接组件

31、多位移计传感器

32、荷载传感器

41、上支座

42、下支座

43、连接件

51、拉压力传感器

52、荷载传感器

53、连接杆

60、待测试件

61、粘滞阻尼器

120、侧向连接组件

121、竖向连接板

122、螺母

123、螺杆

130、中间组件

140、滑轮组件

131、带孔柱

132、不带孔柱

141、螺栓

142、短板

143、滑轮连接板

144、滑轮

150、反力支架

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1-3，其为本发明带粘滞阻尼器框架结构的动力试验装置的各部分结构示意图。该动力试验装置包括待测试件60、试件固定装置、试件加载装置、试件数据采集系统、粘滞流体阻尼器固定装置以及粘滞流体阻尼器数据采集系统。

所述待测试件60包括两个立柱和连接在两立柱之间的横梁。所述试件固定装置包括用于固定待测试件60的立柱。为防止待测试件60的横梁发生平面外变形影响测试结果，所述试件固定装置还包括至少一个用于对横梁两侧进行限位，防止其出现平面外失稳的平面外变形限位装置12。

所述试件加载装置包括水平作动器21、反力墙22和螺杆连接组件23，其中反力墙22通过预埋地基和地面形成一个整体。水平作动器21一端固定在反力墙22上，另一端和螺杆连接组件23相连，通过螺杆连接组件23向待测试件60输出动力。螺杆连接组件23通过螺栓和待测试件60的梁连接以便传递水平荷载。

所述粘滞阻尼器61为速度型粘滞阻尼器，其包括缸体、拉压力传感器51和位于端部的连接耳环，所述拉压力传感器51位于缸体和其中一侧的连接耳环之间，用于测量该粘滞阻尼器61所承受的拉力和压力。

所述粘滞阻尼器61通过阻尼固定装置支撑在待测试件60的横梁和立柱之间，具体的，所述阻尼器固定装置包括上支座41和下支座42，其中上支座41固定在待测试件60横梁底部的设定位置处，下支座42固定在待测试件60立柱内侧的设定位置处，所述粘滞阻尼器61一侧的连接耳环通过连接件43与上支座41的双耳叉对准连接，另一侧的连接耳环通过连接件43与下支座42的双耳叉对准连接。在该实施例中，所述连接件43为螺栓或互相配合的钢销和螺母，但并不限定于此。

在该实施例中，梁底和柱子与支座对应位置需设置加劲肋版。当待测试件为钢筋混凝土结构时，梁-柱对应位置内置预埋板，上、下支座可和预埋板采用螺栓连接和焊接的方式。

所述阻尼器数据采集系统包括拉压力传感器51和位移传感器52，其中拉压力传感器51用于采集粘滞阻尼器61承受的拉力和压力，所述位移传感器52固定在下支座42上，并通过连接杆53与粘滞阻尼器61的缸体连接，用于检测粘滞阻尼器缸体的位移。具体的，所述连接杆53一端通过螺栓与位移传感器52连接，另一端通过螺栓与粘滞阻尼器61的缸体连接。所述拉压力传感器51和位移传感器52均通过数据线连接到控制器，通过控制器对数据进行处理。

所述试件数据采集系统包括多位移计传感器31和荷载传感器32，其中多位移计传感器31固定在待测试件60远离水平作动器21一端的柱顶端或梁端，用于检测待测试件60的位移。所述荷载传感器32位于水平作动器21与螺杆连接组件23之间，用于检测水平作动器21输出的荷载。

所述多位移计传感器31和荷载传感器32均通过传感器导线连接到控制器，通过控制器对采集的数据进行处理。

当试验加载时，由于采用了速度型粘滞阻尼器，为了使阻尼器发挥耗能作用，因此需要使用位移和频率控制的动力加载。本发明水平作动器21的动作通过控制器控制实现，控制器控制采用速度和位移共同控制的加载方式控制水平作动器21施加水平力。粘滞阻尼器随着试件的变形产生阻尼力和相对位移。多位移计传感器31、荷载传感器32、拉压力传感器51和位移传感器52的数据均输送至控制器，处理器根据上述数据分别获得试件整体荷载F、试件整体位移Δ、阻尼器出力F

在本发明实施例中，上述水平作动器21在加载时，进行位移控制的同时按照一定频率输出水平作用力，在较大的位移幅值内输出较大频率的水平力，位移和频率均需达到设定的范围。优先的，作动器输出频率保持在0.75-2.5Hz之间。

较佳的，所述水平作动器的加载制动采用三角波或者正弦波，其频率由位移与加速度的对应关系计算得到，加载过程中每个工况的荷载循环3-5次。

所述加载制度，首先按照抗震规范中层间位移角限值的规定和待测试件尺寸确定加载位移，然后根据所需加速度和速度即可确定作动器加载频率。其中，加速度和速度根据《中国地震烈度表》中不同地震烈度等级确定。每个加载工况可根据需要循环3-5圈。

本发明实施例中，当试件在动力作用下产生变形和位移时，粘滞阻尼器随之产生阻尼力和相对位移，对应的安装在粘滞阻尼器上的传感系统产生力和位移信号，通过数据线传输到控制器。

在该实施例中，所述平面外变形限位装置12包括反力支架150、两组侧向连接组件120、两组中间组件130以及至少一组滑轮组件140，其中所述反力支架150固定在待测试件60其中一侧，且不同平面外变形限位装置12的反力支架150分布在待测试件60的同一侧。

所述侧向连接组件120包括用于与反力支架150连接固定的竖向连接板121、一端固定在该竖向连接板121侧面的横向螺杆123和螺纹锁紧在该螺杆123上的多个螺母122。在该实施例中，单个螺杆123上设有5个螺母122,其中一个螺母用于实现螺杆123与竖向连接板121的锁紧固定。所述竖向连接板121沿其高度方向设有多个用于与反力支架150通过螺栓连接固定的定位螺孔。在该实施例中，所述竖向连接板121的高度可调，可根据试件高度选择竖向连接板121的连接高度，以增强该限位装置的适用性。较佳的，所述定位螺孔为沿高度方向延伸的长孔，但并不限定于此。

所述中间连接组件130包括两块沿竖向延伸的带孔柱131和连接在两带孔柱131之间的不带孔柱132。两组中间连接组件130平行相对设置在待测试件60的横梁两侧，并围城矩形框架结构。在组配时，其中一组侧向连接组件120的螺杆123穿过两中间连接组件130其中一侧带孔柱131上的通孔，并通过螺杆123上的螺母实现与带孔柱131的锁紧定位；另一组侧向连接组件120的螺杆123穿过两相对设置的中间连接组件130的另一侧带孔柱131上的通孔，并通过螺杆123上的螺母实现与带孔柱的锁紧定位，从而完成中间连接组件130和侧向连接组件120的装配。

所述滑轮组件140包括固定在中间连接组件130的不带孔柱132上的滑轮连接板143，每个滑轮连接板143前端转动设有一个滑轮144。在进行限位时，可通过调整中间连接组件130在螺杆上的位置，使得该滑轮组件140的滑轮144压紧待测试件60横梁侧面，由于两组中间连接组件130相对设置，由此可通过设在两组中间连接组件130不带孔柱132上的滑轮组件140压紧横梁两侧，且滑轮组件140与横梁的接触为转动抵接，可有效避免摩擦力对试验的影响。

在同一平面外变形限位装置12中，两组相对设置、组成框架结构的中间连接组件130不带孔柱132上沿其延伸方向设置有至少两组滑轮组件140，且两组中间连接组件130上的滑轮组件140也对称分布，形成至少一个夹持对，实现对待测试件60横梁两侧的夹持限位。

在该实施例中，所述滑轮组件140还包括两个短板142和实现两短板142之间连接和间距调整的螺柱和螺母，其中一个短板142固定在滑轮连接板143尾部，该滑轮组件140通过两短板142夹持在中间连接组件130的不带孔柱132两侧，并通过螺柱和螺母的调节实现在不带孔柱132上的压紧固定。具体的，所述螺柱具有垂直滑轮144滑动方向分布的两组，且两组螺柱之间的间距大于不带孔柱132在竖直方向的宽度。该实施例短板和螺柱的设置能够实现滑轮组件140在中间连接组件130上分布位置的和分布数量的调整。

在该实施例中，所述滑轮144通过螺栓141转动设置在滑轮连接板143前端，具体的，所述滑轮144平行设置于滑轮连接板143前端端部，所述螺栓141穿过所述滑轮连接板143及所述滑轮144的轴孔，从而实现滑轮144的转动设置。

所述滑轮组件140的滑轮144滑动方向与短板142垂直，以保证其通过短板固定后，滑轮144垂直压紧待测试件60横梁侧面并能够相对横梁沿横梁延伸方向转动。

在该实施例中，包括两个平面外变形限位装置12，其沿待测试件60横梁延伸方向间隔分布，且上述平面外变形限位装置12的反力支架150位于横梁同一侧。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。