一种适用于变截面砌体结构的平面外气囊加载实验装置

技术领域

本发明属于建筑构件性能实验技术领域，尤其涉及一种适用于变截面砌体结构的平面外气囊加载实验装置。

背景技术

结构体的平面外加载试验装置可以采用气囊加载、千斤顶加载、振动台加载的方式。千斤顶加载装置可以对结构进行多点荷载加载，但对于模拟地震作用下的结构体自身惯性力作用，采用结构体表面的均匀荷载更加合理，多点集中荷载的加载方式并不能得出合理的结构破坏模式。振动台试验装置可以较为真实的模拟结构体受到的地震作用，但其成本较高，难以推广。

气囊加载装置可以很好地实现均布加载，且具有高于振动台的操作性和实用性。但现有平面外加载装置多针对于等截面墙体结构，对于梯形变截面结构体的加载需要一定角度，所以对于气囊的固定和安装研究较少，若是采用多个千斤顶进行水平方向的角度固定，则需要较高的实验成本。

一些古海塘，采用丁顺结合的条石砌法，比如钱塘江海宁段古海塘，塘身砌体17层，自下而上逐层收分，截面宽度均匀递减，呈阶梯形鱼鳞状。作为坚守在防洪御潮一线，却已然有着200多年历史的古文物，该石塘在平面内仍可提供较大的抗侧力刚度，但在地震作用下抵抗自身惯性力及结构整体性的能力需要平面外加载试验进行研究。现有平面外加载试验多正针对于等截面墙体，而对于海宁古海塘这种梯形变截面结构体的研究较少，因此需要设计一种适用于变截面试验体的平面外加载方式。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种适用于变截面砌体结构的平面外气囊加载实验装置，能够让气囊在不同角度实现固定，为非等截面的试验结构提供表面均匀加载，实现气囊更好地贴合试验体，对试验加载的精确度有很大的提升。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种适用于变截面砌体结构的平面外气囊加载实验装置，其特征在于：包括支撑架、气囊和位移传感器支架，支撑架设有实验区，实验区内设有反力板，反力板的两侧均设有导向杆，支撑架设有导向槽，导向杆设于导向槽中，反力板的底部与支撑架相接，导向杆在导向槽中滑动以调节反力板的倾角，气囊的一侧与支撑架相连接，气囊的另一侧贴于实验墙体上，位移传感器支架上设有位移传感器以监测实验墙体的位移。通过反力板与导向杆的配合，实现反力板的角度调节，反力板的调节角度与实验墙体的角度一致，能够使得反力板上的气囊均匀提供加载至实验墙体，提升对实验加载的精确度。

进一步，反力板与地面之间夹角的角度范围为45°～90°。反力板的可调节范围为45°～90°，以便对45°～90°倾角的实验墙体进行试验。

进一步，反力板设有粘合板，气囊设于粘合板上。通过粘合板的方式实现气囊的固定，固定方便，固定效果好。

进一步，导向杆远离反力板的一端螺纹连接有螺母，螺母卡于支撑架的外侧以固定反力板。通过导向杆上的螺母锁紧，实现反力板在调节角度以后的固定，方便了反力板的固定。

进一步，位移传感器支架上设有多个位移传感器。多个位移传感器能够分别检测实验体的顶部、中部和底部不同位置处的位移。

进一步，支撑架通过地脚螺栓固定于测试平面上。通过地脚螺栓固定支撑架，避免支撑架在测试过程中移动影响试验数据，保证试验精度。

进一步，支撑架远离实验区的一侧设有三角反力架。三角反力架能够对支撑架的一侧起到支撑作用，提高支撑架的整体稳定性。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明提供了可以让气囊在不同角度实现固定，为非等截面的试验结构提供表面均匀加载，实现气囊更好地贴合试验体，对试验加载的精确度有很大的提升。本发明不再单独需要反力墙和千斤顶，可以更加灵活和便捷地布置试验装置，同时具备广泛适用性，同时试验装置成本和场地要求更低，并且可以重复使用，具有良好的经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种适用于变截面砌体结构的平面外气囊加载实验装置的结构示意图；

图2为本发明的轴测图。

图中，1-支撑架；2-气囊；3-实验墙体；4-位移传感器支架；5-位移传感器；6-实验区；7-反力板；8-导向杆；9-导向槽；10-粘合板；11-螺母；12-地脚螺栓；13-三角反力架。

具体实施方式

如图1和图2所示，为本发明一种适用于变截面砌体结构的平面外气囊加载实验装置，包括支撑架1、气囊2和位移传感器支架4，支撑架1设有实验区6，实验区6内设有反力板7，反力板7的两侧均设有导向杆8，支撑架1设有导向槽9，导向杆8设于导向槽9中，反力板7的底部与支撑架1相接，导向杆8在导向槽9中滑动以调节反力板7的倾角，气囊2的一侧与支撑架1相连接，气囊2的另一侧贴于实验墙体3上，位移传感器支架4上设有位移传感器以监测实验墙体3的位移。通过反力板7与导向杆8的配合，实现反力板7的角度调节，反力板7的调节角度与实验墙体3的角度一致，能够使得反力板7上的气囊2均匀提供加载至实验墙体3，提升对实验加载的精确度。

反力板7与地面之间夹角的角度范围为45°～90°。反力板7的可调节范围为45°～90°，以便对45°～90°倾角的实验墙体3进行试验。

反力板7设有粘合板10，气囊2设于粘合板10上。通过粘合板10的方式实现气囊2的固定，固定方便，固定效果好。

导向杆8远离反力板7的一端螺纹连接有螺母11，螺母11卡于支撑架1的外侧以固定反力板7。通过导向杆8上的螺母11锁紧，实现反力板7在调节角度以后的固定，方便了反力板7的固定。

位移传感器支架4上设有多个位移传感器5。多个位移传感器5能够分别检测实验体的顶部、中部和底部不同位置处的位移。

支撑架1通过地脚螺栓12固定于测试平面上。通过地脚螺栓12固定支撑架1，避免支撑架1在测试过程中移动影响试验数据，保证试验精度。

支撑架1远离实验区6的一侧设有三角反力架13。三角反力架13能够对支撑架1的一侧起到支撑作用，提高支撑架1的整体稳定性。

该实施例中，实验墙体的截面为梯形。

使用上述变截面砌体结构的平面外气囊2加载实验装置进行墙体平面外加载试验包括以下步骤：

步骤1、组装实验装置

测量实验墙体3的加载面与地面的角度，通过滑槽将反力板7调节至对应角度，旋紧螺母11。将气囊2置于胶合板上，用充气泵对气囊2进行充气加压，通过调节充气泵的阀门实现加载控制，直至气压表读数一个大气压。砌筑地梁和实验体，并通过锚杆与地面固定。移动位移传感器5支架4，使得位移传感器5与被测实验体连接。

步骤2、调试实验装置

使用充气泵向气囊2中充气，当气压传感器读数达到实验体开裂荷载预估值的20％时卸荷，卸荷至一个大气压，并检查实验装置各部分是否运行正常，不正常则加以调试。

步骤3、加载试验

正式加载分为两个阶段：第一阶段加载的目的是获取实验墙体3在荷载作用下由完好到破坏而形成破坏机制的整个过程，即由充气泵向气囊2中充气直至实验墙体3受力开裂，再到开裂后顶点位移不断增大，直至顶点位移达到实验墙体3失稳位移时再卸荷至零的全过程；第二阶段加载是当实验墙体3已经开裂破坏形成了破坏机制时，再对试件进行单调加载，气囊2由初始开始充气，直至加载到顶点位移接近试件失稳位移时卸荷至零。多次反复，记录实验墙体3的破坏形态历程以及过程中气压传感器和位移传感器5的数值，用于分析墙体构件平面外受力性能。

试验时，通过滑槽、滑杆和螺母11实现反力板7的角度调节，将气囊2粘在粘合板10上，通过充气泵对气囊2进行充气加压，实现对实验墙体3表面的均匀加载，同时反力通过反力板7、滑杆向支撑架1侧墙和后方三角反力架13传递。采用气压表测量气囊2的充气压力，采用位移传感器5实现对实验墙体3位移的测量，根据已述实验步骤获得实验墙体3的平面外加载破坏形态和力-位移曲线。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。