一种斗拱节点水平低周反复试验装置

1.本发明涉及斗拱节点疲劳测试设备技术领域，具体涉及一种斗拱节点水平低周反复试验装置。


背景技术：

2.斗拱是中国乃至东亚国家木构建筑遗产中的精华，不仅具有精美的装饰效果，而且具有重要的结构传力作用。古建筑木结构中的斗拱节点具有显著的半刚性特性，对于风振或地震等水平荷载有着较好的抵抗及耗能作用，斗拱节点在低周反复荷载下的力学性能是影响古建筑木结构整体抗震性能的关键。斗拱节点在地震中往往优先于梁柱等构件发生破坏，因此对斗拱节点在低周反复荷载下进行力学性能试验，对古建筑木结构的抗震抗风性能评估和保护修缮具有重要意义。
3.目前的斗拱节点的水平低周反复试验的基本加载方式是，采用竖向液压千斤顶施加轴压，对斗拱试件施加一定的约束，采用水平动作器针对斗拱下平槫施加水平方向的反复荷载，水平动作器首部通常与斗拱试件单向铰接，以保证加载时随斗拱转动进行位移调整。但水平动作器往往具有较大的自重，易使加载点处产生额外约束，同时对单个下平槫构件加载，不利于地震等水平荷载作用的真实模拟以及对整体斗拱节点施加稳定有效的水平荷载。另一方面，采用竖向液压千斤顶施加轴压，安装过程更为繁琐，成本消耗更大。因此利用目前的斗拱节点水平低周反复试验装置进行测试时，存在拆装复杂、加载不稳定、节点受力不符合真实构造等缺陷，较大程度限制了斗拱节点低周反复作用的研究发展，不利于古建筑木结构保护技术的长足进步，也不利于揭示和传承中国优秀传统建筑文化的科学机理。


技术实现要素：

4.针对上述技术背景提到的不足，本发明的目的在于提供一种斗拱节点水平低周反复试验装置。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.本发明的一种斗拱节点水平低周反复试验装置，用于施加水平应力，包括试验台、斗拱支座、门式框架和水平动作器。所述试验台包括底座、侧柱和上梁。所述水平动作器尾部与试验台侧柱通过带钢板的单向铰采用螺栓连接。
7.进一步地，所述底座和上梁与侧柱通过螺栓连接，所述上梁底部设有定滑轮，用以连接配重平衡系统。
8.进一步地，所述配重平衡系统包括绳索和配重砝码，所述绳索穿过定滑轮，其一端与配重砝码连接，另一端与水平动作器首部连接。
9.进一步地，所述配重砝码可以随时增减，以调节水平动作器首部的平衡状态。
10.进一步地，所述水平动作器首部设有工字型加载头，工字型加载头与u型夹具相连顶部矩形钢板相连，u型夹具两侧脚部设有双插耳夹板，双插耳夹板与矩形钢板通过两根单
插耳长杆连接，单插耳长杆与双插耳夹板采用单向铰铰接。
11.进一步地，所述双插耳夹板用于夹紧上下两道柱头枋。
12.进一步地，所述斗拱支座与底座通过螺栓连接，斗拱支座上设有限位钢板，限位钢板上表面设有凸起榫头，斗拱试件通过阑额安插在限位钢板上，限位钢板与斗拱支座通过螺栓连接。
13.进一步地，所述门式框架与底座通过螺栓连接，门式框架上杆内侧设有限位槽钢，用以固定斗拱试件的挑檐枋和下平槫。
14.进一步的，所述工作步骤如下：
15.1)连接固定底座、侧柱和上梁，水平动作器尾部通过单向铰与试验台侧柱连接固定，绳索穿过定滑轮，两端分别连接等重砝码与水平动作器首部，水平动作器首部安装工字型加载头，将斗拱支座连接固定在底座上。
16.2)将斗拱试件下部阑额固定在斗拱支座的限位钢板上。
17.3)在斗拱试件的挑檐枋及下平槫位置正下方分别将门式框架一、门式框架二的底部与底座固定，对应地将门式框架上杆内侧与斗拱试件挑檐枋和下平槫构件固定妥当。
18.4)将u型夹具的双插耳夹板与斗拱试件的柱头枋夹紧固定，单插耳长杆首部通过单向铰与双插耳夹板相连、尾部通过螺栓固定在矩形钢板上，以此连接两侧双插耳夹板。u型夹具通过矩形钢板与水平动作器首部的工字型加载头固定。
19.5)调整水平动作器的配重砝码数量，在斗拱试件上按需设置传感器，进行水平低周反复试验。
20.本发明的有益效果：
21.(1)本发明的一种斗拱节点水平低周反复试验装置，包括试验台、斗拱支座、门式框架和水平动作器。试验台包括底座、侧柱和上梁。门式框架、斗拱支座和水平动作器分别与底座、底座、侧柱通过螺栓连接，拆装方便快捷。
22.(2)上梁底面设有定滑轮，绳索通过定滑轮将水平作动器首部与配重砝码相连构成平衡系统，砝码可以随时调整重量，避免水平动作器过重在加载时对斗拱试件产生额外约束，节点受力更加贴合真实情况。
23.(3)门式框架上杆内侧设有限位槽钢，对斗拱试件的下平槫和挑檐枋施加轴向压力，方法便捷、节约成本；采用u型夹具对斗拱柱头枋施加水平反复应力，避免传统方法对单个下平槫构件施加水平荷载的不稳定性，同时u型夹具的单插耳长杆与双插耳夹板采用单向铰铰接，加载时可随斗拱试件转动而随时调整位移，有效模拟斗拱节点的实际受力状态。
24.(4)本发明装置，能够对木结构斗拱节点在水平反复荷载下的受力情况进行简便快捷、真实有效的模拟。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，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；
26.图1为本发明的结构示意图；
27.图2为本发明的试验台结构示意图；
28.图3为本发明的水平动作器结构示意图；
29.图4为典型斗拱试件结构示意图
30.图5为本发明的u型夹具结构示意图；
31.图6为本发明的门式框架结构示意图；
32.图7为本发明的斗拱支座结构示意图。
33.图中标号说明：
34.1、底座；2、试验台侧柱；3、上梁；4、定滑轮；5、配重砝码；6、水平动作器；601、工字型加载头；602、单向铰支座；7、u型夹具；701、单插耳长杆；702、双夹耳夹具；703、矩形钢板；8、斗拱支座；801、限位钢板；9、门式框架一；10、门式框架二；11、螺栓；12、绳索；13、斗拱试件；1301、挑檐枋；1302、下平槫；1303、柱头枋；1304、阑额。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
37.如图1、2所示，一种斗拱节点水平低周反复试验装置，包括试验台、斗拱支座8、门式框架一9、门式框架二10和水平动作器6。如图2所示，所述试验台包括底座1、侧柱2和上梁3。侧柱2设置于底座1上面左侧，侧柱2底部与底座1采用螺栓连接，侧柱2右面上部通过螺栓11连接上梁3左面。侧柱2右面中部通过螺栓11连接水平动作器6尾部，上梁3底面设置有定滑轮4，绳索12通过定滑轮4一端连接水平动作器6首部，另一端连接配重砝码5，绳索12和配重砝码5组成配重平衡系统，用以维持水平动作器6的平衡。斗拱支座8与底座1采用螺栓11连接并设置在底座1上面右侧。门式框架一9通过螺栓11连接在底座1上并且位置处于斗拱支座8右侧，门式框架二10通过螺栓11连接在底座1上并且位置处于斗拱支座左侧。水平动作器6首部设置有u型夹具7，并通过u型夹具7对斗拱试件13加载。
38.如图3和图1所示，所述水平动作器6尾部为带钢板的单向铰支座602，单向铰支座左侧钢板上设置螺栓11与试验台侧柱2固定，水平动作器6首部固接有工字型加载头601。
39.如图4所示，斗拱试件13最左上方矩形截面横梁为下平槫1302，最右下方矩形截面横梁为挑檐枋1301，最下部矩形截面横梁为阑额1304，与阑额1304处于同一竖直面上的两根矩形截面横梁为柱头枋1303。
40.如图5和图1所示，u型夹具7包括两侧双夹耳夹具702，用以夹紧所述斗拱试件13的两根柱头枋1303，双夹耳夹具702左侧通过单向铰连接单插耳长杆701，两根单插耳长杆701通过矩形钢板703连接，矩形钢板703左侧与所述水平动作器6首部的工字型加载头601固接。
41.如图6及图1所示，门式框架一9与门式框架二10底部与底座1采用螺栓11连接，门
式框架上杆内侧设有限位槽钢，门式框架一9上杆内侧固定斗拱试件13的挑檐枋1301，门式框架二10上杆内侧固定斗拱试件13的下平槫1302。
42.如图7及图1所示，斗拱支座8底部与底座1通过螺栓11连接，斗拱支座8上部与限位钢板801通过螺栓连接，限位钢板801上部中间设置凸起，用以固定斗拱试件13的阑额1304。
43.一种斗拱节点水平低周反复试验装置，包括以下步骤：
44.1)连接固定底座、侧柱和上梁，水平动作器尾部通过单向铰与试验台侧柱连接固定，绳索穿过定滑轮，两端分别连接等重砝码与水平动作器首部，水平动作器首部安装工字型加载头，将斗拱支座连接固定在底座上。
45.2)将斗拱试件下部阑额固定在斗拱支座的限位钢板上。
46.3)在斗拱试件的挑檐枋及下平槫位置正下方分别将门式框架一、门式框架二的底部与底座固定，对应地将门式框架上杆内侧与斗拱试件挑檐枋和下平槫构件固定妥当。
47.4)将u型夹具的双插耳夹板与斗拱试件的柱头枋夹紧固定，单插耳长杆首部通过单向铰与双插耳夹板相连、尾部通过螺栓固定在矩形钢板上，以此连接两侧双插耳夹板。u型夹具通过矩形钢板与水平动作器首部的工字型加载头固定。
48.5)调整水平动作器的配重砝码数量，在斗拱试件上按需设置传感器，进行水平低周反复试验。
49.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发明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。
50.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。