本發(fā)明涉及構件災害模擬裝置，具體為用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、結構構件在其全生命周期內(nèi)除承擔靜力荷載外，還可能遭受撞擊、爆炸等災害作用。例如，防護墻、橋墩遭受車輛的意外撞擊；高層建筑遭受飛機的意外撞擊；防汛墻、海洋平臺遭受船舶或冰山的意外撞擊；核安全殼在戰(zhàn)爭中遭受飛射物的撞擊等。雙鋼板混凝土組合墻板目前已廣泛應用于核電站、房屋建筑、海底隧道、海洋平臺與防護結構中。面對強動力特性的撞擊問題，如果在設計階段沒有予以充分考慮，結構有可能在服役期間發(fā)生突發(fā)性的破壞，造成巨大損失。尤其對于核電廠房等重要建筑，一旦結構在內(nèi)部、外部受撞發(fā)生損傷或破壞，還可能引發(fā)次生災害，對社會和環(huán)境造成嚴重危害。

2、然而在實際工程中，建筑結構構件遭受撞擊、地震等偶然荷載前，由于要承受自重或者來自上部結構傳遞的荷載，往往處于帶載工作狀態(tài)。鑒于此，需考慮構件在軸壓力與撞擊荷載耦合作用下的設計，以提高結構的整體性和抗倒塌能力。

3、目前，已有針對兩邊固支或兩邊簡支邊界條件下的梁、柱構件受落錘自由下落撞擊的試驗裝置，但現(xiàn)有技術中尚未見到可實現(xiàn)四邊簡支邊界的墻板等構件在軸力與側向撞擊荷載共同作用下通過導軌式撞擊的試驗加載系統(tǒng)及相關試驗方法，為此提供了用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)及方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的缺陷，提供用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)，包括一種模擬構件受側向撞擊的導軌式落錘裝置、實現(xiàn)四邊簡支邊界條件的支座裝置、施加均勻軸向力的軸力加載裝置和剛性基礎平臺，

3、所述剛性基礎平臺的頂部兩端均固接有反力架；

4、所述導軌式落錘裝置由豎向?qū)к壓吐溴N構成，豎向?qū)к壟c落錘之間設有間隙，確保二者摩擦力足夠??；落錘由配重和半球形錘頭組成，在錘頭的撞擊面上方設置有應變式力傳感器，所述應變式力傳感器與動態(tài)采集儀相連，用于測量落錘撞擊面與構件的接觸力；

5、所述支座裝置由光圓鋼筋、高強螺栓和“口”字形鋼框架組成，用于實現(xiàn)四邊簡支的邊界條件；

6、所述“口”字形鋼框架由上部鋼框架和下部鋼框架構成，所述上部鋼框架和下部鋼框架通過高強螺栓固定在剛性基礎平臺上，所述上部鋼框架和下部鋼框架之間放置有構件，所述構件承受軸壓荷載的兩端伸出“口”字形鋼框架且在高強螺栓穿過的位置處開設圓孔；

7、在上部鋼框架和下部鋼框與構件接觸面四周分別焊接有光圓鋼筋，用于確保構件在側向撞擊荷載下可以繞軸轉動，達到四邊簡支邊界的效果，所述“口”字形鋼框架、預留孔洞的構件與剛性基礎平臺通過高強螺栓連接在一起；

8、所述軸力加載裝置包括分布梁、軸力傳感器、碟形彈簧片、剛性支座、油壓千斤頂和反力架；

9、所述油壓千斤頂通過螺栓安裝在反力架上，所述分布梁采用加勁肋進行加固，且在分布梁翼緣一側設有淺圓形的凹槽，所述軸力傳感器的一端頂在分布梁翼緣一側的凹槽內(nèi)，所述軸力傳感器的另一端與剛性支座上的法蘭盤接觸，并通過油壓千斤頂減小剛性支座上碟形彈簧片、法蘭盤和軸力傳感器之間的間隙。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，所述半球形錘頭由剛性材料加工而成，半球形錘頭與配重是通過螺紋連接，所述豎向?qū)к壍捻敳堪惭b有電磁裝置。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，所述油壓千斤頂、碟形彈簧片、軸力傳感器和分布梁的中心線與構件側面形心重合。

12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，所述構件上預留的圓孔直徑不小于高強螺桿孔的2倍，所述“口”字形鋼框架上的光圓鋼筋直徑為15mm～25mm。

13、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，所述分布梁的長度不小于構件軸力加載端的邊長，所述分布梁上加工的淺圓形的凹槽厚度為分布梁翼緣厚度的1/3，所述構件沿軸力方向的長度大于“口”字形鋼框架的長度。

14、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，所述構件包括鋼筋混凝土墻板、鋼-混凝土組合墻板或外包ecc雙鋼板混凝土混合結構墻板。

15、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術方案，所述構件穿過豎向?qū)к壊⒆屫Q向?qū)к夗敳康穆溴N與構件上的構件跨中位置在同一垂直線上。

16、一種用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗方法，采用試驗系統(tǒng)進行實施，具體步驟如下：

17、步驟1：將構件放置在下部鋼框架的上方，同時調(diào)整構件位置使得高強螺栓穿過構件上預留的圓孔，將上部鋼框架壓在構件上并擰緊高強螺栓；

18、步驟2：將落錘沿豎向?qū)к壣仙翗嫾戏筋A定高度，落錘撞擊位置為構件跨中；

19、步驟3：通過油壓千斤頂施加軸壓荷載，碟形彈簧片逐漸被壓緊，構件受到的軸力逐漸增大，通過軸力傳感器連接的動態(tài)采集儀與計算機監(jiān)控軸力數(shù)值，待達到預定軸力數(shù)值后，維持油壓使得軸力保持相對穩(wěn)定；

20、步驟4：檢查高強螺栓是否出現(xiàn)松動，如果出現(xiàn)松動則用扳手擰緊，確定采集設備正常工作后進行撞擊試驗。

21、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

22、1、本發(fā)明可以模擬軸壓狀態(tài)下四邊簡支構件遭受側向撞擊的實際工況，即先通過支座裝置使構件達到四邊簡支的邊界條件，然后通過分布梁為構件施加均勻的水平軸壓荷載，軸力達到預定值并保持穩(wěn)定時，釋放落錘，進行四邊簡支構件在軸向荷載與側向撞擊耦合作用下的試驗。

23、2、本發(fā)明適用于各類墻板構件進行試驗，包括鋼筋混凝土墻板、鋼-混凝土組合墻板、外包ecc雙鋼板混凝土混合結構墻板在內(nèi)的等各種常見類型的墻板和各種新型墻板。

24、3、本發(fā)明對構件進行安裝和拆卸十分簡單方便，施工便捷，構件受力合理。

技術特征：

1.一種用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)，其特征在于：包括一種模擬構件受側向撞擊的導軌式落錘裝置、實現(xiàn)四邊簡支邊界條件的支座裝置、施加均勻軸向力的軸力加載裝置和剛性基礎平臺(9)，

2.根據(jù)權利要求1所述的用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述半球形錘頭(2)由剛性材料加工而成，半球形錘頭(2)與配重(1)是通過螺紋連接，所述豎向?qū)к?3)的頂部安裝有電磁裝置。

3.根據(jù)權利要求1所述的用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述油壓千斤頂(14)、碟形彈簧片(12)、軸力傳感器(11)和分布梁(10)的中心線與構件(4)側面形心重合。

4.根據(jù)權利要求1所述的用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述構件(4)上預留的圓孔(6)直徑不小于高強螺桿孔(16)的2倍，所述“口”字形鋼框架(8)上的光圓鋼筋(5)直徑為15mm～25mm。

5.根據(jù)權利要求1所述的用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述分布梁(10)的長度不小于構件(4)軸力加載端的邊長，所述分布梁(10)上加工的淺圓形的凹槽(18)厚度為分布梁翼緣厚度的1/3，所述構件(4)沿軸力方向的長度大于“口”字形鋼框架(8)的長度。

6.根據(jù)權利要求1所述的用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述構件(4)包括鋼筋混凝土墻板、鋼-混凝土組合墻板或外包ecc雙鋼板混凝土混合結構墻板。

7.根據(jù)權利要求1所述的用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述構件(4)穿過豎向?qū)к?3)并讓豎向?qū)к?3)頂部的落錘與構件(4)上的構件跨中位置(17)在同一垂直線上。

8.一種用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗方法，其特征在于：采用權利要求1-7任一項所述的試驗系統(tǒng)進行實施，具體步驟如下：

技術總結
本發(fā)明涉及構件災害模擬裝置技術領域，具體公開了用于模擬四邊簡支構件遭受側向撞擊的試驗系統(tǒng)及方法，包括一種模擬構件受側向撞擊的導軌式落錘裝置、實現(xiàn)四邊簡支邊界條件的支座裝置、施加均勻軸向力的軸力加載裝置和剛性基礎平臺，本發(fā)明可以模擬軸壓狀態(tài)下四邊簡支構件遭受側向撞擊的實際工況，即先通過支座裝置使構件達到四邊簡支的邊界條件，然后通過分布梁為構件施加均勻的水平軸壓荷載，軸力達到預定值并保持穩(wěn)定時，釋放落錘，進行四邊簡支構件在軸向荷載與側向撞擊耦合作用下的試驗。

技術研發(fā)人員：安國青,宗鐘凌,岑航,劉志遠,劉蘇文,王魯文,姚錦文,賀會軍
受保護的技術使用者：江蘇海洋大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17