建筑結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

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由于嚴(yán)格的相似條件給模型設(shè)計(jì)和試驗(yàn)帶來(lái)一定困難，在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中還有另一類(lèi)型的模型，它僅是真型結(jié)構(gòu)縮小幾何比例尺寸的試驗(yàn)代表物，將該模型的試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算對(duì)比分析，用以研究結(jié)構(gòu)的性能，驗(yàn)證設(shè)計(jì)假定。

試驗(yàn)方法在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的過(guò)程中，通常是應(yīng)用靜力試驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載試驗(yàn)，主要原因是大部分的建筑結(jié)構(gòu)在使用中承受的都是靜力荷載。靜力試驗(yàn)的加載過(guò)程一般情況下都是從零開(kāi)始慢慢加載，直到結(jié)構(gòu)破壞。在整個(gè)加載的過(guò)程中一般都是在很短的時(shí)間完成的，通常稱(chēng)其工作原理為靜力單調(diào)加載試驗(yàn)。靜力試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)是加載設(shè)備比較簡(jiǎn)單，可以逐步實(shí)施加載。在加載的過(guò)程中可以停下來(lái)觀(guān)察結(jié)構(gòu)變形的發(fā)展，能夠很好的看到起破壞形態(tài)。

試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置主要包括了試驗(yàn)臺(tái)、反力架、支座和加載設(shè)備。試驗(yàn)臺(tái)是永久性的固定設(shè)備，主要平衡施加在試驗(yàn)結(jié)構(gòu)物上的荷載所產(chǎn)生的反力，與此同時(shí)固定橫向支架，滿(mǎn)足構(gòu)件的側(cè)向穩(wěn)定，通過(guò)水平反力架對(duì)試件施加水平荷載。反力架的主要作用是平衡施加在試件上荷載所產(chǎn)生的反力，其材料一般是由型鋼組成，試驗(yàn)中的支座是支持結(jié)構(gòu)，傳遞作用力和模擬實(shí)際荷載圖式的設(shè)備，其組成形式主要有支座和支墩等。加載設(shè)備通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)、反力架和支座連接而成，加載設(shè)備要求能夠提供滿(mǎn)足試驗(yàn)荷載的能力。

試驗(yàn)臺(tái)的構(gòu)造形式在我國(guó)目前通常采用的試驗(yàn)臺(tái)座有槽式、地腳螺絲式、箱式和抗側(cè)力四種不同結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式，主要特征為:1)槽式實(shí)驗(yàn)臺(tái)座槽式實(shí)驗(yàn)臺(tái)座是一種比較典型的靜力試驗(yàn)臺(tái)座，他也是目前國(guó)內(nèi)用得較多的試驗(yàn)臺(tái)座。其構(gòu)造特點(diǎn)是沿臺(tái)座縱向全長(zhǎng)布置幾條槽軌，槽軌是用型鋼制成的縱向框架式結(jié)構(gòu)，埋置在臺(tái)座的混凝土內(nèi)。2)箱式試驗(yàn)臺(tái)座(孔式試驗(yàn)臺(tái)座)圖2為箱式試驗(yàn)臺(tái)座剖面示意圖。箱式試驗(yàn)臺(tái)座的規(guī)模較大，由于臺(tái)座本身構(gòu)成箱形結(jié)構(gòu)，所以它比其他形式的臺(tái)座具有更大的剛度。在箱形結(jié)構(gòu)的頂板上沿縱橫兩個(gè)方向按一定間距留有豎向貫穿的孔洞，便于沿孔洞連線(xiàn)的任意位置加載，即先將槽軌固定在相鄰的兩孔洞之間，然后將立柱或拉桿按需要加載的位置固定在槽軌中。

試驗(yàn)臺(tái)選擇建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)的選擇應(yīng)從經(jīng)濟(jì)角度、施工方法以及在日后的試驗(yàn)中能夠滿(mǎn)足試驗(yàn)要求等方面綜合考慮。在本結(jié)構(gòu)臺(tái)座中采用的是箱型試驗(yàn)臺(tái)座。將反力墻設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)座的端部和側(cè)面兩個(gè)方向，這樣可以對(duì)試件兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行加載，來(lái)模擬兩個(gè)方向的地震荷載。在箱形結(jié)構(gòu)的頂板上沿縱橫兩個(gè)方向按一定間距留有豎向貫穿的孔洞，為提高墻體抵抗彎矩和基底剪力的能力，反力墻墻體與臺(tái)座連成整體，反力墻為鋼筋混凝土箱形墻，臺(tái)座本身也構(gòu)成箱形結(jié)構(gòu)，這樣剛度更大。

網(wǎng)格劃分對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，必須首先定義單元組，然后對(duì)給定幾何對(duì)象的網(wǎng)格劃分密度，最后生成單元和節(jié)點(diǎn)。所謂網(wǎng)格劃分密度就是單元沿線(xiàn)或邊間隔的長(zhǎng)度或個(gè)數(shù)，有三種劃分方法，按點(diǎn)劃分、按長(zhǎng)度劃分、按份數(shù)劃分，用戶(hù)可以對(duì)模型的點(diǎn)、線(xiàn)、面、體、甚至整個(gè)模型進(jìn)行網(wǎng)格密度的設(shè)置。

運(yùn)行求解將模型保存，點(diǎn)擊運(yùn)行(DataFile/Solution)按鈕進(jìn)行求解，并同時(shí)選定運(yùn)行ADINA按鈕(RunADINA)。

試驗(yàn)臺(tái)有限元分析結(jié)果在不同荷載作用下對(duì)多功能試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行有限元分析，得出了試驗(yàn)臺(tái)在X、Y、Z三個(gè)方向產(chǎn)生的位移。根據(jù)上圖能夠看到:試驗(yàn)臺(tái)的水平方向位移較為明顯，上部的位移變化很明顯要比下部的位移大，變形情況是上到下逐漸減慢慢變小，而最大位移的地方位于反力墻的頂部，約為2mm;在豎直的方向最大位移出現(xiàn)在反力墻的內(nèi)側(cè)，位移變化大約在0．2mm左右，變化程度非常小，可忽略不計(jì)。而臺(tái)座基本上沒(méi)有產(chǎn)生變形。

建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)是特殊的受力結(jié)構(gòu)，是建筑結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的永久固定設(shè)備，屬于特種結(jié)構(gòu)。采用ADINA有限元分析軟件對(duì)設(shè)計(jì)的土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行有限元分析，并且對(duì)試驗(yàn)臺(tái)整體的剛度等進(jìn)行有限元分析比較，能夠提高試驗(yàn)臺(tái)的可靠性及使用時(shí)的試驗(yàn)的精度。

作者：丁峰馬琳李如春?jiǎn)挝唬汉颖甭?lián)合大學(xué)校園規(guī)劃建設(shè)處唐山市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院