| （西北民族大学土木工程学院 甘肃兰州 730124） 【摘要】建筑结构试验台是一种复杂的 结构，变化的形式较多，受力的情况较复杂， 因此必须使用能够对其精确计算结构受力 的ADINA 的有限元分析的软件。使用常规 的方法对试验台的尺寸进行设计，并通过 ADINA 软件进行一定的分析，然后计算结构 试验台的抗裂程度、刚度以及局部的承载 力。文章主要介绍了建筑结构试验台座的 概括、有限元的计算以及对比分析，仅供 各位的参考。 【关键词】试验台座；有限元分析；建 筑结构 引言 建筑结构在不断地发展，经历了木结 构、砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构 的发展过程，建筑结构的形式也在发生一 定的变化，建筑结构的形式从简单的框架 结构发展到框架剪力墙结构、框架简体结 构和简体结构等。建筑结构使用之时需要 在实验室内进行比例缩放的模拟实验，建 筑结构在这种情况下发挥着重要的作用。 在结构试验中需要一定的加载设备来提供 充足的荷载，满足实验过程中需要外荷载。 试验台座需要有足够的稳定性来满足提供 的荷载，因此，试验台座的设计需要能够 满足这样的要求。目前，对于试验台座的 受力分析的软件中，能够精确地分析计算 试验台的受力状况的软件是ADINA 有限元 分析软件。下面我们对建筑结构试验台分 析进行介绍。 1 试验台的概述 1.1 试验对象 在实际的试验中，实验的对象一般是 复杂的结构或者构件。但是试验台座的实 际结构相对来讲结构复杂，实际结构在试 验过程中难度较大，所以试验的结构常常 按照一定的比例缩小之后进行试验。试验 的模型常常是实际模型按照一定的比例放 缩按照真实的结构得到，具有实际结构的 全部或部分特征，尺寸比实际模型小的多。 模型上施加的外力的大小是根据实际结构 受力得到的比例荷载，通过对模型的受力 分析得到实际结构的分析结果。在对模型 进行一定的条件时需要严格要求比例、荷 载以及材料达到相似的结果。严格的相似 条件给模型设计和试验带来相对的困难， 在试验结构中具有其他类的模型，是实际 结构的缩小后的比例尺寸的代表物，这样 的模型的试验结果与理论计算的对比分析， 可以研究结构的性能。 1.2 试验方法 在试验过程中考虑到建筑结构使用中 承受的大部分是静态力荷载，通常采用静 力试验的方法对结构进行荷载的试验。静 力试验的加载过程一般是从零开始逐渐增 加，直到结构被破坏，并且整个加载的过 程的时间较为短暂。静力试验的最大优点 在于试验方法较为简单，能够逐步加载， 在加载的过程中能够随时观察结构的发展 变化，直到破坏结构，可以完整地观察整 体形态变化。 1.3 整体设备 试验的装置主要包括试验台、支座、 反力架和加载设备。试验台属于一种永久 性的固定设备，能够平衡在试验结构物上 施加的荷载产生的反作用力，并且同时固 定横向的支架。横向的支架可以使得构件 保持横向的稳定，通过水平反力支架来施 加水平荷载。反力架的主要材料由型钢组 成，在实验过程中支架充当支持结构，传 递一定的作用力并且能够模拟实际的荷载 图式的设备，可以达到平衡荷载反力的作 用。加载设备通过试验台、反力架和支座 连接而成，可以满足试验过程中需要荷载。 1.4 试验台的几种构造形式 目前，我国常用的试验台的结构包括 槽式、地脚螺丝式、箱式和抗侧力等构造 形式。目前我国使用较多的是槽式试验台， 这是一种较为典型的静力试验台，它有几 条槽轨沿着台座纵向布置。轨槽埋置在台 座的混凝土中，由型钢构造成，如图1。箱 式台座也成为孔氏试验台座。箱式试验台 的规模较大，具有较强的刚度，香型结构 的顶板上在纵横两个方向上有竖向贯穿的 孔，这些孔洞之间有一定的距离便于加载， 如图2。 1.5 试验台的设计依据 试验台常常用于多种实验之中，例如 多层的建筑结构的整体抗震实验、墙体的 实验和单榀框架的实验等等。试验台的混 凝土的强度通常采用C40 ；轴心的抗压的 标准值是值fck =26. 8N/mm2，其抗拉强度 的标准值是ftk=2.39N/mm2 ；弹性的模量是 E=3. 25 × 1010 kN/m2 ；泊松比为0. 2，当 压力较低的时候受压的泊松比是相等的。 试验台的底部的抗弯能力大于弯矩的1 000 kN× 12 m=12000 kN•m，抗剪能力达到1 000 kN 以上。 1.6 试验台的选择 建筑结构中对于实验台的选择需要考 虑到经济适用、施工方法以及日后的实验 要求等因素的影响，需要综合考虑各方面 的因素。箱式试验台能够将反力墙设置在 试验台座的端部和侧面，这样能够在两个 方向进行加载达到模拟两个方向上的荷载。 箱型结构的顶板上有纵横方向上的留有一 定间距的竖向贯穿的孔洞，能够提高墙体 整体的抵抗能力，反力墙的墙体由钢筋混 凝土构成与台座构成一个整体，增加了整 体的刚度。 3 有限元的计算和对比分析 3.1 建立试验台的有限元的几何模型 3.1.1 三维集合模型 ADINA 有限元分析软件中常用Block 定义题，长、宽、高以及中心点定义块。 定义圆柱Cylinder，圆柱体的半径和高以及 中心点用来定义块。结合布尔的运算对体 进行合并（ merge） 求交（ intersect） 相减（ subtract） 操作，最终能够得到有限元的几 何模型。 3.1.2 网络的划分 在对几何模型进行网格划分时需要定 义单元组，对给定的几何对象进行网格划 分密度，最后生成单元格和节点。单元格 划分密度指的是边缘的间隔的数量和长度 或者是单元的沿线，可以使用点化分、分 数划分和长度划分的三种方法。 3.1.3 运算方法 在模型保存后，可以运行的按钮来求 解，并使用运行ADINA 按钮。 3.3 有限元的分析结果 在对试验台进行有限元分析时需要使 用不同的荷载，并得出试验台在XYZ 三个 不同方向上的位移大小。三个方向中，水 平方向上的位移较为明显。试验台的上部 的位移比下部的位移大得多，并且数值变 化是逐步发生变化。从实验中得出，位移 最大的部分是反力墙的顶端，数值大约为 2mm ；反力墙内侧竖直方向上的位移变化 程度非常小，约为0.2mm，因此可以不计， 试验台座并没有发生形变。 4 结论 建筑结构试验台的受力和结构较为复 杂，在建筑结构中属于永久装备。通过使 用ADINA 软件对建筑结构的分析能够计算 结构在实际中的应用。ADINA 有限元软件 能够对设计的结构进行分析，并且能够对 试验台的整体的刚度进行比较分析，能够 提高试验台的稳定和试验时的精确度。 参考文献 [1] 黄慎江. 二层二跨预压装配式预 应力混凝土框架抗震性能试验与理论研究 [D]. 合肥工业大学，2013 [2] 梁炯丰. 大型火电厂钢结构主厂 房框排架结构抗震性能及设计方法研究 [D]. 西安建筑科技大学，2013 [3] 程晓波，陈福，陈以一，赵宪忠. 结构试验全方位通用加载系统研制与应用 [J]. 建筑钢结构进展，2014，02 ：49-57 |
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