建筑結構的試驗臺的設計

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由于嚴格的相似條件給模型設計和試驗帶來一定困難，在結構試驗中還有另一類型的模型，它僅是真型結構縮小幾何比例尺寸的試驗代表物，將該模型的試驗結果與理論計算對比分析，用以研究結構的性能，驗證設計假定。

試驗方法在結構試驗的過程中，通常是應用靜力試驗對結構進行荷載試驗，主要原因是大部分的建筑結構在使用中承受的都是靜力荷載。靜力試驗的加載過程一般情況下都是從零開始慢慢加載，直到結構破壞。在整個加載的過程中一般都是在很短的時間完成的，通常稱其工作原理為靜力單調加載試驗。靜力試驗最大的優點是加載設備比較簡單，可以逐步實施加載。在加載的過程中可以停下來觀察結構變形的發展，能夠很好的看到起破壞形態。

試驗裝置試驗裝置主要包括了試驗臺、反力架、支座和加載設備。試驗臺是永久性的固定設備，主要平衡施加在試驗結構物上的荷載所產生的反力，與此同時固定橫向支架，滿足構件的側向穩定，通過水平反力架對試件施加水平荷載。反力架的主要作用是平衡施加在試件上荷載所產生的反力，其材料一般是由型鋼組成，試驗中的支座是支持結構，傳遞作用力和模擬實際荷載圖式的設備，其組成形式主要有支座和支墩等。加載設備通過試驗臺、反力架和支座連接而成，加載設備要求能夠提供滿足試驗荷載的能力。

試驗臺的構造形式在我國目前通常采用的試驗臺座有槽式、地腳螺絲式、箱式和抗側力四種不同結構構造形式，主要特征為:1)槽式實驗臺座槽式實驗臺座是一種比較典型的靜力試驗臺座，他也是目前國內用得較多的試驗臺座。其構造特點是沿臺座縱向全長布置幾條槽軌，槽軌是用型鋼制成的縱向框架式結構，埋置在臺座的混凝土內。2)箱式試驗臺座(孔式試驗臺座)圖2為箱式試驗臺座剖面示意圖。箱式試驗臺座的規模較大，由于臺座本身構成箱形結構，所以它比其他形式的臺座具有更大的剛度。在箱形結構的頂板上沿縱橫兩個方向按一定間距留有豎向貫穿的孔洞，便于沿孔洞連線的任意位置加載，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。

試驗臺選擇建筑結構試驗臺的選擇應從經濟角度、施工方法以及在日后的試驗中能夠滿足試驗要求等方面綜合考慮。在本結構臺座中采用的是箱型試驗臺座。將反力墻設置在試驗臺座的端部和側面兩個方向，這樣可以對試件兩個方向同時進行加載，來模擬兩個方向的地震荷載。在箱形結構的頂板上沿縱橫兩個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，反力墻墻體與臺座連成整體，反力墻為鋼筋混凝土箱形墻，臺座本身也構成箱形結構，這樣剛度更大。

網格劃分對幾何模型進行網格劃分，必須首先定義單元組，然后對給定幾何對象的網格劃分密度，最后生成單元和節點。所謂網格劃分密度就是單元沿線或邊間隔的長度或個數，有三種劃分方法，按點劃分、按長度劃分、按份數劃分，用戶可以對模型的點、線、面、體、甚至整個模型進行網格密度的設置。

運行求解將模型保存，點擊運行(DataFile/Solution)按鈕進行求解，并同時選定運行ADINA按鈕(RunADINA)。

試驗臺有限元分析結果在不同荷載作用下對多功能試驗臺進行有限元分析，得出了試驗臺在X、Y、Z三個方向產生的位移。根據上圖能夠看到:試驗臺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在反力墻的內側，位移變化大約在0．2mm左右，變化程度非常小，可忽略不計。而臺座基本上沒有產生變形。

建筑結構試驗臺是特殊的受力結構，是建筑結構實驗室的永久固定設備，屬于特種結構。采用ADINA有限元分析軟件對設計的土木工程結構實驗室的試驗臺進行有限元分析，并且對試驗臺整體的剛度等進行有限元分析比較，能夠提高試驗臺的可靠性及使用時的試驗的精度。

作者：丁峰馬琳李如春單位：河北聯合大學校園規劃建設處唐山市規劃設計研究院