CN103645043B - 一种组合式剪力键受力试验测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式剪力键受力试验测试方法，它通过制作两侧剪力键槽，再以两侧剪力键槽为边模板，匹配预制剪力键齿；随后利用横向布置的四根预应力钢筋，将两侧的剪力键槽及剪力键齿串成一个整体；再利用千斤顶将剪力键齿沿竖向顶起，在剪力键齿与剪力键槽竖向之间设置测力装置，组成试验模型；并张拉预应力钢筋到目标值，并向剪力键齿逐级加载竖向压力，开始试验即可。本发明具有精确度高、实时性强、操作简单、经济性好、试验原理直观明确的技术特征。

Description

一种组合式剪力键受力试验测试方法

技术领域

本发明涉及工程结构连接构造力学性能模型试验，具体地指一种组合式剪力键受力试验测试方法。

背景技术

在桥梁与隧道工程中，大型预制构件连接处常会设置一种抗剪机构，用于抵抗自身重力及其它外界荷载引起的剪切力。其中有一种抗剪机构由剪力键齿、预应力摩擦面共同组成，称为组合式剪力键。在结构承受剪力时，该组合式剪力键的摩擦面及剪力键齿可共同提供抗剪力。一般情况下，剪力键齿与剪力键槽之间会放置一种柔性垫层，该垫层用于减小连接构造的整体刚度，从而提高连接构造的抗震性能，同时又能起到防水密封作用。当该组合式剪力键刚开始受剪力时，由于柔性垫层无法迅速将剪力传递给剪力键齿，此时摩擦面首先产生静摩擦力，并由静摩擦力提供抗剪作用。随着所受剪力的不断增大，摩擦面之间的静摩擦力逐渐增大。当所受剪力超过最大静摩擦力时，摩擦力由静摩擦力转换成滑动摩擦力。摩擦面产生滑动后，柔性垫层开始受压，一部分剪力逐渐被柔性垫层传递到剪力键齿。当柔性垫层被挤压变薄到一定程度后，剪力键齿承受的剪力将急剧增加，同时摩擦面停止滑动，摩擦力由滑动摩擦力变为静摩擦力。此时无法确定摩擦面是否能保持最大静摩擦力状态，且摩擦力已不再能通过摩擦系数和正压力大小来计算得到。摩擦面及剪力键齿提供的抗剪力在整个抗剪过程中所分担的比例大小就不明确。目前尚无精确测得摩擦面最终提供抗剪力的大小及判断其在抗剪过程中是否能保持不变的有效方法。

为探明该组合式剪力键的抗剪机理，需通过模型试验进行测试。由于摩擦力存在由静摩擦力到滑动摩擦力再到静摩擦力的变化，故摩擦力的实时数值不能直接测得，而需通过测量剪力键齿的受力后间接得到。目前有通过在剪力键齿混凝土表面及钢筋上粘贴应变片或植入弦式应变计的方法测量剪力键齿受力的应用，但测试流程复杂，测量精度不高，且只是在单一的剪力键试验中有所应用。目前国内尚无直接精确测量剪力键齿受力大小的方法，也无对摩擦面与剪力键齿组合式抗剪机构进行试验测试的应用与研究。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种组合式剪力键受力试验测试方法。

本发明的技术方案为：一种组合式剪力键受力试验测试方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)、制作两侧剪力键槽，两侧剪力键槽之间匹配设置剪力键齿；

2)、两侧的剪力键槽被横向穿过的预应力钢筋串成一个整体，使剪力键槽及剪力键齿之间的竖向摩擦面产生摩擦力；

3)、利用千斤顶将剪力键齿顶起；

4)、在剪力键齿与剪力键槽竖向之间设置测力装置，组成试验模型；

5)、张拉预应力钢筋到目标值；

6)、向剪力键齿逐级加载竖向压力，每加载一级，读取并记录试验压力值及两个测力装置的测试值，则试验压力值减去两个测力装置的测试值即为剪力键槽与剪力键齿竖向摩擦面之间的总摩擦力，单侧剪力键齿的抗剪力即为竖向摩擦面的总摩擦力一半再加上该侧测力装置的测试值。

上述方案中：

所述预应力钢筋横向布置，预应力钢筋的一端设有穿心式锚索计。

所述预应力钢筋分两层布置，每层均设有两根预应力钢筋，每根预应力钢筋均穿过剪力键槽，剪力键齿设置在两层预应力钢筋之间。

所述测力装置为弦式轴力计。

测力装置的上下两端设有厚度可调的钢板垫层。

本发明具有精确度高、实时性强、操作简单、经济性好、试验原理直观明确等技术特征。

附图说明

图1为本发明测试时结构正视图；

图2为本发明测试时结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例所描述的一种组合式剪力键受力试验测试方法，它包括以下步骤：

1)、制作两侧剪力键槽2，剪力键槽2对称设置，两个剪力键槽2留有浇筑剪力键齿3的空间；再以两侧剪力键槽2为边模板，匹配预制剪力键齿3；

2)、待各构件达到试验强度后，利用四根预应力钢筋4横向穿过两侧的剪力键槽2，将两侧的剪力键槽2及剪力键齿3串成一个整体,使剪力键槽2及剪力键齿3之间的竖向摩擦面7产生摩擦力；

3)、上述装置竖直平放，利用千斤顶将剪力键齿3沿竖向顶起；

4)、在剪力键齿3与剪力键槽2竖向之间设置测力装置6，组成试验模型；

5)、张拉预应力钢筋4到目标值(该目标值为实际工程组合式剪力键结构中预应力设计值按照模型缩小比例计算得到)，并将试验模型平稳放置在压力试验机1平台上，开始试验；

6)、通过压力试验机1向剪力键齿3施加竖向压力，压力试验机1逐级加载，每加载一级，读取并记录压力试验机1的试验力读数及两个测力装置6的读数，则压力试验机1的试验力读数减去两个测力装置6的读数即为剪力键槽2与剪力键齿3竖向摩擦面7之间的总摩擦力，单侧剪力键齿3的抗剪力即为竖向摩擦面7的总摩擦力一半再加上该侧测力装置6的测试值。

本实施例中：

预应力钢筋4分两层横向布置，每层均设有两根预应力钢筋4，每根预应力钢筋4均穿过剪力键槽2，剪力键齿3设置在两层预应力钢筋4之间；而在预应力钢筋4的一端设有穿心式锚索计5，通过对预应力钢筋4的另一端张拉，穿心式锚索计5的读数判断预应力钢筋4的预应力大小是否已到达目标值；由于上下四根预应力钢筋4的张拉会对其它预应力钢筋的预应力值产生影响，故需上下反复张拉，直至每根预应力钢筋4均达到目标值。预应力钢筋4达到目标值后，剪力键槽2和剪力键齿3会产生竖向摩擦力。

本实施例中的测力装置6为弦式轴力计，需对弦式轴力计的读数进行简单换算至实际受力值。

测力装置6的上下两端设有厚度可调的钢板垫层，来调整测力装置6和剪力键齿3之间的间隙。

具体计算方法为：试验通过压力试验机1逐级加载，每加载一级，读取并记录压力试验机1的试验力读数P与两个弦式轴力计读数(f1、f2)，通过简单计算，将弦式轴力计读数(频率)换算成力值(T1、T2)。则压力试验机1的试验力读数与两个弦式轴力计的试验力读数之差(P-(T1+T2))即为四个摩擦面7的总摩擦力F。由于本试验模型为对称双组合式剪力键结构，双侧摩擦面面积、材料及预应力均为一致，故单个组合式剪力键结构的总抗剪力即为[P-(T1+T2)]/2+T1或[P-(T1+T2)]/2+T2。由此可以很直观地得到每一级加载荷载下摩擦面的抗剪力值和剪力键齿的抗剪力值。同时，记录下每级加载荷载下的4个锚索计读数，以判断预应力的损失情况，以便必要时及时进行补张。

本发明具有精确度高、实时性强、操作简单、经济性好、试验原理直观明确的技术特征：

1、精确度高：本专利采用的剪力键齿受力测试装置为弦式轴力计，比电测应变计更加敏感、精确，可靠性高；采用锚索计读取预应力读数比千斤顶油泵读数精度更高；

2、实时性强：为避免加载过程中预应力损失，通过预应力钢筋端部设置锚索计的方式，可对预应力进行实时监测，如有损失，可随时发现，并及时进行补张；

3、操作简单：利用弦式轴力计测试剪力键齿受力，可省去应变片粘贴，数据线接线、编号等繁杂工作，且无需对采集的数据进行后期处理，而是可以直接获取剪力键齿的实时受力大小，能更直观地判断剪力键齿受力状态，并为停止加载提供及时依据；

4、经济性好：本试验模型为自平衡稳定结构，利用常规压力试验机即可实现加载，无需制作专门的加载装置及反力框架，弦式轴力计、锚索计等测试元件简单可靠，且可重复利用；

5、试验原理直观明确：两侧弦式轴力计分别测量两侧剪力键齿各自承担的抗剪力，试验机加载力与两个弦式轴力计读数之差即为所有摩擦面提供的抗剪力之和，双侧摩擦面面积、材料及预应力均为一致，故单侧摩擦面承担的抗剪力即为摩擦面提供抗剪力总和的一半，则单侧组合式剪力键的抗剪力即为试验机加载力与两个弦式轴力计读数之差的一半加上该侧弦式轴力计的读数，即可以精确获得剪力键齿与摩擦面在组合式剪力键抗剪过程中的实时受力情况。

Claims (5)

1.一种组合式剪力键受力试验测试方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)、制作两侧剪力键槽(2)，两侧剪力键槽(2)之间匹配设置剪力键齿(3)；

2)、两侧的剪力键槽(2)被横向穿过的预应力钢筋(4)串成一个整体，使剪力键槽(2)及剪力键齿(3)之间的竖向摩擦面(7)产生摩擦力；

3)、利用千斤顶将剪力键齿(3)顶起；

4)、在剪力键齿(3)与剪力键槽(2)竖向之间设置测力装置(6)，组成试验模型；

5)、张拉预应力钢筋(4)到目标值；

6)、向剪力键齿(3)逐级加载竖向压力，每加载一级，读取并记录试验压力值及两个测力装置(6)的测试值，则试验压力值减去两个测力装置(6)的测试值即为剪力键槽(2)与剪力键齿(3)竖向摩擦面(7)之间的总摩擦力，单侧剪力键齿(3)的抗剪力即为竖向摩擦面(7)的总摩擦力一半再加上该侧测力装置(6)的测试值。

2.根据权利要求1所述的组合式剪力键受力试验测试方法，其特征在于：所述预应力钢筋(4)横向布置，预应力钢筋(4)的一端设有穿心式锚索计(5)。

3.根据权利要求2所述的组合式剪力键受力试验测试方法，其特征在于：所述预应力钢筋(4)分两层布置，每层均设有两根预应力钢筋(4)，每根预应力钢筋(4)均穿过剪力键槽(2)，剪力键齿(3)设置在两层预应力钢筋(4)之间。

4.根据权利要求1所述的组合式剪力键受力试验测试方法，其特征在于：所述测力装置(6)为弦式轴力计。

5.根据权利要求1所述的组合式剪力键受力试验测试方法，其特征在于：所述测力装置(6)的上下两端设有厚度可调的钢板垫层。