CN104062193A - 钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其是在两个相对的混凝土调平层上各设置有用于固定测试件的地锚，在测试件上并列设置有两个传力水平节点板，传力水平节点板通过连接组件与加载梁连接，加载梁是工字型梁，其上翼缘板中部连接有伺服液压作动器；本发明利用高强螺栓将测试件固定在地锚上，伺服液压作动器通过加载梁、连接组件向传力水平节点板提供两个集中的循环荷载，模拟水平节点板位置测试件的腹板间隙处的真实受力，使疲劳测试结果准确；通过合理的简化减小测试件规模，节约试验空间，降低对加载吨位的要求，并且测试件可替换性强，易于拆卸，可以方便经济地做大量变参数的试验，应用前景广阔。

Description

钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，特别涉及桥梁工程试验技术领域，具体是一种钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置。

背景技术

钢桥的疲劳问题严重影响着桥梁的使用寿命，研究表明钢桥中大约90％的疲劳开裂问题均是由于疲劳敏感细节处的面外变形或者二次应力引起的。钢桥设计中，需采用平联实现各钢主梁之间的横向连接。平联与各钢主梁的水平节点板焊接或者栓接连接，水平节点板通常与腹板焊接，并且与腹板竖向加劲肋焊接连接或者不连接。为了避免水平节点板与腹板的焊接细节发生疲劳失效，通常在腹板和竖向加劲肋焊缝与水平节点板相交处留有几十毫米的腹板间隙。在车辆荷载作用下，各主梁之间的挠度差会使得平联中有较大的作用力通过水平节点板传递到水平节点板腹板间隙细节处，使得刚度较小的腹板间隙处发生面外变形，从而引起较大的二次应力，导致疲劳裂纹在此处萌生和扩展。水平节点板处腹板间隙面外变形疲劳行为与应力分布情况复杂，需要通过疲劳试验对该细节的面外变形疲劳损伤机理和维修加固方法进行深入研究。

对钢桥水平节点板处的腹板间隙开展面外变形疲劳试验是研究该细节处疲劳机理与维修加固方法合理性的重要手段，可为实桥腹板间隙处疲劳裂纹的维修加固提供重要的科学依据。目前对于正交异性钢桥面板的疲劳性能测试较多，并且通常采用的测试技术存在以下不足：(1)传统的钢桥疲劳机理与维修加固方法试验均是采用大节段钢梁来进行试验，模型制造、安装耗时费力，且费用较高，很难实现疲劳细节的大量变参数试验研究；(2)由于节段测试件的尺寸较大，对试验的场地要求比较高，试验要模拟实桥的受力与变形需要较高的加载吨位，疲劳试验费用高昂。但是，目前并未有人员对钢桥水平节点板腹板间隙处的疲劳细节进行大量变参数的试验测试，而且，目前测试钢桥疲劳性能的加载装置，很难反映水平节点板处腹板间隙的实际面外变形及受力情况。因此，急需研发一种能真实模拟实桥受力、显著降低试验费用、提高试验效率的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种真实模拟水平节点板处腹板间隙位置的真实受力，使模拟测试结果准确，并且对试验场地和加载吨位要求较低，操作简单、拆装方便、试验成本较低的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：在两个相对的混凝土调平层上各设置有用于固定测试件的地锚，在测试件上并列设置有两个传力水平节点板，传力水平节点板通过连接组件与加载梁连接，加载梁是工字型梁，其上翼缘板中部连接有伺服液压作动器；

上述地锚是在L型底座上相对设置有两个加劲板，在两加劲板之间设置有钢锚箱，钢锚箱通过地脚螺栓与底座以及混凝土调平层连接；

上述连接组件是将水平设置的上角钢与纵向设置的下角钢之间通过连接板连接，上角钢通过高强螺栓与加载梁的下翼缘板连接；

上述传力水平节点板与测试件连接的一端加工有矩形槽或倒U型槽。

上述加载梁的两端连接有环扣，便于悬吊。

上述伺服液压作动器的加载中心线与测试件的腹板加劲肋中心线在同一条直线上。

上述相对的两个地锚之间的间距是300～2000mm。

上述加载梁的上翼缘板是宽度为250～550mm、厚度为16～60mm、长度为500～1500mm的矩形板，加载梁腹板是宽度为100～500mm、厚度为12～24mm、长度为500～1500mm的矩形板，下翼缘板结构与上翼缘板相同。

上述钢锚箱的水平顶板是宽度为250～400mm、厚度为18～24mm、长度为300～800mm的矩形板，竖直翼板是宽度为150～450mm、厚度为16～22mm、长度为400～600mm的矩形板。

上述水平节点板与测试件的加劲肋、腹板连接的端口处加工有过焊孔，该过焊孔是直角边长为20～80mm等腰直角三角孔。

上述传力水平节点板的倒U型槽，槽壁与测试件的加劲肋侧壁之间的间隙为20～80mm。

上述的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置的制作方法为：

首先按照上述结构和设计尺寸将钢板焊接成地锚、加载横梁并制作加工连接板，将传力水平节点板与测试件的腹板焊接，或与腹板和加劲肋同时焊接，在L型底座上与测试件左右翼缘板连接的一臂上加工相应的螺栓孔，利用型钢制作上、下角钢；利用绳索通过加载梁端部的环扣将加载梁临时吊在反力架上，通过螺栓将伺服液压作动器固定在加载梁的上翼缘板的中部，在加载梁的下翼缘板下方栓接连接上角钢，并在上、下角钢之间安装连接板；待底座安置处的混凝土调平层达到测试强度之后，将底座放置于其上，并通过四个角的调平螺栓将底座调至水平，将测试件通过高强螺栓固定在2个底座之间，拧紧地脚螺栓；通过下角钢栓接连接传力水平节点板，松掉加载梁端头的绳索之后便可加载进行试验。

本发明的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置是通过合理化设计，利用高强螺栓将测试件固定在地锚的底座上，伺服液压作动器通过加载梁与连接组件向传力水平节点板传力，利用传力水平节点板对测试件提供两个集中循环荷载，能够真实地模拟测试件在水平节点板处的腹板间隙位置受力情况，实现钢桥疲劳细节的变参数试验，使得疲劳测试结果准确，有利于指导钢桥腹板间隙处的抗疲劳设计，此外通过合理的简化将测试件的规模减小，节约试验空间，简化构造，降低对加载吨位的要求，并且测试件可替换性强，易于拆卸，可以方便经济地做大量变参数的试验，应用前景广阔。

附图说明

图1是实施例1的疲劳试验加载装置结构示意图。

图2是图1中加载梁2的结构示意图。

图3是图1中连接组件3的结构示意图。

图4是图1中传力水平节点板6的结构示意图。

图5是图1中L型底座4-4的结构示意图。

图6是图1中地脚螺栓4-2与钢锚箱4-1的连接结构示意图。

图7是实施例4的传力水平节点板6的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置是由伺服液压作动器1、加载梁2、连接组件3、地锚4、传力水平节点板6以及混凝土调平层7组成。

本实施例的加载梁2是由钢板焊接成工字型梁，参见图2，其上翼缘板2-1是宽度为400mm，厚度为40mm，长度为1000mm的矩形钢板，加载梁腹板2-2是宽度为200mm，厚度为20mm，长度为1000mm的矩形钢板，下翼缘板2-3是宽度为400mm，厚度为40mm，长度为1000mm的矩形钢板，与上翼缘板2-1几何形状和尺寸相同，并关于加载梁腹板2-2对称。为了便于将加载梁2临时固定在反力架上，在加载梁2上翼缘板2-1的左右两端均焊接有由粗钢筋弯制成的环扣2-4，在加载梁2的上翼缘板2-1中心处通过4个螺栓紧固有伺服液压作动器1，可对测试件5施加垂直向下的循环荷载。在加载梁2的下翼缘板2-3上靠近前后边缘的位置均加工有螺孔，其通过安装在螺孔内的高强螺栓与连接组件3连接。

本实施例的连接组件3是由上角钢3-1、连接板3-2以及下角钢3-3组成，参见图3。本实施例的上角钢3-1与下角钢3-3均采用等肢单角钢，上角钢3-1水平设置，共4个，分为两组，每组中两个前后对称分布，每个上角钢的肢宽为160mm，肢厚为16mm，长为320mm。在两两对称设置的上角钢3-1之间用螺栓紧固有长为300mm，宽为300mm，厚度为20mm的矩形钢板作为连接板3-2，即上角钢3-1水平的一肢通过高强螺栓与加载梁2的下翼缘板2-3紧固，另一肢与连接板3-2的上侧连接，通过连接板3-2将上角钢3-1两两相对设置。在连接板3-2的下侧用螺栓栓接有8个与上角钢3-1垂直设置的下角钢3-3，即下角钢3-3是8个，4个一组，每组中两两呈T型连接，分布在连接板3-2的前后两侧，每个下角钢3-3的肢宽为100mm，肢厚为10mm，长为250mm，其上端与连接板3-2紧固，下端与传力水平节点板6栓接。

本实施例的传力水平节点板6是2个，并列设置在测试件5加劲肋上，参见图4，传力水平节点板6是宽度为206mm，高度为160mm，厚度为8mm的矩形钢板，在其两侧上加工有两排螺孔，通过安装在螺孔上的高强螺栓与下角钢3-3栓接，在传力水平节点板6上与测试件5连接的一侧上加工有6mm×120mm的矩形槽，试验时该传力水平节点板6放置在测试件5的加劲肋上，使加劲肋穿过该矩形槽与传力水平节点板6相互垂直，且该传力水平节点板6的下底边与测试件5的腹板焊接、矩形槽处与测试件5的加劲肋焊接。为了方便焊接连接，在传力水平节点板6与测试件5的加劲肋、腹板连接的端口处还加工有直角边为40mm的等腰直角三角形的过焊孔。

参见图5和6，在试验的混凝土调平层7上用螺栓紧固有两个地锚4，测试件5的两端翼缘板分别用高强螺栓固定在两个地锚4上，本实施例的两个地锚4结构对称且相互之间的距离与测试件5的长度相等。本实施例的地锚4是由L型底座4-4、加劲板4-3、钢锚箱4-1以及地脚螺栓4-2组成。L型底座4-4的一臂是水平放置在调平用的混凝土调平层7上的矩形钢板，其宽度为800mm，厚度为40mm，长度为800mm；另一臂是宽度为360mm，厚度为40mm，长度为800mm的矩形钢板，在其上加工有螺孔，通过高强螺栓与测试件5的翼缘板紧固，在该臂的另一侧即与测试件5相反的一侧面上垂直焊接有两个梯形结构的加劲板4-3，长边一侧与L型底座的一臂连接；每个加劲板4-3的短边为26mm，长边为360mm，水平方向的长度为650mm，在两个加劲板4-3之间焊接有钢锚箱4-1。本实施例的钢锚箱4-1是由水平顶板和竖直翼板组成，竖直翼板垂直焊接在水平顶板的两端下方，钢锚箱4-1的水平顶板是宽度为310mm，厚度为20mm,长度为500mm的矩形板，竖直翼板焊接在L型底座4-4的加劲板4-3之间，其是宽度为200mm，厚度为20mmm，长度为500mm的矩形板，钢锚箱4-1的水平顶板上安装有地脚螺栓4-2，该地脚螺栓4-2的螺杆直径为60mm，下端穿过底座4-4和混凝土调平层7延伸至混凝土基础的地槽中，将钢锚箱4-1与底座紧固在混凝土基础上。

本实施例所采用的高强螺栓均是摩擦型M-22的高强螺栓。

本实施例的测试件5为工字型梁，在其左、右翼缘板之间的水平腹板上焊接有加劲肋。本实施例的左翼缘板是宽度为300mm，厚度为24mm，长度为600mm的矩形钢板，腹板是宽度为600mm，厚度为8mm，长度为870mm的矩形钢板，右翼缘板是宽度为300mm，厚度为24mm，长度为600mm的矩形钢板，加劲肋是宽度为120mm，厚度为6mm，长度为870mm的矩形钢板。

本实施例以该测试件5为例来模拟传力水平节点板6处的腹板间隙面外变形疲劳试验，通常将本发明的加载装置与动态测试仪结合使用，其具体的工作原理是：

将地锚4通过地脚螺栓4-2固定在地面放置的混凝土调平层7上，测试件5通过高强螺栓固定在地锚4之间，并保证测试件5加劲肋的中心线与伺服液压作动器1的加载中心线在同一条直线上。试验开始前应通过静载试验确定加载的幅值以及频率，外部液压油泵对伺服液压作动器1供油后，伺服液压作动器1开始工作，对加载梁2施加荷载，通过连接组件3和传力水平节点板6传力对测试件5提供两个集中的循环荷载，同时试验时在测试件5与传力水平节点板6连接处的腹板间隙疲劳测点周围粘贴有应变片，利用应变片测试应力变化，并将应力测试数据通过导线传送到动态测试仪，对测试点处的应力进行实时监测，并且每隔1～2小时需要观察加劲肋在传力水平节点板6间隙处的焊趾有无裂纹萌生以及裂纹的扩展情况。当疲劳加载循环次数达到200万次左右时，完成一个测试件5的试验之后，拆下下角钢3-3，松掉地脚螺栓4-2，松掉测试件5上、下翼缘与固定板连接的高强螺栓便可更换测试件5，进行下一个参数测试件5的试验。

实施例2

本实施例的加载梁2上翼缘板2-1是宽度为250mm，厚度为16mm，长度为500mm的矩形钢板，加载梁腹板2-2是宽度为100mm，厚度为12mm，长度为500mm的矩形钢板，下翼缘板2-3是宽度为250mm，厚度为16mm，长度为500mm的矩形钢板。

本实施例的钢锚箱4-1的水平顶板是宽度为250mm，厚度为18mm,长度为300mm的矩形板，竖直翼板是宽度为150mm，厚度为16mmm，长度为400mm的矩形板。

本实施例的传力水平节点板6与加劲肋、腹板连接的端口处加工有直角边长为20mm的等腰三角形过焊孔。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例的加载梁2上翼缘板2-1是宽度为550mm，厚度为60mm，长度为1500mm的矩形钢板，加载梁腹板2-2是宽度为500mm，厚度为24mm，长度为1500mm的矩形钢板，下翼缘板2-3是宽度为550mm，厚度为60mm，长度为1500mm的矩形钢板。

本实施例的钢锚箱4-1的水平顶板是宽度为400mm，厚度为24mm,长度为800mm的矩形板，竖直翼板是宽度为450mm，厚度为22mmm，长度为600mm的矩形板。

本实施例的传力水平节点板6与加劲肋、腹板连接的端口处加工有直角边长为80mm的等腰直角三角形过焊孔。

其他的部件及其连接关系与实施例1相同。

实施例4

本实施例的传力水平节点板6上与测试件5连接的一侧加工有槽深为163mm，槽宽为86mm，槽顶部半径为43mm的倒U型槽，且传力水平节点板6的下底板与测试件5的腹板焊接，参见图7，该倒U型槽的槽壁距离加劲肋侧壁的间隙是40mm。

其他的部件及其连接关系与实施例1～3中任意一个相同。

实施例5

本实施例的传力水平节点板6上与测试件5连接的一侧加工有槽深为140mm，槽宽为46mm，槽顶部半径为23mm的倒U型槽，且传力水平节点板6的下底板与测试件5的腹板焊接，该倒U型槽的槽壁距离加劲肋侧壁的间隙是20mm。

其他的部件及其连接关系与实施例1～3中任意一个相同。

实施例6

本实施例的传力水平节点板6上与测试件5连接的一侧加工有槽深为300mm，槽宽为166mm，槽顶部半径为83mm的倒U型槽，且传力水平节点板6的下底板与测试件5的腹板焊接，该倒U型槽的槽壁距离加劲肋侧壁的间隙是80mm。

其他的部件及其连接关系与实施例1～3中任意一个相同。

本发明的技术方案不仅限于上述的实施情形，各部件的尺寸规格可根据实际的使用情况进行调节。在本发明的基础上进行简单的组合或者变换均属于本发明的发明构思。

Claims (8)

1.一种钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其特征在于：在两个相对的混凝土调平层(7)上各设置有用于固定测试件(5)的地锚(4)，在测试件(5)上并列设置有两个传力水平节点板(6)，传力水平节点板(6)通过连接组件(3)与加载梁(2)连接，加载梁(2)是工字型梁，其上翼缘板(2-1)中部连接有伺服液压作动器(1)；

所述地锚(4)是在L型底座(4-4)上相对设置有两个加劲板(4-3)，在两加劲板(4-3)之间设置有钢锚箱(4-1)，钢锚箱(4-1)通过地脚螺栓(4-2)与底座(4-4)以及混凝土调平层(7)连接；

所述连接组件(3)是将水平设置的上角钢(3-1)与纵向设置的下角钢(3-3)之间通过连接板(3-2)连接，上角钢(3-1)通过高强螺栓与加载梁(2)的下翼缘板(2-3)连接；

所述传力水平节点板(6)与测试件(5)连接的一端加工有矩形槽或倒U型槽。

2.根据权利要求1所述的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其特征在于：所述加载梁(2)的两端连接有环扣(2-4)。

3.根据权利要求1所述的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其特征在于：所述伺服液压作动器(1)的加载中心线与测试件(5)的腹板加劲肋中心线在同一条直线上。

4.根据权利要求1所述的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其特征在于：相对的两个地锚(4)之间的间距是300～2000mm。

5.根据权利要求1所述的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其特征在于：所述加载梁(2)的上翼缘板(2-1)是宽度为250～550mm、厚度为16～60mm、长度为500～1500mm的矩形板，加载梁腹板(2-2)是宽度为100～500mm、厚度为12～24mm、长度为500～1500mm的矩形板，下翼缘板(2-3)几何形状及尺寸与上翼缘板(2-2)相同。

6.根据权利要求1所述的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其特征在于：所述钢锚箱(4-1)的水平顶板是宽度为250～400mm、厚度为18～24mm、长度为300～800mm的矩形板，竖直翼板是宽度为150～450mm、厚度为16～22mm、长度为400～600mm的矩形板。

7.根据权利要求1所述的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其特征在于：所述水平节点板(6)与测试件(5)的加劲肋、腹板连接的端口处加工有过焊孔，该过焊孔是直角边长为20～80mm等腰直角三角孔。

8.根据权利要求1所述的钢桥水平节点板处的腹板间隙面外变形疲劳试验加载装置，其特征在于：所述传力水平节点板(6)上的倒U型槽，槽壁与测试件(5)的加劲肋侧壁之间的间隙为20～80mm。