CN104165807B - 一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验装置及测试方法。其中加载装置包括加载框架、液压千斤顶、精密测力传感器、试验力分配横梁、支座、试验临时墩和反力槽道；在预应力混凝土试验梁跨径三分之一处对称设置两对加载框架；大量程应变测量装置包括铜管套筒、顶杆、千分表、顶块、锁紧螺帽、底座螺杆和塑料底座；塑料底座粘贴在预应力混凝土试验梁的表面；事先做好标距，两塑料底座中心间的距离在30cm以上；试验加载测试分线性和非线性两个阶段，并分别采用不同的测试仪器和方法。本发明为跨径在20m以上的预应力混凝土板梁的破坏试验提供了一种有效的装置和测试方法，能在有限的油缸行程下达到板梁的极限荷载，并准确测量行为参数。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域，具体涉及一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验装置及测试方法。
背景技术
通过混凝土板梁的破坏试验，能够判定构件的使用状况和实际承载能力。目前已有的混凝土梁加载装置及测试方法均适用于小变形构件，使用一套油路加分配梁或两套油路进行三分点加载，其油缸最大行程一般只有20cm，挠度位移计（传感器）测试量程只有5cm。对一些跨径在20m以上的预应力混凝土板梁，其破坏时的最大挠度可达50cm左右，三分点加载处挠度明显超过油缸的最大行程，常规挠度位移计（传感器）等参数测试方法也不再适用。
现有的试验装置和测试方法无法满足大挠度破坏试验的要求，无法对20m以上的预应力混凝土板梁的使用性能和极限承载能力进行试验。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验装置及测试方法。本发明为跨径在20m以上的预应力混凝土板梁的破坏试验提供了一种有效的加载装置和非线性参数的测试方法。
一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验装置，包括加载装置、大量程应变测量装置；加载装置包括加载框架、液压千斤顶、精密测力传感器、试验力分配横梁、支座、试验临时墩和反力槽道；大量程应变测量装置包括铜管套筒、顶杆、千分表、顶块、锁紧螺帽、底座螺杆和塑料底座；在预应力混凝土试验梁下设置两个试验临时墩；预应力混凝土试验梁与试验临时墩之间通过支座相连接；在预应力混凝土试验梁跨径的三分之一处对称设置两对加载框架，加载框架包括加载框架立柱、加载框架横梁，加载框架横梁设置在两个加载框架立柱之间，使得加载框架呈H型；加载框架立柱的底部与反力槽道相固定；
预应力混凝土试验梁上设置有试验力分配横梁，试验力分配横梁上设置有液压千斤顶，在试验力分配横梁和液压千斤顶之间设置有精密测力传感器；液压千斤顶通过精密测力传感器和试验力分配横梁将力传递到预应力混凝土试验梁上；液压千斤顶固定在加载框架横梁的下表面；
所述的大量程应变测量装置包括铜管套筒、顶杆、千分表、顶块、锁紧螺帽、底座螺杆和塑料底座；顶杆上的顶块与千分表接触；顶杆和千分表均穿过一个铜管套筒，用铜管套筒上方的锁紧螺帽固定；塑料底座与铜管套筒通过底座螺杆相固定，塑料底座粘贴在预应力混凝土试验梁的表面；事先做好标距，两塑料底座中心间的距离应在30cm以上。
一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验的测试方法，包括如下步骤：
步骤(1).根据预应力混凝土试验梁的极限受力情况，配置两个试验临时墩的受力钢筋和局部承压钢筋网，并在标准温度和湿度下养护28天，保证试验临时墩的强度和稳定性；然后预制好的试验临时墩吊装至试验场地指定位置；
步骤(2).在预应力混凝土试验梁安装之前清理试验临时墩顶面杂物，测量放样出支座的中心，将支座安装在试验临时墩上；通过支座的横轴线，用墨线弹出预应力混凝土试验梁的梁边线，并检查支座顶面，确保高程无误；然后使用大型吊机将预应力混凝土试验梁移至试验临时墩上，且确保预应力混凝土试验梁的位置与弹出的梁边线相对应；
步骤(3).吊运和安装加载框架，将两对加载框架安装在预应力混凝土试验梁跨径的三分之一处；加载框架包括加载框架立柱、加载框架横梁，加载框架横梁设置在两个加载框架立柱之间，使得加载框架呈H型；加载框架立柱的底部与反力槽道相固定；预应力混凝土试验梁上设置有试验力分配横梁，试验力分配横梁上设置有液压千斤顶，在试验力分配横梁和液压千斤顶之间设置有精密测力传感器；液压千斤顶通过精密测力传感器和试验力分配横梁将力传递到预应力混凝土试验梁上；液压千斤顶固定在加载框架横梁的下表面；
所述的液压千斤顶与加载控制模块相连接，加载控制模块用于控制液压千斤顶的加载和升降，并保证同步加载；
步骤(4).在预应力混凝土试验梁上布置混凝土应变测点、钢筋应变测点和挠度测点，并在各个测点上设置传感器，传感器将各个测点采集到的数据发送到计算机测试分析系统上；
所述的混凝土应变测点在预应力混凝土试验梁上有30个采集点；钢筋应变测点在预应力混凝土试验梁上有2个采集点；挠度测点在预应力混凝土试验梁上有10个采集点；
步骤(5).试验加载分为线性阶段和非线性阶段；
5-1.线性阶段：加载至预应力混凝土试验梁开裂荷载；线性阶段的挠度较小，用5cm量程的数码位移传感器记录，在预应力混凝土试验梁的跨中截面、四分点截面和梁端截面分别布置数码位移传感器，且每个截面两侧同时布置有数码位移传感器，梁端截面的数码位移传感器用于记录支座沉降位移；混凝土应变测点采用数码应变传感器，布置在预应力混凝土试验梁的跨中截面、四分点截面和梁端截面的混凝土表面；
5-2.非线性阶段：加载至预应力混凝土试验梁从开始出现开裂到预应力混凝土试验梁破坏；预应力混凝土试验梁的应变为平均应变，挠度呈大挠度和几何非线性趋势；在预应力混凝土试验梁跨中底板纵向钢筋处凿开，并将钢筋应变片粘贴在钢筋表面；将预应力混凝土试验梁跨中截面的数码应变传感器用大量程应变测量装置替代；使用裂缝观测仪观测裂缝宽度，若裂缝宽度超过裂缝观测仪量程，则先用薄铝片在裂缝两侧做好标距，并使用游标卡尺量测；使用拉线式位移计测量预应力混凝土试验梁1跨中和四分点的挠度；
步骤(6).当液压千斤顶的油缸达到最大行程时，同时只保持两个内侧液压千斤顶受力而使预应力混凝土试验梁挠度保持不变，然后使两个外侧液压千斤顶、油缸上升，在试验力分配横梁上垫上平整钢板，以增加油缸行程；同理，再仅保持两个外侧液压千斤顶受力而维持预应力混凝土试验梁挠度不变，使两个内侧液压千斤顶油缸上升，在试验力分配横梁上垫上平整钢板；慢慢将各液压千斤顶荷载调整到原油缸最大行程时荷载，并继续加载直至结构破坏。
步骤（3）所述的加载控制模块包括油泵、管路和计算机控制系统，计算机控制系统控制油泵供油，油泵通过管路与液压千斤顶相连接。
步骤（3）所述的加载框架中的加载框架立柱、加载框架横梁通过加固三角支架连接，具体的采用Q235B钢板焊接而成。
步骤（4）所述的计算机测试分析系统包括RS-QL06E系列桥梁及结构应力检测系统和DH3815N静态应力应变测试分析系统；RS-QL06E系列桥梁及结构应力检测系统采集混凝土应变测点和挠度测点数据，DH3815N静态应力应变测试分析系统采集钢筋应变测点数据。
步骤（4）所述的预应力混凝土试验梁的混凝土应变测点、挠度测点和钢筋应变测点具体设置如下：混凝土应变测点在跨中截面和四分点的顶面、中性轴和底面对称布置，在离支座半梁高距离的中性轴位置布置成应变花；挠度测点在跨中截面、四分点截面和端点截面对称布置；钢筋应变测点在预应力混凝土试验梁跨中截面的最外侧纵向受力钢筋上对称布置。
所述的大量程应变测量装置包括铜管套筒、顶杆、千分表、顶块、锁紧螺帽、底座螺杆和塑料底座；顶杆上的顶块与千分表接触；顶杆和千分表均穿过一个铜管套筒，用铜管套筒上方的锁紧螺帽固定；塑料底座与铜管套筒通过底座螺杆相固定，塑料底座粘贴在预应力混凝土试验梁的表面；事先做好标距，两塑料底座中心间的距离应在30cm以上。
本发明的有益效果如下：
本发明能够实现跨径在20m以上混凝土板梁的大挠度破坏试验的加载和非线性行为参数的测试，在有限的油缸行程下达到板梁的极限荷载，保证试验的进行，并准确测量构件非线性行为参数。
附图说明
图1为本发明的加载装置立面图；
图2为本发明的加载装置平面图；
图3为本发明的加载装置侧视图；
图4为自制大量程应变量测装置示意图；
图5为预应力混凝土试验梁跨中截面混凝土应变和钢筋应变测点示意图。
图中，预应力混凝土试验梁1、加载框架2、液压千斤顶3、精密测力传感器4、试验力分配横梁5、加载框架立柱6、加载框架横梁7、支座8、试验临时墩9、反力槽道10、铜管套筒11、顶杆12、千分表13、顶块14、锁紧螺帽15、底座螺杆16、塑料底座17、混凝土应变测点18、挠度测点19、钢筋应变测点20。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4所示，一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验装置，包括加载单元、测试单元；加载单元包括加载框架2、液压千斤顶3、精密测力传感器4、试验力分配横梁5、支座8、试验临时墩9和反力槽道10；大量程应变测量装置包括铜管套筒11、顶杆12、千分表13、顶块14、锁紧螺帽15、底座螺杆16和塑料底座17；在预应力混凝土试验梁1下设置两个试验临时墩9；预应力混凝土试验梁1与试验临时墩9之间通过支座相连接；在预应力混凝土试验梁1跨径的三分之一处对称设置两对加载框架2，加载框架2包括加载框架立柱6、加载框架横梁7，加载框架横梁7设置在两个加载框架立柱6之间，使得加载框架2呈H型；加载框架立柱6的底部与反力槽道10相固定；
预应力混凝土试验梁1上设置有试验力分配横梁5，试验力分配横梁5上设置有液压千斤顶3，在试验力分配横梁5和液压千斤顶3之间设置有精密测力传感器4；液压千斤顶3通过精密测力传感器4和试验力分配横梁5将力传递到预应力混凝土试验梁1上；
液压千斤顶3固定在加载框架横梁7的下表面。
所述的大量程应变测量装置包括铜管夹头11、顶杆12和千分表13，顶杆12和千分表13均通过一个铜管夹头11固定在预应力混凝土试验梁1跨中截面。
一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验的测试方法，包括步骤如下：
步骤(1).根据预应力混凝土试验梁1的极限受力情况，配置两个试验临时墩9的受力钢筋和局部承压钢筋网，并在标准温度和湿度下养护28天，保证试验临时墩的强度和稳定性；然后预制好的试验临时墩9吊装至试验场地指定位置。
步骤(2).在预应力混凝土试验梁1安装之前清理试验临时墩9顶面杂物，测量放样出支座8的中心，将支座安装在试验临时墩9上；通过支座8的横轴线，用墨线弹出预应力混凝土试验梁1的梁边线，并检查支座8顶面，确保高程无误；然后使用大型吊机将预应力混凝土试验梁1移至试验临时墩9上，且确保预应力混凝土试验梁1的位置与弹出的梁边线相对应。
步骤(3).吊运和安装加载框架2，将两对加载框架2安装在预应力混凝土试验梁1跨径的三分之一处；加载框架2包括加载框架立柱6、加载框架横梁7，加载框架横梁7设置在两个加载框架立柱6之间，使得加载框架2呈H型；加载框架立柱6的底部与反力槽道10相固定；预应力混凝土试验梁1上设置有试验力分配横梁5，试验力分配横梁5上设置有液压千斤顶3，在试验力分配横梁5和液压千斤顶3之间设置有精密测力传感器4；液压千斤顶3通过精密测力传感器4和试验力分配横梁5将力传递到预应力混凝土试验梁1上；液压千斤顶3固定在加载框架横梁7的下表面。
所述的液压千斤顶3与加载控制模块相连接，加载控制模块用于控制液压千斤顶3的加载和升降，并保证同步加载。所述的加载控制模块包括油泵、管路和计算机控制系统，计算机控制系统控制油泵供油，油泵通过管路与液压千斤顶3相连接。
所述的加载框架2中的加载框架立柱6、加载框架横梁7通过加固三角支架连接，具体的采用Q235B钢板焊接而成；
步骤(4).在预应力混凝土试验梁1上布置混凝土应变测点18、钢筋应变测点20和挠度测点19，并在各个测点上设置传感器，传感器将各个测点采集到的数据发送到计算机测试分析系统上；
所述的混凝土应变测点18在预应力混凝土试验梁1上有30个采集点；钢筋应变测点20在预应力混凝土试验梁1上有2个采集点；挠度测点19在预应力混凝土试验梁1上有10个采集点；
所述的计算机测试分析系统包括RS-QL06E系列桥梁及结构应力检测系统和DH3815N静态应力应变测试分析系统；RS-QL06E系列桥梁及结构应力检测系统采集混凝土应变测点18和挠度测点19数据，DH3815N静态应力应变测试分析系统采集钢筋应变测点20数据。
如图1和图5所示，预应力混凝土试验梁1的混凝土应变测点18、挠度测点19和钢筋应变测点20如下：混凝土应变测点18在跨中截面和四分点的顶面、中性轴和底面对称布置，在离支座8半梁高距离的中性轴位置布置成应变花；挠度测点19在跨中截面、四分点截面和端点截面对称布置；钢筋应变测点20在预应力混凝土试验梁1跨中截面的最外侧纵向受力钢筋上对称布置。
步骤(5).试验加载分为线性阶段和非线性阶段。
5-1.线性阶段：加载至预应力混凝土试验梁1开裂荷载；线性阶段的挠度较小，用5cm量程的数码位移传感器记录，在预应力混凝土试验梁1的跨中截面、四分点截面和梁端截面分别布置数码位移传感器，且每个截面两侧同时布置有数码位移传感器，梁端截面的数码位移传感器用于记录支座沉降位移；混凝土应变测点18采用数码应变传感器，布置在预应力混凝土试验梁1的跨中截面、四分点截面和梁端截面的混凝土表面。
5-2.非线性阶段：加载至预应力混凝土试验梁1从开始出现开裂到预应力混凝土试验梁1破坏；预应力混凝土试验梁1的应变为平均应变，挠度呈大挠度和几何非线性趋势；在预应力混凝土试验梁1跨中底板纵向钢筋处凿开，并将钢筋应变片粘贴在钢筋表面。将预应力混凝土试验梁1跨中截面的数码应变传感器用大量程应变测量装置替代；大量程应变测量装置包括铜管套筒、顶杆、千分表、顶块、锁紧螺帽、底座螺杆和塑料底座；顶杆上的顶块与千分表接触；顶杆和千分表均穿过一个铜管套筒，用铜管套筒上方的锁紧螺帽固定；塑料底座与铜管套筒通过底座螺杆相固定，塑料底座粘贴在预应力混凝土试验梁的表面；事先做好标距，两塑料底座中心间的距离应在30cm以上。使用裂缝观测仪观测裂缝宽度，若裂缝宽度超过裂缝观测仪量程，则先用薄铝片在裂缝两侧做好标距，并使用游标卡尺量测；使用拉线式位移计测量预应力混凝土试验梁1跨中和四分点的挠度。
步骤(6).当液压千斤顶3的油缸达到最大行程时，如图2所示，同时只保持液压千斤顶32和34受力而使预应力混凝土试验梁1挠度保持不变，然后使液压千斤顶31和33油缸上升，在试验力分配横梁5上垫上平整钢板，以增加油缸行程。同理，再仅保持液压千斤顶31和33受力而维持预应力混凝土试验梁1挠度不变，使液压千斤顶32和34油缸上升，在试验力分配横梁5上垫上平整钢板；慢慢将各液压千斤顶荷载调整到原油缸最大行程时荷载，并继续加载直至结构破坏。
所述的破坏试验仪器的具体型号和数量如表1所示：
表1 破坏试验主要仪器汇总
| 序号 | 名称 | 型号 | 规格 | 数量 |
| 1 | 精密测力传感器 | JY-2000 | 200t，直径150mm | 4 |
| 2 | 桥梁及结构应力检测系统 | RS-QL06E系列 | 1 | |
| 3 | 静态应力应变测试分析系统 | DH3815N | 1 | |
| 4 | 数码应变传感器 | HY-65B3000 | ±1500με | 30 |
| 5 | 数码位移传感器 | HY-65050F | 量程50mm | 10 |
| 6 | 裂缝观测仪 | DJCK-2 | 测量范围：0-2mm | 1 |
| 7 | 拉线式位移计 | PLD-30-A/V/R | 测量行程：1400mm | 6 |
| 8 | 千分表 | 测量范围：0-10mm | 6 |
Claims (6)
1.一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验的测试方法，其特征在于包括步骤如下：
步骤(1).根据预应力混凝土试验梁的极限受力情况，配置两个试验临时墩的受力钢筋和局部承压钢筋网，并在常温温度和湿度下养护28天，保证试验临时墩的强度和稳定性；然后预制好的试验临时墩吊装至试验场地指定位置；
步骤(2).在预应力混凝土试验梁安装之前清理试验临时墩顶面杂物，测量放样出支座的中心，将支座安装在试验临时墩上；通过支座的横轴线，用墨线弹出预应力混凝土试验梁的梁边线，并检查支座顶面，确保高程无误；然后使用大型吊机将预应力混凝土试验梁移至试验临时墩上，且确保预应力混凝土试验梁的位置与弹出的梁边线相对应；
步骤(3).吊运和安装加载框架，将两对加载框架安装在预应力混凝土试验梁跨径的三分之一处；加载框架包括加载框架立柱、加载框架横梁，加载框架横梁设置在两个加载框架立柱之间，使得加载框架呈H型；加载框架立柱的底部与反力槽道相固定；预应力混凝土试验梁上设置有试验力分配横梁，试验力分配横梁上设置有液压千斤顶，在试验力分配横梁和液压千斤顶之间设置有精密测力传感器；液压千斤顶通过精密测力传感器和试验力分配横梁将力传递到预应力混凝土试验梁上；液压千斤顶固定在加载框架横梁的下表面；
所述的液压千斤顶与加载控制模块相连接，加载控制模块用于控制液压千斤顶的加载和升降，并保证同步加载；
步骤(4).在预应力混凝土试验梁上布置混凝土应变测点、钢筋应变测点和挠度测点，并在各个测点上设置传感器，传感器将各个测点采集到的数据发送到计算机测试分析系统上；
所述的混凝土应变测点在预应力混凝土试验梁上有30个采集点；钢筋应变测点在预应力混凝土试验梁上有2个采集点；挠度测点在预应力混凝土试验梁上有10个采集点；
步骤(5).试验加载分为线性阶段和非线性阶段；
5-1.线性阶段：加载至预应力混凝土试验梁开裂荷载；线性阶段的挠度较小，用5cm量程的数码位移传感器记录，在预应力混凝土试验梁的跨中截面、四分点截面和梁端截面分别布置数码位移传感器，且每个截面两侧同时布置有数码位移传感器，梁端截面的数码位移传感器用于记录支座沉降位移；混凝土应变测点采用数码应变传感器，布置在预应力混凝土试验梁的跨中截面、四分点截面和梁端截面的混凝土表面；
5-2.非线性阶段：加载至预应力混凝土试验梁从开始出现开裂到预应力混凝土试验梁破坏；预应力混凝土试验梁的应变为平均应变，挠度呈大挠度和几何非线性趋势；在预应力混凝土试验梁跨中底板纵向钢筋处凿开，并将钢筋应变片粘贴在钢筋表面；将预应力混凝土试验梁跨中截面的数码应变传感器用大量程应变测量装置替代；使用裂缝观测仪观测裂缝宽度，若裂缝宽度超过裂缝观测仪量程，则先用薄铝片在裂缝两侧做好标距，并使用游标卡尺量测；使用拉线式位移计测量预应力混凝土试验梁1跨中和四分点的挠度；
步骤(6).当液压千斤顶的油缸达到最大行程时，同时只保持两个内侧液压千斤顶(32、34)受力而使预应力混凝土试验梁挠度保持不变，然后使两个外侧液压千斤顶(31、33)油缸上升，在试验力分配横梁上垫上平整钢板，以增加油缸行程；同理，再仅保持两个外侧液压千斤顶(31、33)受力而维持预应力混凝土试验梁挠度不变，使两个内侧液压千斤顶(32、34)油缸上升，在试验力分配横梁上垫上平整钢板；慢慢将各液压千斤顶荷载调整到原油缸最大行程时荷载，并继续加载直至结构破坏。
2.根据权利要求1所述的一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验的测试方法使用的试验装置，其特征在于包括加载装置、大量程应变测量装置；加载装置包括加载框架、液压千斤顶、精密测力传感器、试验力分配横梁、支座、试验临时墩和反力槽道；大量程应变测量装置包括铜管套筒、顶杆、千分表、顶块、锁紧螺帽、底座螺杆和塑料底座；在预应力混凝土试验梁下设置两个试验临时墩；预应力混凝土试验梁与试验临时墩之间通过支座相连接；在预应力混凝土试验梁的跨径三分之一处对称设置两对加载框架，加载框架包括加载框架立柱、加载框架横梁，加载框架横梁设置在两个加载框架立柱之间，使得加载框架呈H型；加载框架立柱的底部与反力槽道相固定；
预应力混凝土试验梁上设置有试验力分配横梁，试验力分配横梁上设置有液压千斤顶，在试验力分配横梁和液压千斤顶之间设置有精密测力传感器；液压千斤顶通过精密测力传感器和试验力分配横梁将力传递到预应力混凝土试验梁上；液压千斤顶固定在加载框架横梁的下表面；
所述的大量程应变测量装置包括铜管套筒、顶杆、千分表、顶块、锁紧螺帽、底座螺杆和塑料底座；顶杆上的顶块与千分表接触；顶杆和千分表均穿过一个铜管套筒，用铜管套筒上方的锁紧螺帽固定；塑料底座与铜管套筒通过底座螺杆相固定，塑料底座粘贴在预应力混凝土试验梁的表面；事先做好标距，两塑料底座中心间的距离在30cm以上。
3.如权利要求1所述的一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验的测试方法，其特征在于步骤(3)所述的加载控制模块包括油泵、管路和计算机控制系统，计算机控制系统控制油泵供油，油泵通过管路与液压千斤顶相连接。
4.如权利要求1所述的一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验的测试方法，其特征在于步骤(3)所述的加载框架中的加载框架立柱、加载框架横梁通过加固三角支架连接，具体的采用Q235B钢板焊接而成。
5.如权利要求1所述的一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验的测试方法，其特征在于步骤(4)所述的计算机测试分析系统包括RS-QL06E系列桥梁及结构应力检测系统和DH3815N静态应力应变测试分析系统；RS-QL06E系列桥梁及结构应力检测系统采集混凝土应变测点和挠度测点数据，DH3815N静态应力应变测试分析系统采集钢筋应变测点数据。
6.如权利要求1所述的一种预应力混凝土板梁大挠度破坏试验的测试方法，其特征在于步骤(4)所述的预应力混凝土试验梁的混凝土应变测点、挠度测点和钢筋应变测点具体设置如下：混凝土应变测点在跨中截面和四分点的顶面、中性轴和底面对称布置，在离支座半梁高距离的中性轴位置布置成应变花；挠度测点在跨中截面、四分点截面和端点截面对称布置；钢筋应变测点在预应力混凝土试验梁跨中截面的最外侧纵向受力钢筋上对称布置。
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