CN105158092B - 桥面板疲劳寿命测试装置及测试方法 - Google Patents

桥面板疲劳寿命测试装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桥面板疲劳寿命测试装置及测试方法,其中疲劳寿命测试装置包括反力钢架柱,左右相对设置,固定于地面或测试底座上;反力钢架梁,至少为两个,其两端分别固定于反力钢架柱上,沿竖直方向上平行设置,反力钢架梁上间隔设置若干连接锚栓;若干个电液压千斤顶,其中一组电液压千斤顶的底座与锚栓固定连接,伸缩部与夹持钢梁螺接,另一组电液压千斤顶的底座与反力钢架柱固定连接;作动器,安装于作动器底座上,所述作动器底座固定于地面或测试底座上;作动器与电液压伺服控制端连接。本发明采用新型结构以及处理方式,可模拟桥面板的初始预压应变;采用电液压伺服技术,可进行单向疲劳荷载加载,能够更真实的反应桥面板的受力状态。

Description

桥面板疲劳寿命测试装置及测试方法
技术领域
[0001] 本发明属于桥梁工程领域,尤其是一种桥面板疲劳寿命测试装置及测试方法。
背景技术
[0002] 桥面板顶板是桥梁中直接受到车辆荷载作用的构件,桥面板的疲劳特性关乎桥梁 的安全与使用寿命,必须对桥面板顶板进行相应的疲劳特征试验以确定其性能。斜拉桥是 一种传统的大跨度预应力桥梁,通过拉索的张拉来承担桥面传递的荷载。
[0003] 如图1所示,与其它类型桥梁比较,由于斜拉索中预应力的作用,桥梁(箱型梁)中 存在初始的纵向压应变。从图2中可见箱型梁的结构构造,桥面板端部与箱型梁的肋板是焊 接在一起的,因此在桥面板上也会产生相应的应力应变变化,桥面板受到由拉索作用而产 生如图3所示的变形。从变形特征可以看出,压应变从桥面板两侧向中间逐渐减小,且由于 纵向肋的作用,纵向肋处的刚度是一个增大的突变,因而在纵向肋处应力应变的分布特征 会发生突变,在纵向肋处可能产生横向的拉应变。
[0004] 传统的桥面板疲劳试验将桥面板模型进行缩尺,并且,以一端悬臂承受荷载来模 拟桥面板的受力过程,疲劳荷载采用低频率偏心轮的方式进行加载。这种试验方法存在以 下缺点:
[0005] (1)缩尺后由于尺寸效应,模型与实际桥面板的刚度存在较大差异,应力-应变关 系不一致。
[0006] (2)在筒周循环是以应力控制,低周循环是以应变和变形共同控制,缩尺后应变 与变形的关系发生变化,试验的真实性存在出入,可信度不高。
[0007] (3)桥面板在实际受力过程中,是两端焊接在肋板上的,并非悬臂构件,因而进行 悬臂试验会导致板面上的应力分布与实际分布不符。
[0008] (4)实际的车辆荷载是单向的脉冲荷载,应力比R=〇,而传统试验方法所用偏心轮 产生的荷载为交变荷载,应力比R=l,二者的应力疲劳特征差异较大,为应力比的极小值和 极大值,试验不能真实反映桥面板的疲劳寿命。
[0009] (5)传统试验采用喷水法进行裂缝产生的观测,以此来确定疲劳寿命,但是该方 法人为因素过多,试验的准确性不高。
[0010] ⑹无法对桥面板端部施加纵向的预压应变。
发明内容
[0011]发明目的:一个目的是提供一种桥面板疲劳寿命测试装置,以解决现有技术存在 的上述问题。
[0012] 技术方案:一种桥面板疲劳寿命测试装置,
[0013] 反力钢架柱,左右相对设置,固定于地面或测试底座上;
[0014]反力钢架梁,至少为两个,其两端分别固定于反力钢架柱上,沿竖直方向上平行设 置,反力钢架梁上间隔设置若干连接锚栓;
[0015] 若干个电液压千斤顶,其中一组电液压千斤顶的底座与锚栓固定连接,伸缩部与 夹持钢梁螺接,另一组电液压千斤顶的底座与反力钢架柱固定连接;
[0016] 作动器,安装于作动器底座上,所述作动器底座固定于地面或测试底座上;所述作 动器与电液压伺服控制端连接。
[0017] 进一步的,所述反力钢架柱和/或反力钢架梁上设置有加劲肋。所述夹持钢梁为宽 翼缘加劲H型钢。位于下方的反力钢架梁通过锚栓固定于地面。所述夹持钢梁、反力钢架梁 和反力钢架柱的材质为Q345。
[0018]提供一种桥面板疲劳寿命测试方法,包括如下步骤:
[0019]步骤1 •制作桥面板疲劳测试装置,组装反力钢架梁、反力钢架柱,以及位于下方 的电液压千斤顶和夹持钢梁;
[0020] 步骤2.将桥面板试件吊装到指定的位置,在桥面板上布置应变片,在裂缝观测处 布置用于磁粉探伤的电极并铺洒磁粉,安装位于上部的电液压千斤顶和夹持钢梁;
[0021] 步骤3 .调试位于下部的电液压千斤顶,随桥面板调平,安装作动器底座和作动 器;
[0022] 步骤4.调节位于上部的电液压千斤顶,使夹持钢梁夹持桥面板的纵向肋,控制纵 向肋腹板的弹性形变;
[0023] 步骤5.开启桥面板两端的电液压千斤顶,对纵向肋施压;
[0024] 步骤6.通过电液压伺服控制端向作动器输入脉冲信号,进行疲劳荷载加载;
[0025]步骤7.观察各观测点的裂缝开展情况,通过电液压伺服控制端输出最终的循环 次数、荷载特征,通过布置在试件上的应变片来计算破坏点处的应力特征。
[0026]在步骤2中,铺洒磁粉于桥面板上,磁粉的位置包括纵向肋的端部、纵向肋与横向 肋的交界处以及桥面板的跨中。在步骤6中,加载频率为10〜20Hz。
[0027]有益效果:本发明采用新型结构以及处理方式,可模拟桥面板的初始预压应变;采 用电液压伺服技术,可进行单向疲劳荷载加载,能够更真实的反应桥面板的受力状态;本发 明可使用足尺寸模型,真实反应桥面板的刚度、应力的力学特征以及实际工程中的焊接、材 料和制作的缺陷。
附图说明
[0028]图1是斜拉桥预应力作用示意图。
[0029]图2是钢箱梁的结构示意图。
[0030]图3是桥面板顶板的结构及受力后的变形的结构示意图。
[0031]图4是本发明桥面板疲劳寿命测试装置的平面图。
[0032]图5是沿图4中A-A方向的剖视图。
[0033]图6是沿图4中B-B方向的剖视图。
具体实施方式
[0034]如图4所示,本发明的桥面板疲劳寿命测试装置主要包括反力钢架柱1、反力钢架 梁2、夹持钢梁3、电液压千斤顶4、作动器5和电液压伺服控制端6。其中,反力钢架柱1左右 相对设置,可固定于地面或测试底座上。反力钢架梁2的数量至少为两个,钢架梁的两端分 别固定于反力钢架柱上,沿竖直方向上平行设置,一组位于反力钢架梁上间隔设置若干连 接锚栓。电液压千斤顶4为若干组,其中一组电液压千斤顶的底座与锚栓固定连接,伸缩部 与夹持钢梁3螺接,另一组电液压千斤顶的底座与反力钢架柱固定连接。每组电液压千斤顶 的数量根据需要设定。作动器5安装于作动器底座7上,所述作动器底座固定于地面或测试 底座上;作动器与电液压伺服控制端6连接。
[0035]在使用时,加持钢梁和液压千斤顶将试件夹持固定后,采用作动器对试件进行荷 载加载。本发明桥面板疲劳寿命测试采用了新的设计思路,可以采用足尺寸模型进行试验, 因此可以更加真实地反应桥面板的刚度、应力的力学特征以及实际工程中的焊接、材料和/ 或制作缺陷。通过新型的加载架和处理方式,可以模拟桥面板的初始预压应变。采用电液压 伺服技术进行单向疲劳荷载加载,能够更加真实地反应桥面板的受力状态。
[0036] 在上述实施例中,桥面板上设置有应变片,在裂缝观测处布置磁粉探伤电极并铺 洒磁粉,例如在纵向肋的端部、纵向肋和横向肋的交界处,以及桥面板的跨中。通过磁粉探 伤的方式,能够更加清晰和方便地观察裂纹开展情况。
[0037]在进一步的实施例中,反力钢架柱和/或反力钢架梁上设置有加劲肋。夹持钢梁为 宽翼缘加劲H型钢。位于下方的反力钢架梁通过锚栓固定于地面。夹持钢梁、反力钢架梁和 反力钢架柱的材质为Q345。反力刚架柱1的截面为HW600 X 450 X 20 X 25,间隔300mm设置横 向加劲肋;反力刚架梁的截面为HW500 X 300 X 18 X 20,间隔200mm设置加劲肋。反力刚架梁2 的底部通过锚栓固定在硬质混凝土地面上。反力刚架梁2的内侧翼缘上间隔500mm焊接一组 连接锚栓,用于安装电液压千斤顶。夹持钢梁3为宽翼缘加劲H形钢,采用Q345材质钢材,与 电液压千斤顶4通过螺栓连接。夹持钢梁3与桥面板之间涂抹一层机油。安装在反力刚架梁 的锚栓上的电液压千斤顶的额定最大压力为200t,最大伸处长度为0.5m。通过螺栓连接在 反力刚架柱上的液压千斤顶的最大额定压力为500t,最大伸长为lm。
[0038]为便于裂缝观察,将试验桥面板构件倒置在实验装置上,桥面板纵向肋的被两端 的夹持钢梁3夹持。
[0039]更进一步的,提供一种桥面板疲劳寿命测试方法,包括如下步骤:
[0040]步骤1.制作桥面板疲劳测试装置,组装反力钢架梁、反力钢架柱,以及位于下方 的电液压千斤顶和夹持钢梁;
[0041]步骤2.将桥面板试件吊装到指定的位置,在桥面板8上布置应变片,在裂缝观测 处布置用于磁粉探伤的电极并铺洒磁粉,安装位于上部的电液压千斤顶和夹持钢梁;磁粉 的位置包括纵向肋9的端部、纵向肋与横向肋10的交界处以及桥面板的跨中。
[0042]步骤3 .调试位于下部的电液压千斤顶,随桥面板调平,安装作动器底座和作动 器;
[0043]步骤4.调节位于上部的电液压千斤顶,使夹持钢梁夹持桥面板的纵向肋,控制纵 向肋腹板的弹性形变;一般的,不超过屈服变形的5%;
[0044]步骤5.开启桥面板两端的固定于反力钢架柱上的电液压千斤顶,对纵向肋施压; 根据位移传感器的数据,控制预压应变与桥梁工程实际相等;
[0045]步骤6.施加到指定的位移之后,保持桥面板两端的电液压千斤顶的位移不变,通 过电液压伺服控制端向作动器输入脉冲信号,进行疲劳荷载加载;低周疲劳通过位移控制 加载、高周疲劳通过荷载控制加载。荷载的加载频率为10〜20Hz。
[0046]步骤7.观察各观测点的裂缝开展情况,通过电液压伺服控制端输出最终的循环 次数、荷载特征,通过布置在试件上的应变片来计算破坏点处的应力特征。当出现满足要求 的裂缝时,停止加载。
[0047]在试验过程中,通过液压千斤顶B对桥面板的纵向肋施加预压应变,同时液压千斤 顶和夹持钢梁对纵向肋上下施加压力,进行夹持,防止纵向肋发生挠曲和失稳。由于夹持钢 管与桥面板间涂抹机油,因而夹持作用不会影响预压应变的施加。加载到指定应变后,保持 液压千斤顶的压力,作动器通过电液压伺服控制端来输入模拟荷载,进行试验。
[0048]以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这 些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1. 一种桥面板疲劳寿命测试装置,其特征在于, 反力钢架柱(1),左右相对设置,固定于地面或测试底座上; 反力钢架梁(2),至少为两个,其两端分别固定于反力钢架柱上,沿竖直方向上平行设 置,反力钢架梁上间隔设置若干连接锚栓; 若干个电液压千斤顶(4),其中一组电液压千斤顶的底座与锚栓固定连接,伸缩部与夹 持钢梁(3)螺接,另一组电液压千斤顶的底座与反力钢架柱固定连接; 作动器(5),安装于作动器底座⑺上,所述作动器底座固定于地面或测试底座上;所述 作动器与电液压伺服控制端(6)连接; 所述反力钢架柱和/或反力钢架梁上设置有加劲肋; 所述夹持钢梁为宽翼缘加劲H型钢; 位于下方的反力钢架梁通过锚栓固定于地面; 所述夹持钢梁、反力钢架梁和反力钢架柱的材质为Q345; 底座与反力钢架柱固定连接的桥面板两端的电液压千斤顶⑷,对纵向肋施压; 夹持钢梁⑶夹持桥面板纵向肋。
2. —种桥面板疲劳寿命测试方法,其特征在于,采用权利要求1所述的桥面板疲劳寿命 测试装置, 所述方法包括如下步骤: 步骤1.制作桥面板疲劳测试装置,组装反力钢架梁、反力钢架柱,以及位于下方的电液 压千斤顶和夹持钢梁; 步骤2.将桥面板试件吊装到指定的位置,在桥面板上布置应变片,在裂缝观测处布置 用于磁粉探伤的电极并铺洒磁粉,安装位于上部的电液压千斤顶和夹持钢梁; 步骤3.调试位于下部的电液压千斤顶,随桥面板调平,安装作动器底座和作动器; 步骤4.调节位于上部的电液压千斤顶,使夹持钢梁夹持桥面板的纵向肋,控制纵向肋 腹板的弹性形变; 步骤5.开启桥面板两端的电液压千斤顶,对纵向肋施压; 步骤6.通过电液压伺服控制端向作动器输入脉冲信号,进行疲劳荷载加载; 步骤7.观察各观测点的裂缝开展情况,通过电液压伺服控制端输出最终的循环次数、 荷载特征,通过布置在试件上的应变片来计算破坏点处的应力特征;在步骤2中,铺洒磁粉 于桥面板上,磁粉的位置包括纵向肋的端部、纵向肋与横向肋的交界处以及桥面板的跨中; 在步骤6中,加载频率为10〜20Hz。
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