CN107655755B - 一种拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拉索‑索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，先在索体上安装试验索夹和预紧高强螺栓，其中在高强螺栓下安设紧固压力传感器监测高强螺栓紧固力；然后张拉拉索至设计索力；然后静置至高强螺栓紧固力衰减稳定，以制动索夹为制动点，采用千斤顶顶推试验索夹的主体，同步监测高强螺栓紧固力、千斤顶顶推力和索夹滑移量，直至索夹明显滑移，测得索夹抗滑承载力。该试验方法是精细化的试验，试验过程符合实际施工过程，充分考虑了索力增加、高强螺栓应力松弛、索体蠕变及其时间效应对索夹抗滑承载力的影响，并根据顶推力‑滑移量曲线明确索夹抗滑承载力，再结合高强螺栓的有效紧固力推算出索体和索夹间的综合摩擦系数。

Description

一种拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法
技术领域
本发明涉及空间索结构技术领域，尤其涉及一种拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法。
背景技术
索结构是由拉索作为主要受力构件而形成的预应力结构体系，大量应用于大跨桥梁和房屋建筑。拉索一般采用高强钢丝构成的钢绞线、钢丝绳、钢丝束，具有高强、轻质、抗疲劳强度高、柔韧性好等优点。索结构中的索夹作为夹持住索体的连接节点，一般由主体、压盖板和高强螺栓组成。主体和压盖板中设有索孔槽道；高强螺栓连接主体和压盖板，通过对高强螺栓施加预紧力，使主体和压盖板紧压索体，产生足够的摩擦力抵抗不平衡索力。《索结构技术规程》(JGJ25712)中要求：索体在索夹中不应滑移，索夹与索体之间的摩擦力应大于索夹两侧索体的索力之差。
在索结构工程中，索夹抗滑移问题贯穿于结构的设计、施工和正常使用各个阶段，备受技术人员的关注。若索夹无法提供足够的抗滑承载力，不仅会改变相连构件的空间位形，而且会改变结构性能，甚至可能造成安全事故。
以张弦梁结构为例，撑杆下节点即索夹，是撑杆与下弦索的交汇点，是拉索将拉力转换为对上部梁支承力的关键节点。若索夹与拉索之间产生滑移，会导致结构几何尺寸发生变化，结构将产生较大的预应力损失，进而对结构的整体稳定和承载力等结构性能产生不利影响。
索夹抗滑承载力取决于索体与索夹之间的摩擦系数和夹紧力，其中夹紧力就是高强螺栓的有效紧固力。影响高强螺栓有效紧固力的主要因素为：预紧力值、高强螺栓自身应力松弛和在压力下索体直径的变化。高强螺栓预紧力是施工拧紧高强螺栓在螺杆中产生的拉力，是影响紧固力的直接因素。预紧力越大，经过自身应力松弛和索径变化后，剩余的高强螺栓有效紧固力越大，反之越少；高强螺栓的拉力随着时间会发生应力松弛现象，导致高强螺栓预紧力的损失。由高强螺栓拉力转化而来的索夹压力，导致索体直径减小，另外由于泊松效应，拉索的轴向拉伸引起索体直径减小，这些都导致高强螺栓有效紧固力减小，从而降低了索夹的抗滑承载力。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，能够实时精确测定高强螺栓紧固力，绘制出高强螺栓紧固力-时间、索夹滑移量-顶推力的关系曲线，确定索夹抗滑移极限承载力，并推算出索体和索夹间的综合摩擦系数。
技术方案：本发明的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，包括以下步骤：
(1)在索体上安装试验索夹，对试验索夹上的高强螺栓施拧，使其达到设计预紧力(该设计预紧力为设计规范规定的值或者设计人员提出的值，为试验前已知的要求值)，形成拉索-索夹组装件；
(2)将拉索-索夹组装件静置，同时监测高强螺栓紧固力衰减情况并进行数据采集，直至高强螺栓紧固力衰减稳定；
(3)分级张拉拉索至设计索力(该设计索力也为试验前已知的要求值)，该操作为了考虑拉索索力增加后索体直径减小对拉索-索夹组装件抗滑移承载力的影响；
(4)拉索张拉完成且维持设计索力，将拉索-索夹组装件静置，同时监测高强螺栓紧固力并进行数据采集，直至高强螺栓紧固力衰减稳定；
步骤(2)和步骤(4)中将拉索-索夹组装件静置，是考虑到高强螺栓存在自身应力松弛的时间效应以及索体和索夹受挤压后蠕变的时间效应对拉索-索夹组装件抗滑移承载力的影响。
(5)在索体上与试验索夹相隔安装制动索夹并紧固其高强螺栓(间隔距离能安放后续的顶推千斤顶、顶推压力传感器和垫板)；
(6)在试验索夹与制动索夹之间，在索体两侧安设并联式双千斤顶；
(7)同步操作双千斤顶，进行分级顶推加载试验索夹主体，顶推千斤顶的顶推力直接且仅作用在试验索夹的主体上，是为了充分考虑索夹在实际使用过程中，外力直接作用在索体主体上，从而索夹两侧产生不平衡索力，再同时监测千斤顶顶推力、试验索夹高强螺栓的紧固力、试验索夹的滑移量(包括索夹主体和盖板相对索体的滑移量)，并进行数据采集；
(8)待试验索夹滑移量明显迅速增加，则停止顶推，卸除试验装置；
(9)处理试验数据，通过绘制顶推力-滑移量曲线，确定试验索夹的抗滑移极限承载力，并根据监测所得的高强螺栓有效紧固力(该有效紧固力是高强螺栓初拧后，经过一系列试验过程，发生应力松弛后的剩余紧固力，这个紧固力是最终顶推滑移时有效夹紧索体的力)，计算出索体和索夹之间的综合摩擦系数，即抗滑移极限承载力与高强螺栓有效紧固力之比。
其中，步骤(1)需要在拉索无应力或者预张力状态下进行。
在步骤(1)完成后，在试验索夹的高强螺栓上安设用于测量高强螺栓紧固力大小的紧固压力传感器，并连接数据采集系统，保证高强螺栓在施拧时达到设计预紧力，并对试验索夹高强螺栓的紧固力进行实时监测。
进一步，在步骤(6)中安装千斤顶后，在千斤顶和试验索夹之间安设用于测量千斤顶顶推力大小的顶推压力传感器，并连接数据采集系统。
同时，在顶推压力传感器与千斤顶之间安设垫板。
在步骤(7)操作之前，在索体上安设用于测量索夹主体和压盖板相对索体滑移量的位移计，并连接数据采集系统，安装时，安装两个，且这两个位移计固定在索体上，顶针分别抵住试验索夹的主体和压盖板，伸缩方向与索体平行，在顶推加载时，同时监测试验索夹的主体和压盖板相对索体的滑移量。
进一步的，所述步骤(7)中所述分级顶推加载为采用先大后小的加载制度，当索夹开始出现微小位移时，改成小荷载分级加载，根据对索夹抗滑移承载力的预估，选择合适的分级加载值。
进一步的，所述数据采集系统为利用标定过的数据采集设备对高强螺栓紧固力、千斤顶顶推力和索夹滑移量进行实时监测。
进一步的，所述制动索夹的抗滑移承载力应大于试验索夹的抗滑移承载力
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：该试验方法是精细化的试验，试验过程符合实际施工过程，充分考虑了索力增加、高强螺栓应力松弛、索体蠕变及其时间效应对索夹抗滑承载力的影响，并根据顶推力-滑移量曲线明确索夹抗滑承载力，再结合高强螺栓的有效紧固力推算出索体和索夹间的综合摩擦系数。
附图说明
图1为实现本发明的拉索-索夹组装件抗滑移承载力试验方法的试验装置结构示意图；
图2为本发明步骤(1)中在索体上安装试验索夹的示意图；
图3为本发明步骤(1)中对高强螺栓施拧的示意图；
图4为本发明步骤(3)中分级张拉拉索的示意图；
图5为本发明步骤(5)中在索体上安装制动索夹并紧固其高强螺栓的示意图；
图6为本发明在索体两侧安设并联式双千斤顶及垫板的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示为本发明实施例中拉索-索夹组装件抗滑移承载力试验方法所用装置的结构示意图，包括拉索1、试验索夹2、制动索夹3、千斤顶4、位移计5、顶推压力传感器6、紧固压力传感器7和拉索张拉装置8。其中，试验索夹2和制动索夹3通过高强螺栓9夹持在拉索1的索体上，试验索夹2上的每个高强螺栓9设置紧固压力传感器7，用于实时监测螺栓紧固力变化。千斤顶4置于试验索夹2和制动索夹3之间，在千斤顶4和试验索夹2之间放置顶推压力传感器6，位移计5通过磁性支座放置在拉索1的索体上，测量试验索夹2与拉索1的相对位移。具体实施步骤为：
(1)如图2所示，在拉索1无应力或预张力状态下，在索体上安装试验索夹2，在试验索夹2的高强螺栓9上设置紧固压力传感器7，并将其与数据采集系统连接，如图3所示，按照设计预紧力对高强螺栓9施拧，形成拉索-索夹组装件；
(2)将拉索-索夹组装件静置一段时间，同时监测高强螺栓9紧固力衰减情况，直至高强螺栓9紧固力稳定；
(3)如图4所示，分级张拉拉索1至设计索力；
(4)完成拉索1张拉且维持设计索力，将拉索-索夹组装件静置一段时间，同时监测高强螺栓9紧固力，直至高强螺栓9紧固力衰减稳定；
(5)如图5所示，在拉索1的索体上与试验索夹2相隔一段距离，安装制动索夹3并紧固其高强螺栓9；
(6)如图6所示，在拉索上安放位移计5，用以监测试验索夹主体10和压盖板11相对索体的滑移量，并将位移计5与数据采集系统连接，安装时，安装两个，且这两个位移计固定在索体上，顶针分别抵住试验索夹的主体和压盖板，伸缩方向与索体平行；在试验索夹2与制动索夹3之间，在索体1两侧安设并联式双千斤顶4、顶推压力传感器6和垫板12，并将顶推压力传感器6与数据采集系统连接；
(7)同步操作双千斤顶4，进行分级顶推加载，同时监测千斤顶4顶推力、试验索夹2的高强螺栓紧固力和试验索夹的滑移量(顶推滑移量)；
(8)待顶推滑移量明显迅速增加，则停止顶推，卸除试验装置；
(9)处理试验数据，通过绘制顶推力-滑移量曲线，确定试验索夹2的抗滑移极限承载力，并根据监测所得的高强螺栓9有效紧固力，计算出索体和索夹之间的综合摩擦系数，即抗滑移极限承载力与高强螺栓有效紧固力之比。

Claims (9)

1.一种拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在索体上安装试验索夹，对试验索夹上的高强螺栓施拧，使其达到设计预紧力，形成拉索-索夹组装件；
(2)将拉索-索夹组装件静置，同时监测高强螺栓紧固力衰减情况并进行数据采集，直至高强螺栓紧固力衰减稳定；
(3)分级张拉拉索至设计索力；
(4)拉索张拉完成且维持设计索力，将拉索-索夹组装件静置，同时监测高强螺栓紧固力并进行数据采集，直至高强螺栓紧固力衰减稳定；
(5)在索体上与试验索夹相隔安装制动索夹并紧固其高强螺栓；
(6)在试验索夹与制动索夹之间，在索体两侧安设并联式双千斤顶；
(7)同步操作双千斤顶，进行分级顶推加载试验索夹主体，同时监测千斤顶顶推力、试验索夹高强螺栓的紧固力和试验索夹的滑移量，并进行数据采集；
(8)待试验索夹滑移量明显迅速增加，则停止顶推；
(9)处理试验数据，通过绘制顶推力-滑移量曲线，确定试验索夹的抗滑移极限承载力，并根据监测所得的高强螺栓有效紧固力，该有效紧固力是高强螺栓初拧后，经过一系列试验过程，发生应力松弛后的剩余紧固力，是最终顶推滑移时有效夹紧索体的力，计算出索体和索夹之间的综合摩擦系数，即抗滑移极限承载力与高强螺栓有效紧固力之比。
2.根据权利要求1所述的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于：步骤(1)需要在拉索无应力或者预张力状态下进行。
3.根据权利要求1所述的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于：步骤(1)在试验索夹的高强螺栓上安设用于测量高强螺栓紧固力大小的紧固压力传感器，并连接数据采集系统。
4.根据权利要求1所述的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于：步骤(6)中安装千斤顶后，在千斤顶和试验索夹之间安设用于测量千斤顶顶推力大小的顶推压力传感器，并连接数据采集系统。
5.根据权利要求4所述的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于：在顶推压力传感器与千斤顶之间安设垫板。
6.根据权利要求1所述的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于：在步骤(7)操作之前，在索体上安设用于测量索夹主体和压盖板相对索体滑移量的位移计，并连接数据采集系统。
7.根据权利要求1所述的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于：步骤(7)中所述分级顶推加载为采用先大后小的加载制度，当索夹开始出现微小位移时，改成小荷载分级加载，根据对索夹抗滑移承载力的预估，选择合适的分级加载值。
8.根据权利要求3或4或6所述的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于：所述数据采集系统为利用标定过的数据采集设备对高强螺栓紧固力、千斤顶顶推力和索夹滑移量进行实时监测。
9.根据权利要求1所述的拉索-索夹组装件抗滑移承载力的试验方法，其特征在于：所述制动索夹的抗滑移承载力大于试验索夹的抗滑移承载力。
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