CN107884268A - 考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢管混凝土抗压徐变试验技术领域，具体是一种考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置。包括钢管初始应力加载装置和杠杆式混凝土徐变加载装置，钢管初始应力加载装置设置在刚性地基上，钢管初始应力加载装置内设置有安装有振弦式应变传感器的钢管混凝土试块，钢管初始应力加载装置设置在杠杆式混凝土徐变加载装置下侧，杠杆式混凝土徐变加载装置一端设置有可以施加加载力的结构，杠杆式混凝土徐变加载装置另一端通过可以调节长度的结构与地面连接。本发明各部件制造加工难度小，施工方便，可直接从施工现场选取材料加工，成本较低且安全可靠，推广应用价值较大，具有较好的应用前景。

Description

考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置
技术领域
[0001] 本发明属于钢管混凝土抗压徐变试验技术领域，具体是一种考虑钢管初始应力的 钢管混凝土徐变测试装置。
背景技术
[0002] 对于处于贵州等深山峡谷地区的大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥而言，采用传统 的支架施工法对劲性骨架拱桥进行施工存在诸多不便，因此，悬臂拼装法或劲性骨架法往 往成为首先或必选。其施工方法为先架设钢管骨架，等骨架施工完毕后，再依托劲性骨架灌 注混凝土，以此而形成钢管混凝土拱桥。在管内混凝土浇筑、形成强度并承担荷载前，钢管 已经开始承受荷载。相关学者此前的研究结果表明钢管承受初始应力的钢管混凝土结构的 徐变性能与常规钢管混凝土徐变有一定差异。而混凝土的徐变效应又与其受到的应力状态 相关，如何通过试验方法探讨钢管承受初始应力状态的钢管混凝土徐变性能是目前急需解 决的问题。在相关试验的基础上，精确确定大跨度钢管混凝土或劲性骨架混凝土拱桥的长 期变形，保证桥梁的安全性是目前桥梁学科需要解决的一个重要课题。
[0003] 目前相关学者对浇筑后的钢管混凝土结构，钢管和混凝土同时承受荷载的构件徐 变性能进行过大量的徐变试验研宄，得出了较多有益的结论，但目前尚未有一种可考虑钢 管初始应力状态下的钢管混凝土徐变试验测试装置。另外，针对常规的混凝土徐变试验方 法而言，主要有杠杆法、弹簧法、杠杆弹簧法和液压法等。其中杠杆法的配重主要采用缆索 将配重与加载梁连接到一起，但是对于大尺寸的配重块而言，采用吊装设备进行配重块的 加载时，试验装置的平衡性较难控制。弹簧加载法的主要缺点是需要随着时间变化逐渐增 加荷载，增加了较多的人力物力。除此以外，既有方法对于承受变化荷载的钢管混凝土结构 的应力施加较为困难。
发明内容
[0004]本发明为了解决上述现有技术和装置的不足，提供一种考虑钢管初始应力的钢管 混凝土徐变测试装置。
[0005]本发明采取以下技术方案:一种考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置， 包括钢管初始应力加载装置和杠杆式混凝土徐变加载装置，钢管初始应力加载装置设置在 刚性地基上，钢管初始应力加载装置内设置有安装有振弦式应变传感器的钢管混凝土试 块，钢管初始应力加载装置设置在杠杆式混凝土徐变加载装置下侧，杆式混凝土徐变加载 装置一端设置有可以施加加载力的结构，杆式混凝土徐变加载装置另一端通过可以调节长 度的结构与地面连接。
[0006]进一步的，杠杆式混凝土徐变加载装置包括加载梁、受拉钢筋、双向旋转螺母、力口 载稳定墙、千斤顶、工字钢连接缀板和配重块，加载梁一端下侧设有可调节高度的千斤顶， 加载梁这一端的上侧设有配重块，千斤顶安装在加载稳定墙上侧，加载梁另一端设有受拉 钢筋，受拉钢筋下端与刚性地基连接，受拉钢筋中部断开，断开部位通过双向旋转螺母连 接。
[0007] 进一步的，钢管初始应力加载装置包括上部钢板、下部钢板、螺纹钢筋、压力传感 器和弹簧支座，上部钢板与下部钢板之间连接有螺纹钢筋，螺纹钢筋上端和下端设有压力 传感器，上部钢板与下部钢板之间设有钢管混凝土试块。
[0008] 进一步的，振弦式应变传感器包括三个钢管测点振弦式应变传感器和三个管内混 凝土测点振弦式应变传感器，三个均匀设置在钢管混凝土试块外侧的钢管测点振弦式应变 传感器，三个钢管测点振弦式应变传感器之间构成正三角形，正三角形三条边的中点设有 管内混凝土测点振弦式应变传感器。
[0009] 进一步的，加载梁包括两根工字钢梁，两根工字钢梁之间有连接工字钢连接缀板。
[0010] 进一步的，上部钢板下侧和下部钢板上侧对称设有用于卡住钢管混凝土试块的凹 槽I。
[0011] 进一步的，上部钢板上侧中部和下部钢板下侧中部对称设有凹槽II，螺纹钢筋上、 下端分别穿过上部钢板和下部钢板设置在凹槽II内，螺纹钢筋两端由内侧向外侧依次设有 压力传感器、弹簧支座和垫板，并且在最外侧端由螺母II拧紧。
[0012]进一步的，钢管混凝土试块上设有钢管预留孔洞。
[0013]与现有技术相比，本发明所提供的可考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变试验加 载装置具有以下有益效果： 1)本发明装置在进行钢管混凝土的徐变试验前，可预先对钢管施加初始应力，能够模 拟钢管混凝土拱桥由于架设阶段产生的钢管初始应力，填补了目前对考虑钢管初始应力状 态下的钢管混凝土徐变试验装置的空白。除此以外，该装置各部件制造加工难度小，施工方 便，可直接从施工现场选取材料加工，成本较低且安全可靠，推广应用价值较大，具有较好 的应用前景。
[0014] 2)本发明设置的加载稳定墙，能有效保证加载过程中杠杆梁的稳定性，通过小型 千斤顶进行高度调整和双向旋转螺母进行旋转进度调整，可有效保证杠杆梁处于水平位 置，确保施加荷载的准确性。
[0015] 3)本发明设计的配重块可通过加载平台放置在上部，不采用拉锁吊装下面配重块 的方法，能够大大减小加载的难度，且配重块采用小尺寸的混凝土试块，可通过增加或减小 配重块数目的方式增加或减小荷载，以满足不同钢管混凝土结构施工过程应力变化的需 求。
[0016] 4)本发明采用振弦式应变传感器测量钢管和管内混凝土的应变，应变仪可与电脑 相连，自动采集试验数据，节省了大量的人力物力。
附图说明
[0017]图1为具体实施例钢管施加初始应力的装置参考图； 图2为图1的B-B截面示意图； 图3为杠杆加载法对钢管混凝土构件施加外界荷载示意图； 图4为图3的工字型钢梁截面示意图； 图5为钢管混凝土结构振弦式应变传感器测点布置图； 附图标记：1-加载梁;2-受拉钢筋;3-垫片;4-螺母I; 5-双向旋转螺母;6-刚性地基;7- 钢管混凝土试块;8-振弦式应变传感器;9-加载稳定墙；10-千斤顶；11-工字钢连接缀板； 12-压力传感器；13-垫板；14-弹簧支座；15-钢管预留孔洞；16-钢管测点振弦式应变传感 器;17-管内混凝土测点振弦式应变传感器;IS-钢管；19_管内混凝土;20-凹槽I;21-螺纹钢 筋;22-配重块;23-上部钢板;24-下部钢板;25-螺母11; 26-凹槽11。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本发明的构思、具体细节及获得的技术效果作进一步说明。该杠 杆加载方法通过在杠杆梁上部直接放置配重块的方法加载，便于大尺寸的配重块施加，同 时能够有效保证加载装置的横向稳定性和施加外界荷载的恒定。加载装置简单，能满足钢 管混凝土在初始应力状态下的徐变试验加载。
[0019]图1和图2示意性地给出了根据本发明的一种实施方式的钢管施加初始应力的试 验装置。图1中的钢管初始应力加载装置包括上部钢板23，下部钢板24，管内混凝土 19，螺纹 钢筋21，钢管混凝土试块7,振弦式应变传感器8,压力传感器12,带孔的垫板13,弹簧支座 14,钢管预留孔洞15,螺母1125,凹槽120,凹槽1126。所述上部钢板23和下部钢板24为厚度 为2 cm的正方形成型钢板，在钢板距离边界一定距离的四个边设置有四个凹槽120,所述凹 槽120用于嵌固钢管混凝土试块7,其尺寸略大于钢管18的直径。所述上部钢板23和下部钢 板24中心位置设置凹槽1126,所述凹槽1126与凹槽120设置在不同的截面上。所述凹槽1126 有可通过螺纹钢筋1121的孔洞。通过旋转螺纹钢筋21上的螺母1125对钢管施加初始应力， 施加的初始应力大小通过设置在垫板13和弹簧支座14之间的压力传感器12测试得到。当加 载的应力达到钢管上要施加的初始应力大小时，停止加载，并开始进行杠杆构件的施加。为 便于对已经施加初始应力状态的钢管灌注管内混凝土，在四根钢管的上侧预留灌注管内混 凝土的孔洞15,通过小型泵灌注管内混凝土，直到预留孔洞开始漏浆停止灌注。
[0020]图3和图4示意性地显示了根据本发明的一种杠杆式混凝土徐变加载装置，该加载 装置的加载梁1为通过工字钢连接缀板11焊接而成的两根工字型钢梁构件，相应的工字钢 连接缀板11焊接位置应避开杠杆梁中间支点所处的钢管混凝土加载试块位置，所述工字钢 连接缀板11应沿工字钢顶底翼缘板相同间隔位置焊接，相应焊接强度应满足钢结构设计规 范的相关规定。所述加载梁1受拉一侧为受拉钢筋2和与之连接的刚性地基6,杠杆梁和刚性 地基6之间通过受拉钢筋2连接，所述双向旋转螺母5可以通过旋转调节该支点受拉钢筋2的 长度，通过调整双向旋转螺母5可保证加载梁1处于水平状态。所述加载稳定墙9及上面的千 斤顶10主要在加载前用于放置重量较大的加载梁1，加载稳定墙9为测试现场采用砖混砌体 结构砌筑而成的厚度240mm的墙体，千斤顶10为可手动调节的千斤顶装置，可方便设置其高 度。
[0021]图5示意性地给出了振弦式应变传感器在钢管混凝土结构的测点布置位置示意 图。钢管混凝土试块7包括钢管18，钢管18内浇筑管内混凝土19。即首先在钢管18内沿高度 方向的中间位置焊接正三角形钢筋支架。在正三角形的三条边的垂足位置安装三个埋置式 振弦传感器I7。在相应位置的钢管外侧均匀布置三个表贴式振弦传感器16。所述振弦式应 变传感器可同时测量温度和应变，测试的温度可用于消除由温度引起的应变值。
[0022]在其他具体实施例中，本实施例的钢管混凝土构件还可以是其他混凝土徐变试块 形式，不限于本实施例中的钢管混凝土构件。本发明可考虑钢管初始应力状态下的钢管混 凝土徐变试验加载装置也可以应用于有初始应力的素混凝土、钢筋混凝土的徐变试验加 载。
[0023] 本实施例的具体步骤如下： S1:选取工厂预制的无缝钢管，用普通的钢筋焊接等边三角形支架，该支架可内接 于无缝钢管，将埋置式振弦传感器绑在钢筋支架上，通过预留孔洞将传感器测试线穿出，同 时在钢管表面粘结表贴式振弦传感器。
[0024] S2:将钢管卡在上部钢板和下部钢板上预留的凹槽I和凹槽II中，在上部钢板和下 部钢板中间的凹槽II孔洞中穿上螺纹钢筋，并依次安装压力传感器和弹簧支座。在施加荷 载前和加载后，读取钢管上的振弦式应变传感器的应变和压力传感器的应力读数，若此时 的应力达到钢管的初始应力值后停止加载。
[0025] S3:采用栗送法将掺加膨胀剂的自密实混凝土从钢管上侧预留的孔洞注浆，完成 钢管混凝土的浇筑，混凝土的注浆要保证孔洞开始流出浆液，确保管内混凝土的密实性。 [0026] S4:将灌注好的钢管混凝土试块放置在标准实验室条件下养护到规定的龄期后采 用杠杆式徐变加载仪进行加载。由于钢管本身无徐变，因此钢管混凝土构件在养护期间的 预应力损失可忽略不计。
[0027] S5:根据试验确定的杠杆间距确定加载杠杆混凝土试件的放置位置，并砌筑加载 稳定墙，加载稳定墙的高度比钢管混凝土试块装置略低，在加载稳定墙上安装小型千斤顶， 通过吊车将钢梁放置在图1所示的钢管混凝土试块装置和加载稳定墙上。安装刚性地基和 杠杆梁之间的螺纹钢筋，并调整螺母长度，保证钢梁处于水平状态。米用吊车吊装己经在现 场预制好的混凝土配重块，调整位置直接放置在相应的加载支架上。继续微调整螺母和千 斤顶高度，保证钢梁处于水平状态。
[0028] S6:在加载前后要适时测量埋置于钢管内部和表贴在钢管表面的振弦式应变传感 器的应变值。记录初始状态的应力和变形值。若设计的试验仍然需要在后期继续施加荷载， 则需要在规定的龄期内以此放置配重块，同时调整螺母和千斤顶高度，达到增加或减小荷 载的目的。
[0029] 以上所述的仅是本发明的较佳具体实施例。对于本领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明创造构思的前提下，无需创造性劳动就可以做出若干变形和改进，这些都属 于本发明的保护范围。

Claims (8)

1. 一种考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置，其特征在于:包括钢管初始应 力加载装置和杠杆式混凝土徐变加载装置，钢管初始应力加载装置设置在刚性地基(6)上， 钢管初始应力加载装置内设置有安装有振弦式应变传感器(8)的钢管混凝土试块(7)，钢管 初始应力加载装置设置在杠杆式混凝土徐变加载装置下侧，杠杆式混凝土徐变加载装置一 端设置有可以施加加载力的结构，杠杆式混凝土徐变加载装置另一端通过可以调节长度的 结构与地面连接。
2. 根据权利要求1所述的考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置，其特征在于： 所述的杠杆式混凝土徐变加载装置包括加载梁（1)、受拉钢筋(2)、双向旋转螺母(5)、加载 稳定墙(9)、千斤顶（1〇)、工字钢连接缀板(11)和配重块(22)，加载梁（1) 一端下侧设有可调 节高度的千斤顶(1〇)，加载梁(1)这一端的上侧设有配重块(22)，千斤顶(10)安装在加载稳 定墙⑼上侧，加载梁⑴另一端设有受拉钢筋⑵，受拉钢筋⑵下端与刚性地基⑹连接， 受拉钢筋(2)中部断开，断开部位通过双向旋转螺母(5)连接。
3. 根据权利要求1或2所述的考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置，其特征在 于:所述的钢管初始应力加载装置包括上部钢板(23)、下部钢板(24)、螺纹钢筋（21)、压力 传感器（12)和弹簧支座（14)，上部钢板(23)与下部钢板(24)之间连接有螺纹钢筋（21)，螺 纹钢筋(21)上端和下端设有压力传感器（I2)，上部钢板(23)与下部钢板(24)之间设有钢管 混凝土试块(7)。
4. 根据权利要求1所述的考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置，其特征在于： 所述的振弦式应变传感器(8)包括三个钢管测点振弦式应变传感器（16)和三个管内混凝土 测点振弦式应变传感器（17)，三个均匀设置在钢管混凝土试块〇〇外侧的钢管测点振弦式 应变传感器（16)，三个钢管测点振弦式应变传感器（16)之间构成正三角形，正三角形三条 边的中点设有管内混凝土测点振弦式应变传感器(17)。
5. 根据权利要求2所述的考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置，其特征在于： 所述的加载梁(1)包括两根工字钢梁，两根工字钢梁之间有连接工字钢连接缀板(11)。
6. 根据权利要求3所述的考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置，其特征在于： 所述的上部钢板(23)下侧和下部钢板(24)上侧对称设有用于卡住钢管混凝土试块(7)的凹 槽I(20)〇
7. 根据权利要求6所述的考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置，其特征在于： 所述的上部钢板(23)上侧中部和下部钢板(24)下侧中部对称设有凹槽II (26)，螺纹钢筋 (21)上、下端分别穿过上部钢板(23)和下部钢板(24)设置的凹槽II (26)内，螺纹钢筋(21) 两端由内侧向外侧依次设有压力传感器（12)、弹簧支座（14)和垫板(13)，并且在最外侧端 由螺母11 (25)抒紧〇
8. 根据权利要求1所述的考虑钢管初始应力的钢管混凝土徐变测试装置，其特征在于： 所述的钢管混凝土试块(7)上设有钢管预留孔洞（I5)。
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