CN108469348A - 一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置及其操作方法，它包括加载梁（2）、可调连接拉杆以及加载装置（13），加载梁（2）、可调连接拉杆以及加载装置（13）之间形成加载杠杆；加载梁（2）上设置有力臂调节结构，根据F1*X=F2*（X+Y），计算可得到施加于被加载桥梁构件上的加载力F1；加载梁（2）上设置有球铰装置（5）。本发明解决了模型试验构件需要从构件或板件中部开孔处加载而无法直接使用疲劳千斤顶加载的问题，并解决了模型试验时需要的加载力吨位大于常用疲劳加载设备加载吨位的问题，提高了试验的精度以及结论的准确性，适用于斜拉桥锚拉板、钢锚箱等索梁锚固区域疲劳试验中的加载问题。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁试验设备技术领域，特别是涉及一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置及其操作方法。
背景技术
随着经济的发展和科技的进度，桥梁结构的跨径也越来越大，斜拉桥这种索、塔、梁组合体系凭借着其自身的力学性能、经济指标以及观赏价值，已成为大跨径桥梁的主要桥型。索梁锚固结构的设计是斜拉桥控制设计的关键，其直接关系到整个桥梁的安全。
目前针对索梁锚固结构研究的方法主要是通过室内的模型试验。但是由于试验场地、设备等条件的限制，开展足尺模型试验时，加载的索力往往达不到和实桥结构相同的索力，这严重影响试验的精度以及结论的准确性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置及其操作方法，能解决模型试验时斜拉索索力加载吨位不足、建模耗时时间长的问题，提高试验的精度以及结论的准确性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，它包括加载梁、可调连接拉杆以及加载装置，可调连接拉杆的底部固定在平整的地基或平台上，加载梁的一端为固定端，另一端为加载端，固定端与加载端之间设置有待加载桥梁构件与加载梁的连接部，加载梁的固定端连接在可调连接拉杆上，可调连接拉杆的高度可调节，加载装置的施力端与加载梁的加载端连接，该连接处为加载部位，加载梁、可调连接拉杆以及加载装置之间形成加载杠杆；
其中，所述的加载梁上位于其固定端与加载端之间设置有力臂调节结构，力臂调节结构为设置在加载梁上多个均布的贯穿螺栓孔，加载装置的施力端和可调连接拉杆的顶部均设置有连接螺栓，加载装置和可调连接拉杆分别通过连接螺栓固定在加载梁的贯穿螺栓孔中，通过贯穿螺栓孔与连接螺栓调节加载部位、待加载桥梁构件与加载梁的连接部以及加载梁固定端之间的距离，计算可得到施加于被加载桥梁构件上的加载力记为F1，加载部位上通过加载装置实际施加的力为F2，F2可直接通过加载装置得到，加载梁固定端到待加载桥梁构件与加载梁的连接部的距离记为X，待加载桥梁构件与加载梁的连接部到加载部位的距离记为Y，根据公式：F1*X = F2*（X+Y），计算可得到待加载桥梁构件与加载梁的连接部上的索力F1；
所述的加载梁的固定端与可调连接拉杆的连接处、加载梁的加载端与加载装置的连接处均设置有可转动的球铰装置。
所述的可调连接拉杆由多块支撑梁组装而成。
所述的可调连接拉杆由上支撑梁、下支撑梁以及连接上支撑梁和下支撑梁的中支撑梁组成，上支撑梁与中支撑梁、下支撑梁与中支撑梁的连接处均设置有螺栓孔，上支撑梁、中支撑梁以及下支撑梁之间通过螺栓固定。
所述的加载装置为千斤顶，千斤顶的活塞端为加载装置的施力端；所述的加载装置位于加载梁的下方，加载装置的安放平面与可调连接拉杆的底部所在的地基或平台在同一平面上。
所述的螺栓孔位于同一直线上。
所述的球铰装置由铰接在螺杆上的上半球铰和下半球铰组成，上半球铰和下半球铰的球面均和贯穿螺栓孔接触，上半球铰的平面均通过螺杆上的螺母锁定；
其中，加载装置施力端上设置有连接板，加载装置上的连接螺栓固定在连接板上，下半球铰的平面与连接板之间还设置有垫板；可调连接拉杆上的下半球铰的平面与可调连接拉杆的顶部接触，可调连接拉杆的顶部为平整的平面。
所述的加载梁的固定端和可调连接拉杆通过钢绞线固定，加载梁和可调连接拉杆是中空的，钢绞线一端锚固在加载梁上并穿过加载梁和可调连接拉杆，钢绞线的另一端穿过可调连接拉杆并锚固于可调连接拉杆下的地基或平台上的槽道中。
所述的斜拉桥锚固装置包括锚拉板、竖向固定板、反力墙以及横向固定板，锚拉板安装在竖向固定板上，竖向固定板和反力墙安装在支撑可调连接拉杆的地基或平台上，横向固定板连接竖向固定板和反力墙，锚拉板上设置有开孔，开孔中设置有锚垫板，加载梁穿过开孔，加载梁与锚垫板的接触部位为待加载桥梁构件与加载梁的连接部；
加载梁与锚垫板之间还设置有加载垫板。
所述的可调连接拉杆的底部通过三角撑及着地板固定在平整的地基或平台上。
一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置的操作方法，它包括以下步骤：
S1、安装试验模型：根据需要进行疲劳模型试验的斜拉桥确定锚拉板的位置，将加载垫板放置在锚拉板开孔中的锚垫板上，再把加载梁穿过锚拉板中部的开孔，放置在加载垫板上；
S2、安装固定端：根据加载梁的高度和位置，调整可调连接拉杆的高度和位置，同时通过钢绞线将加载梁与槽道锚固；
S3、安装加载端：将加载梁的另一端通过加载梁连接板和连接螺杆与试验加载装置相连接；
S4、调整好试验加载装置所需的高度，开始加载过程，根据公式：F1*X = F2*（X+Y），计算可得到施加于被加载桥梁构件上的加载力F1，其中，施加于被加载桥梁构件上的加载力为F1，加载部位上通过加载装置实际施加的力为F2，F2可直接通过加载装置得到，加载梁固定端到待加载桥梁构件与加载梁的连接部的距离记为X，待加载桥梁构件与加载梁的连接部到加载部位的距离记为Y。
本发明的有益效果是：本发明利用加载梁、可调连接拉杆以及加载装置之间形成的加载杠杆，在试验中可以根据实际需求选择不同孔位，方便调整加载力的大小，通过该装置，可以方便的实现这类穿过式加载方式，解决了模型试验构件需要从构件或板件中部开孔处加载而无法直接使用疲劳千斤顶加载的问题；并解决了模型试验时需要的加载力吨位大于常用疲劳加载设备加载吨位的问题，而采用大吨位加载费用往往较高，也降低了使用成本，提高了试验的精度以及结论的准确性，特别适用于斜拉桥的锚拉板、钢锚箱等索梁锚固区域疲劳试验中的加载问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明拆下反力墙及横向固定板的结构示意图；
图3为本发明的侧视图；
图4为为本发明的杠杆计算原理示意图；
图5为本发明未加载时上半球铰与贯穿螺栓孔的结构示意图；
图6为本发明加载且加载梁未发生旋转扭曲时上半球铰与贯穿螺栓孔的结构示意图；
图7为本发明加载且加载梁发生旋转扭曲时上半球铰与贯穿螺栓孔的结构示意图。
图中，1—锚拉板，2—加载梁，3—连接板，4—垫板，5—球铰装置，6-加载垫板，7-连接螺栓，8-上支撑梁，9-中支撑梁，10-下支撑梁，11-槽道，12-三角撑及着地板，13-加载装置，14-钢绞线，15-竖向固定板，16-贯穿螺栓孔，17-反力墙，18-横向固定板，5.1-上半球铰，5.2-下半球铰。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，它包括加载梁2、可调连接拉杆以及加载装置13，可调连接拉杆的底部固定在平整的地基或平台上，加载梁2的一端为固定端，另一端为加载端，固定端与加载端之间设置有待加载桥梁构件与加载梁2的连接部，加载梁2的固定端连接在可调连接拉杆上，可调连接拉杆的高度可调节，加载装置13的施力端与加载梁2的加载端连接，该连接处为加载部位，加载梁2、可调连接拉杆以及加载装置13之间形成加载杠杆；
其中，如图3、图4所示，所述的加载梁2上位于其固定端与加载端之间设置有力臂调节结构，力臂调节结构为设置在加载梁2上多个均布的贯穿螺栓孔16，相邻贯穿螺栓孔16之间的距离是已知的，为相等或者确定的距离，所述的贯穿螺栓孔16均布是指贯穿螺栓孔16按照一定的规律（相等或者确定的距离）布置在一条直线上，作为优选的，相连贯穿螺栓孔16之间的距离是相等的，加载装置13的施力端和可调连接拉杆的顶部均设置有连接螺栓7，连接螺栓7承受加载力，加载装置13和可调连接拉杆分别通过连接螺栓7固定在加载梁2的贯穿螺栓孔16中，通过贯穿螺栓孔16与连接螺栓7调节加载部位、待加载桥梁构件与加载梁2的连接部以及加载梁2固定端之间的距离，施加于被加载桥梁构件上的加载力为F1，加载部位上通过加载装置13实际施加的力为F2，F2可直接通过加载装置13得到，加载梁2固定端到待加载桥梁构件与加载梁2的连接部的距离记为X，待加载桥梁构件与加载梁2的连接部到加载部位的距离记为Y，根据公式：F1*X = F2*（X+Y），计算可得到施加于被加载桥梁构件上的加载力F1；
考虑到释放加载梁在加载过程中的梁端的转动因素，所述的加载梁2的固定端与可调连接拉杆的连接处、加载梁2的加载端与加载装置13的连接处均设置有可转动的球铰装置5。
所述的可调连接拉杆由多块支撑梁组装而成。
所述的可调连接拉杆由上支撑梁8、下支撑梁10以及连接上支撑梁8和下支撑梁10的中支撑梁9组成，上支撑梁8与中支撑梁9、下支撑梁10与中支撑梁9的连接处均设置有螺栓孔，上支撑梁8、中支撑梁9以及下支撑梁10之间通过螺栓固定。
所述的加载装置13为千斤顶，千斤顶的活塞端为加载装置13的施力端；所述的加载装置13位于加载梁2的下方，加载装置13的安放平面与可调连接拉杆的底部所在的地基或平台在同一平面上。如图5所示，根据实际的使用需求，加载装置13的施力端和安装端也可调整方向，即千斤顶的安装端在上面，直接和加载梁通过螺栓连接，加载装置下端锚固于地面固定槽道，下端固定在地面的部分是需要传力的。
所述的螺栓孔16位于同一直线上。
所述的球铰装置5由铰接在螺杆7上的上半球铰5.1和下半球铰5.2组成，上半球铰5.1和下半球铰5.2的球面均和贯穿螺栓孔16接触，上半球铰5.1的平面均通过螺杆7上的螺母锁定，考虑到释放加载梁在加载过程中的梁端的转动因素，如图6、图7所示，无论加载梁2如何旋转，上半球铰5.1和下半球铰5.2的球面在加载过程中是始终与贯穿螺栓孔16全接触的，保证了加载的稳定性能，上半球铰5.1和下半球铰5.2的球面半径大于贯穿螺栓孔16的半径，如果是平面接触，一旦加载梁转动就有可能出现局部负载过大，损害模型的情况；
其中，加载装置13施力端上设置有连接板3，加载装置13上的连接螺栓7固定在连接板3上，连接板3与垫板4为平整的平面，连接板3用于支撑下半球铰5.2，垫板4用于微调，下半球铰5.2的平面与连接板3之间还设置有垫板4；可调连接拉杆上的下半球铰5.2的平面与可调连接拉杆的顶部接触，可调连接拉杆的顶部设置有垫板，该垫板用于支撑下半球铰5.2。
所述的加载梁2的固定端和可调连接拉杆通过钢绞线14固定，加载梁2和可调连接拉杆是中空的，钢绞线14一端锚固在加载梁2上并穿过加载梁2和可调连接拉杆，钢绞线14的另一端穿过可调连接拉杆并锚固于可调连接拉杆下的地基或平台上的槽道11中。将可调连接拉杆放置在加载梁2的下方，其起到支撑与固定的作用，可调连接拉杆内部中空，这样做主要是出于对试验安全的考虑，防止在加载过程中，钢绞线被拉断对试验人员造成伤害，钢绞线14进一步提高了加载梁2固定端的稳定程度。
作为本发明的进一步改进，将可调连接拉杆的下端开槽，槽孔的大小只需满足试验过程中张拉钢绞线14方便人员操作即可，宽度的大致范围为10-15cm。
所述的斜拉桥锚固装置包括锚拉板1、竖向固定板15、反力墙17以及横向固定板18，锚拉板1安装在竖向固定板15上，竖向固定板15和反力墙17安装在支撑可调连接拉杆的地基或平台上，横向固定板18连接竖向固定板15和反力墙17，锚拉板1上设置有开孔，开孔中设置有锚垫板，加载梁2穿过开孔，加载梁2与锚垫板的接触部位为待加载桥梁构件与加载梁2的连接部，其中，锚拉板1、竖向固定板15、反力墙17以及横向固定板18为模拟斜拉桥的一种结构，可以根据实际情况调整，反力墙17以及横向固定板18的设置有利于在加载过程中施加索力的稳定程度，其中，斜拉桥锚固装置为试验加载的一种模型，不局限于上述的锚拉结构；
加载梁2与锚垫板之间还设置有加载垫板6，将加载垫板6放置在锚拉板结构的锚垫板与加载梁2之间，其作用主要是消除加载过程才可能存在的偏载。
所述的可调连接拉杆的底部通过三角撑及着地板12固定在平整的地基或平台上。
一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置的操作方法，它包括以下步骤：
S1、安装试验模型：根据需要进行疲劳模型试验的斜拉桥确定锚拉板1的位置，将加载垫板6放置在锚拉板1开孔中的锚垫板上，再把加载梁2穿过锚拉板1中部的开孔，放置在加载垫板6上；安装试验模型前，检查制作疲劳试验模型的各零件，不允许出现异形或者扭曲的零件；
S2、安装固定端：根据加载梁2的高度和位置，调整可调连接拉杆的高度和位置，同时通过钢绞线14将加载梁2与槽道11锚固；
S3、安装加载端：将加载梁2的另一端通过加载梁连接板4和连接螺杆7与试验加载装置相连接；
S4、调整好试验加载装置所需的高度，开始加载过程，根据公式：F1*X = F2*（X+Y），计算可得到施加于被加载桥梁构件上的加载力F1，其中，施加于被加载桥梁构件上的加载力为F1，加载部位上通过加载装置13实际施加的力为F2，F2可直接通过加载装置13得到，加载梁2固定端到待加载桥梁构件与加载梁2的连接部的距离记为X，待加载桥梁构件与加载梁2的连接部到加载部位的距离记为Y。
加载梁2上面预留多个贯穿螺栓孔16，钢绞线14、可调连接拉杆以及加载装置13可以根据实际需要来选择横向孔位，从而方便调整钢绞线与钢支撑梁的横向位置。本发明型公开一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，涉及到斜拉桥索梁锚固区域如锚拉板，钢锚箱等进行疲劳试验时加载疲劳索力的问题。同时本装置可以方便的在锚索位置施加荷载，采用杠杆原理可以大大降低对试验加载装置加载吨位的要求，通过选取适当孔位，可以调整加载力的大小以及支撑高度，从而能够大大降低试验成本，即简单可行又经济实惠。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，它包括加载梁（2）、可调连接拉杆以及加载装置（13），可调连接拉杆的底部固定在平整的地基或平台上，加载梁（2）的一端为固定端，另一端为加载端，固定端与加载端之间设置有待加载桥梁构件与加载梁（2）的连接部，加载梁（2）的固定端连接在可调连接拉杆上，可调连接拉杆的高度可调节，加载装置（13）的施力端与加载梁（2）的加载端连接，该连接处为加载部位，加载梁（2）、可调连接拉杆以及加载装置（13）之间形成加载杠杆；
其中，所述的加载梁（2）上位于其固定端与加载端之间设置有力臂调节结构，力臂调节结构为设置在加载梁（2）上多个均布的贯穿螺栓孔（16），加载装置（13）的施力端和可调连接拉杆的顶部均设置有连接螺栓（7），加载装置（13）和可调连接拉杆分别通过连接螺栓（7）固定在加载梁（2）的贯穿螺栓孔（16）中，通过贯穿螺栓孔（16）与连接螺栓（7）调节加载部位、待加载桥梁构件与加载梁（2）的连接部以及加载梁（2）固定端之间的距离，施加于被加载桥梁构件上的加载力为F1，加载部位上通过加载装置（13）实际施加的力为F2，F2可直接通过加载装置（13）得到，加载梁（2）固定端到待加载桥梁构件与加载梁（2）的连接部的距离记为X，待加载桥梁构件与加载梁（2）的连接部到加载部位的距离记为Y，根据公式：F1*X =F2*（X+Y），计算可得到施加于被加载桥梁构件上的加载力F1；
所述的加载梁（2）的固定端与可调连接拉杆的连接处、加载梁（2）的加载端与加载装置（13）的连接处均设置有可转动的球铰装置（5）。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，所述的可调连接拉杆由多块支撑梁组装而成。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，所述的可调连接拉杆由上支撑梁（8）、下支撑梁（10）以及连接上支撑梁（8）和下支撑梁（10）的中支撑梁（9）组成，上支撑梁（8）与中支撑梁（9）、下支撑梁（10）与中支撑梁（9）的连接处均设置有螺栓孔，上支撑梁（8）、中支撑梁（9）以及下支撑梁（10）之间通过螺栓固定。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，所述的加载装置（13）为千斤顶，千斤顶的活塞端为加载装置（13）的施力端；所述的加载装置（13）位于加载梁（2）的下方，加载装置（13）的安放平面与可调连接拉杆的底部所在的地基或平台在同一平面上。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，所述的螺栓孔（16）位于同一直线上。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，所述的球铰装置（5）由铰接在螺杆（7）上的上半球铰（5.1）和下半球铰（5.2）组成，上半球铰（5.1）和下半球铰（5.2）的球面均和贯穿螺栓孔（16）接触，上半球铰（5.1）的平面均通过螺杆（7）上的螺母锁定；
其中，加载装置（13）施力端上设置有连接板（3），加载装置（13）上的连接螺栓（7）固定在连接板（3）上，下半球铰（5.2）的平面与连接板（3）之间还设置有垫板（4）；可调连接拉杆上的下半球铰（5.2）的平面与可调连接拉杆的顶部接触，可调连接拉杆的顶部为平整的平面。
7.根据权利要求1所述的一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，所述的加载梁（2）的固定端和可调连接拉杆通过钢绞线（14）固定，加载梁（2）和可调连接拉杆是中空的，钢绞线（14）一端锚固在加载梁（2）上并穿过加载梁（2）和可调连接拉杆，钢绞线（14）的另一端穿过可调连接拉杆并锚固于可调连接拉杆下的地基或平台上的槽道（11）中。
8.根据权利要求1所述的一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，所述的加载梁（2）与锚垫板之间还设置有加载垫板（6）。
9.根据权利要求1所述的一种桥梁构件疲劳模型试验杠杆加载装置，其特征在于，所述的可调连接拉杆的底部通过三角撑及着地板（12）固定在平整的地基或平台上。
10.如权利要求1所述的基于斜拉桥的疲劳模型试验杠杆加载装置的操作方法，其特征在于，它包括以下步骤：
S1、安装试验模型：根据需要进行疲劳模型试验的斜拉桥确定锚拉板（1）的位置，将加载垫板（6）放置在锚拉板（1）开孔中的锚垫板上，再把加载梁（2）穿过锚拉板（1）中部的开孔，放置在加载垫板（6）上；
S2、安装固定端：根据加载梁（2）的高度和位置，调整可调连接拉杆的高度和位置，同时通过钢绞线（14）将加载梁（2）与槽道（11）锚固；
S3、安装加载端：将加载梁（2）的另一端通过加载梁连接板（4）和连接螺杆（7）与试验加载装置相连接；
S4、调整好试验加载装置所需的高度，开始加载过程，根据公式：F1*X = F2*（X+Y），计算可得到施加于被加载桥梁构件上的加载力F1，其中，施加于被加载桥梁构件上的加载力为F1，加载部位上通过加载装置（13）实际施加的力为F2，F2可直接通过加载装置（13）得到，加载梁（2）固定端到待加载桥梁构件与加载梁（2）的连接部的距离记为X，待加载桥梁构件与加载梁（2）的连接部到加载部位的距离记为Y。
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