CN108489748B - 一种用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置与试验方法 - Google Patents

Abstract

一种用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置与试验方法，属于桥梁工程实验力学测量方法领域。本试验装置包括底座系统、中间支承系统、测量系统、中间传力系统四部分共同组成。按照预先计算控制截面弯矩影响线形状，确定最不利加载位置、拼装试验自平衡框架、调整液压千斤顶等步骤开展试验。本发明具有结构安装简单、同步交变均衡加载、适应于现场实际条件等优点，能够对两跨连续梁桥实施长周期交变连续加载试验。

Description

一种用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置与试验方法

技术领域

本发明属于桥梁工程实验力学测量技术领域，适合于针对连续梁桥实施长周期交变循环加载试验，特别涉及一种用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置与试验方法。

背景技术

对于传统混凝土连续梁模型试验加载采用的是分离式地锚加载框架，对两跨连续梁模型试验中模拟运营荷载的加载工况存在不足之处有两点：(一)，同一时间历程下两跨分离加载不能完全同步，使得两边加载量值不均衡对称，尤其在墩顶负弯矩的正常使用状态工况(允许宽度受限裂缝工况)下，等效墩顶负弯矩及开裂后重分布状态不可控，会带来较大试验误差噪声而干扰测试有效值，导致试验结果离散；(二)，若考虑模拟桥梁运营荷载的长周期交变作用，则两跨分离式加载的试验装置受限，实现存在较大困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置与试验方法，是一种连续梁模型试验自平衡框架。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置，其特征在于，包括：

由下支跺1与大横梁3组成的底座系统，其中大横梁3的底面搭接在下支跺1上；

由中支跺4与辊轴5组成的中间支承系统，其中中支跺4底端与大横梁3的顶面用螺栓连接，辊轴5焊接固定于中支跺4顶端，轴向与大横梁3的长度方向垂直；

设置于中间支承系统之上的试验梁7，试验梁7与大横梁3平行；

由上次梁6、下次梁2、主吊带11组成的中间传力系统，其中上次梁6置于试验梁7之上，下次梁2置于大横梁3之下，上次梁6和下次梁2对称设置且均与试验梁7垂直，上次梁6和下次梁2之间用主吊带11以螺栓连接；

以及，由下垫板10、上垫板14、液压千斤顶8、下力传感器9、上力传感器15、传力板12、次吊带13、中次梁16组成的测试系统，其中液压千斤顶8底端用螺栓连接于大横梁3顶面，液压千斤顶8顶端与传力板12焊接固定，下力传感器9置于传力板12顶面，垫板10置于下力传感器9顶部，试验梁7顶面放置上垫板14，上垫板14顶面放置上力传感器15，中次梁16置于上力传感器15之上，并用次吊带13与传力板12以螺栓连接。

所述下支跺1采用20×20×400mm的C30混凝土砌块，所述大横梁3采用两根40a工字钢，并排设置，所述中支跺4采用20a工字钢，下端焊接固定284×200×5mm的钢板，上端焊接固定270×160×5mm的钢板，所述上次梁6和下次梁2采用10号工字钢，各4根，所述主吊带1采用精轧螺纹钢，共8根；所述下垫板10和上垫板14均采用200×200×10mm钢板，所述次吊带13采用精轧螺纹钢，共2根；所述传力板12采用420×200×20mm的高强钢板；所述中次梁16采用10号工字钢，共2根；所有的连接螺栓均采用M20高强螺栓。

所述中间支承系统和中间传力系统均有两套，分别对称设置在测试系统的两侧。

本发明还提供了基于所述试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：依据超静定梁的受力原理，计算获得试验梁7中支点试验负弯矩影响线及最不利位置，据此位置调整主吊带11的相对安装距离；

步骤二：选择地势平坦试验场地，放置混凝土下支跺1，在下支跺1上放置大横梁3；

步骤三：在大横梁3上用螺栓安装中支跺4、液压千斤顶8，在两侧中支跺4上焊接固定辊轴5支座；

步骤四：用起重设备架设试验梁7，使其呈简支状态；

步骤五：在步骤一求出的最不利位置处安置上次梁6，并用主吊带11与大横梁3之下同位置的下次梁2连接，连接处采用高强螺栓；

步骤六：在液压千斤顶8上焊接固定传力板12，并在传力板12上安置下力传感器9，在下力传感器9上安置垫板10，在试验梁跨中放置垫板14，在垫板14上方放置上力传感器15，在上力传感器15上方放置中次梁16，并用次吊带将中次梁16与传力板12连接；

步骤七：液压千斤顶8供油顶升，调整至连续梁状态；

步骤八：液压千斤顶8回油卸落，调整至简支梁状态；

步骤九：重复步骤七、步骤八对连续梁桥支点负弯矩工况实现交变循环加载试验，直至满足试验条件。

所述步骤一中，主吊带11设置于所述最不利位置，其与测试系统中心点的水平距离为L-a，与其同侧的下支跺1之间的水平距离为a。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)提供了一种实现连续梁长周期交变均衡加载的试验装置与方法。

(2)克服了传统混凝土连续梁模型试验加载采用分离式地锚加载框架导致同一时间历程下两跨分离加载不能同步、两边加载量值不均衡对称的不足，能同步连续实现连续梁桥的均衡加载。

(3)可模拟桥梁运营期内车辆荷载的长周期交变最不利作用，采用较少的加载设备实现负弯矩区域正、负交变荷载及正弯矩区域的循环荷载均衡加载，具有经济性。

(4)试验结构为自平衡框架，安装简单，不需要强大的反力地锚，对试验场地要求低，适应于现场实际条件，便于同步连续测试。

(5)所述的加载框架不仅可用于钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁桥的模型试验，对于考虑疲劳行为的连续钢桥模型试验同样适用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明测试系统详图。

图3是本发明的立面图。

图4是本发明的侧面图。

图5是两跨连续梁桥支点负弯矩影响线。

图6是两跨连续梁桥边跨正弯矩影响线。

具体实施方式

下面通过附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明，但本发明不限

于这些实施方式。

实施例一

本发明可完成对连续梁支点负弯矩区的交变均衡加载，具体实施方案如下所示。

参考图1、图2、图3和图4，本发明由下支跺1与大横梁3组成底座系统，两支跺距离为连续梁总长2L，大横梁3搭接在下支跺1上。中支跺4与大横梁3用螺栓连接，辊轴5焊接固定于中支跺4上。中支跺4高度可根据现场情况具体确定。由垫块、液压千斤顶8、下力传感器9组成测试系统，其中液压千斤顶8下端用螺栓连接与大横梁3上。中支跺4与液压千斤顶8距离为连续梁单跨长L。下力传感器9置于液压千斤顶8顶部，垫块置于下力传感器9顶部。由上次梁6、下次梁2、主吊带11组成的中间传力系统置于试验加载区影响线最大处，且用螺栓连接。试验过程通过下力传感器9和上力传感器15控制加载效率，通过液压千斤顶8供、回油次数来控制交变加载次数。各构件可以实现工厂化加工，运输至试验现场安装，施工简单快捷。

本发明中，各部件的数量以及型号、参数如下：

下支跺1采用20×20×400mm的C30混凝土砌块，大横梁3采用两根40a工字钢，并排设置，中支跺4采用20a工字钢，下端焊接固定284×200×5mm的钢板，上端焊接固定270×160×5mm的钢板，上次梁6和下次梁2采用10号工字钢，各4根，主吊带1采用精轧螺纹钢，共8根；下垫板10和上垫板14均采用200×200×10mm钢板，次吊带13采用精轧螺纹钢，共2根；传力板12采用420×200×20mm的高强钢板；中次梁16采用10号工字钢，共2根；所有的连接螺栓均采用M20高强螺栓。

本发明一种用于连续梁负弯矩区长周期交变加载的试验方法：

(1)为了提高加载效率，选择在负弯矩影响线最不利位置加载，由结构分析软件计算得两跨连续梁负弯矩影响线图如图5所示。影响线最大位置距离辊轴5支撑中心线记为a，从而确定上次梁6、下次梁2及主吊带11的安装位置。

(2)试验所采用的应力上限值为试验梁7支点截面极限强度的80％。控制加载速率在100～200MPa/min。做第一循环，加载至试验应力上限值，再卸载至试验应力下限值。做第二循环，自下限值经上限值再回复到下限值。重复一定循环周期，完成连续梁负弯矩区长周期交变加载。最后通过交变次数或者通过观察梁体裂缝发展情况来停止试验。

(3)本发明为自平衡试验框架，选择的试验区域可以在工程现场也可在其他方便试验的地势平坦试验场地，宜于选择建筑物旁平坦开阔区域，可视具体情况而定。

(4)考虑到主吊带11的变形与疲劳特性，本发明只建议做正常使用阶段内试验梁7的交变荷载试验。

(5)根据上传感器15和下传感器9实施监测反力变化，作为加载循环与试验分析的依据。

实施例二

本发明可完成对连续梁边跨最大正弯矩的循环加载，具体实施方案如下所示。

试验设备组件安装与实施例一相同，在此不做赘述。

本发明一种用于连续梁最大正弯矩区循环加载的试验方法：

(1)由结构分析软件计算得出连续梁边跨的最大正弯矩位置，并对此处建立影响线如图6所示，根据影响线最大位置距离辊轴5支撑中心线记为a，从而确定上次梁6、下次梁2及主吊带11的安装位置。

(2)试验所采用的应力上限值应不超过试验梁7边跨跨中截面极限强度的80％。控制加载速率在100～200MPa/min。做第一循环，加载至试验应力上限值，再卸载至试验应力下限值。做第二循环，自下限值经上限值再回复到下限值。重复一定循环周期，完成连续梁最大正弯矩区长周循环加载。最后通过循环次数或者通过观察裂缝发展情况来停止试验。

(3)本发明为自平衡试验框架，选择的试验区域可以在工程现场也可在其他方便试验的地势平坦试验场地，宜于选择建筑物旁平坦开阔区域，可视具体情况而定。

(4)考虑到主吊带11的变形与疲劳特性，本发明只建议做正常使用阶段内试验梁7的循环荷载试验。

(5)根据上传感器15和下传感器9实施监测反力变化，作为加载循环与试验分析的依据。

发明所述的具体实施方式并不构成对本发明范围的全部限制，凡是在本发明构思的原则和精神之内，本领域的专业人员做出的任何修改、等同替换的改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置，其特征在于，包括：

由下支跺(1)与大横梁(3)组成的底座系统，其中大横梁(3)的底面搭接在下支跺(1)上；

由中支跺(4)与辊轴(5)组成的中间支承系统，其中中支跺(4)底端与大横梁(3)的顶面用螺栓连接，辊轴(5)焊接固定于中支跺(4)顶端，轴向与大横梁(3)的长度方向垂直；

设置于中间支承系统之上的试验梁(7)，试验梁(7)与大横梁(3)平行；

由上次梁(6)、下次梁(2)、主吊带(11)组成的中间传力系统，其中上次梁(6)置于试验梁(7)之上，下次梁(2)置于大横梁(3)之下，上次梁(6)和下次梁(2)对称设置且均与试验梁(7)垂直，上次梁(6)和下次梁(2)之间用主吊带(11)以螺栓连接；

以及，由下垫板(10)、上垫板(14)、液压千斤顶(8)、下力传感器(9)、上力传感器(15)、传力板(12)、次吊带(13)、中次梁(16)组成的测试系统，其中液压千斤顶(8)底端用螺栓连接于大横梁(3)顶面，液压千斤顶(8)顶端与传力板(12)焊接固定，下力传感器(9)置于传力板(12)顶面，垫板(10)置于下力传感器(9)顶部，试验梁(7)顶面放置上垫板(14)，上垫板(14)顶面放置上力传感器(15)，中次梁(16)置于上力传感器(15)之上，并用次吊带(13)与传力板(12)以螺栓连接。

2.根据权利要求1所述用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置，其特征在于，所述下支跺(1)采用20×20×400mm的C30混凝土砌块，所述大横梁(3)采用两根40a工字钢，并排设置，所述中支跺(4)采用20a工字钢，下端焊接固定284×200×5mm的钢板，上端焊接固定270×160×5mm的钢板，所述上次梁(6)和下次梁(2)采用10号工字钢，各4根，所述主吊带(1)采用精轧螺纹钢，共8根；所述下垫板(10)和上垫板(14)均采用200×200×10mm钢板，所述次吊带(13)采用精轧螺纹钢，共2根；所述传力板(12)采用420×200×20mm的高强钢板；所述中次梁(16)采用10号工字钢，共2根；所有的连接螺栓均采用M20高强螺栓。

3.根据权利要求1所述用于连续梁桥长周期交变加载的试验装置，其特征在于，所述中间支承系统和中间传力系统均有两套，分别对称设置在测试系统的两侧。

4.基于权利要求1所述试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：依据超静定梁的受力原理，计算获得试验梁(7)中支点试验负弯矩影响线及最不利位置，据此位置调整主吊带(11)的相对安装距离；

步骤二：选择地势平坦试验场地，放置混凝土下支跺(1)，在下支跺(1)上放置大横梁(3)；

步骤三：在大横梁(3)上用螺栓安装中支跺(4)、液压千斤顶(8)，在两侧中支跺(4)上焊接固定辊轴(5)支座；

步骤四：用起重设备架设试验梁(7)，使其呈简支状态；

步骤五：在步骤一求出的最不利位置处安置上次梁(6)，并用主吊带(11)与大横梁(3)之下同位置的下次梁(2)连接，连接处采用高强螺栓；

步骤六：在液压千斤顶(8)上焊接固定传力板(12)，并在传力板(12)上安置下力传感器(9)，在下力传感器(9)上安置垫板(10)，在试验梁跨中放置垫板(14)，在垫板(14)上方放置上力传感器(15)，在上力传感器(15)上方放置中次梁(16)，并用次吊带将中次梁(16)与传力板(12)连接；

步骤七：液压千斤顶(8)供油顶升，调整至连续梁状态；

步骤八：液压千斤顶(8)回油卸落，调整至简支梁状态；

步骤九：重复步骤七、步骤八对连续梁桥支点负弯矩工况实现交变循环加载试验，直至满足试验条件。

5.根据权利要求4所述试验方法，其特征在于，所述步骤一中，主吊带(11)设置于所述最不利位置，其与测试系统中心点的水平距离为L-a，与其同侧的下支跺(1)之间的水平距离为a。