CN110031247B - 桥梁顶推模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了道桥建造领域中的桥梁顶推模拟实验装置，这种实验装置包括工作台，所述工作台从左往右依次分为加载区、第一记录区和第二记录区，所述加载区表面平铺有有承台板，承台板表面放置有水平限位装置，水平限位装置的入口处设有驱动装置，水平装置的出口处设有桥梁模型。本发明通过设计制作顶推桥梁结构模型，使其在承受竖向均布静载的条件下模拟顶推施工，以促进学习人员理解顶推施工工艺、掌握顶推法关键技术，激发学习人员对顶推结构体系和施工控制措施的创新和开发。
Description
技术领域
本发明属于道桥建造领域，具体是桥梁顶推模拟实验装置。
背景技术
桥梁顶推法施工是桥梁施工中常用且重要的施工方法之一。顶推法施工于1959年首次应用于奥地利的一座名为Ager的预应力混凝土连续梁桥。1977年，我国在西安到延安的狄家河铁路桥施工中首次采用顶推法。目前，我国已将连续梁顶推施工技术推广运用到连续刚构、斜拉桥、钢管混凝土拱等结构，其应用范围已达到世界先进水平行列。
顶推法施工原理：沿桥纵轴方向的桥台后设置预制场，分阶段预制拼装梁体或整体制造梁体，通过水平千斤顶施力，借助由聚四氟乙烯模压板与不锈钢板特制的滑移装置，将梁体逐段向前顶推，就位后落梁，并更换正式导梁部分，从而完成桥梁施工。
采用顶推法施工，具有占地少、质量稳定、施工安全和成本低廉的特点，是中等跨度桥梁中最具有竞争力的一种架桥工艺。学习和推广顶推法施工对目前我国跨铁路线桥梁施工具有现实意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是通过设计制作顶推桥梁结构模型，使其在承受竖向均布静载的条件下模拟顶推施工，以促进学习人员理解顶推施工工艺、掌握顶推法关键技术，激发学习人员对顶推结构体系和施工控制措施的创新和开发。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：包括以下步骤：
S1，将工作台从左往右依次分为加载区、第一记录区和第二记录区，并且在加载区表面铺设承台板，承台板上方设置驱动装置，在驱动装置的行程中构建替代顶推法中滑移装置的水平限位装置；
S2，随后在限位装置中搭建桥梁模型的导梁部分和桥梁模型的主体部分，并且操作人员对桥梁模型型与滑动轨道之间进行连续的动力学分析并且对参数进行识别和提取；
S3，操作人员将主体部分与导梁部分的交汇处标记为A截面，标记后将加载块放置于桥梁模型上表面，随后启动驱动装置，利用驱动装置带动桥梁模型推进；
S4，记录当截面A经过第一记录区和第二记录区的数据。
采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于利用其它方法构建模型的现有技术，本技术方案利用顶推法构建桥梁模型型，节省了模型组装时间，同时桥梁模型的导梁部分和桥梁模型的主体部分处于分开状态，方便放置，节省了占地面积。
2、相对于利用虚拟建模的现有技术，本技术方案通过实体设计制作顶推桥梁结构模型，使其在承受竖向均布静载的条件下模拟顶推施工，以促进学习人员理解顶推施工工艺、掌握顶推法关键技术，激发学习人员对顶推结构体系和施工控制措施的创新和开发。
3、相对采用垂直顶升系统为动力系统的现有技术，本技术方案不需要频繁倒换滑块，同时本技术方案中利用滑动轨道和加载装置实现了桥梁模型的整体移动。
4、相对于采用反力座、千斤顶或液压泵的现有水平顶推系统，本技术方案利用水平限位装置模拟顶推施工中的滑动系统，同时利用水平限位装置实现纠偏，一物两用节省了装置成本。
进一步，步骤1中的水平限位装置包括铝合金条、滚轮、转轴、L形金属片和调节螺钉，所述铝合金条的数量为2，且两根铝合金条的内侧都带有轴向的开口，铝合金条都沿承台板轴向放置且铝合金条的开口相对，任意一根铝合金条的开口内部都通过竖向的转轴连接滚轮，任意铝合金条的外侧都贴靠L形金属片，所述L形金属片包括直立部和水平部，直立部与铝合金条外侧贴靠，水平部放置于承台板表面，所述水平部中部带有使调节螺钉滑动的调节口，调节口通过调节螺钉连接承台板，所述调节螺钉的螺母大于调节口直径，两根铝合金条之间的间距形成有滑动轨道，滑动轨道内连接驱动装置。
相对于采用校准装置的现有技术，本技术方案中滚轮不仅仅实现了桥梁模型与载荷之间的移动，同时滚轮实现了载荷与桥梁模型之间载荷放置时端口对齐，预留的间距使桥梁模型在移动或加载过程中进行纠偏，同时当桥梁模型过载时容易产生断裂或扭曲，当桥梁模型断裂时滚轮将桥梁模型的重力转化为周向力持续消耗桥梁模型的重力势能，避免桥梁模型进一步破损，同时保护滑轨，当桥梁模型扭曲时，滑轨对桥梁模型提供径向的支持力，便于操作人员及时卸载，保护桥梁模型整体的形状，减少桥梁模型产生的形变量。
进一步，步骤1中的驱动装置包括从左往右依次电连接的控制箱、步进电机和滑动小车，所述滑动小车位于滑动轨道内且滑动小车与主体部分相抵，所述步进电机的输出端与小车连接，步进电机的控制端由控制箱控制转速和方向。便于控制小车移动和行驶的速度，实现了多种不同的数据记录。
相对于采用校准装置的现有技术，本技术方案中滚轮不仅仅实现了桥梁模型与载荷之间的移动，同时滚轮实现了载荷与桥梁模型之间载荷放置时端口对齐，预留的间距避免了桥梁模型在移动或加载过程中产生偏移。
同时当桥梁模型过载时容易产生断裂或扭曲，当桥梁模型断裂时滚轮将桥梁模型的重力转化为周向力持续消耗桥梁模型的重力势能，避免桥梁模型进一步破损，同时保护滑轨，当桥梁模型扭曲时，滑轨对桥梁模型提供径向的支持力，便于操作人员及时卸载，保护桥梁模型整体的形状，减少桥梁模型产生的形变量。
进一步，所述两根铝合金条之间的间距为50mm-100mm，且铝合金条转动连接的滚轮外凸2mm，滚轮与桥梁模型接触。
相对于采用校准装置的现有技术，本技术方案中滚轮不仅仅实现了桥梁模型与载荷之间的移动，同时滚轮实现了载荷与桥梁模型之间载荷放置时端口对齐，预留的间距避免了桥梁模型在移动或加载过程中产生偏移。
同时当桥梁模型过载时容易产生断裂或扭曲，当桥梁模型断裂时滚轮将桥梁模型的重力转化为周向力持续消耗桥梁模型的重力势能，避免桥梁模型进一步破损，同时保护滑轨，当桥梁模型扭曲时，滑轨对桥梁模型提供径向的支持力，便于操作人员及时卸载，保护桥梁模型整体的形状，减少桥梁模型产生的形变量。
进一步，步骤3中的加载块为长方体，且在步骤3对加载块进行布置时采用单层放置，加载块的宽度方向沿纵轴布置，加载块的长度方向沿横轴布置。便于逐渐加大载荷，获得桥梁模型载荷的最大数据。
进一步，所述加载块放置的最低高度大于承台板的水平标高30mm。便于观察记录。
进一步，步骤2中桥梁模型的参数如下，所述主体部分的水平投影长度为1420mm，导梁部分长度小于600mm，主体部分和导梁宽度都位于50-100mm之间，主体部分的高度大于30mm，几何尺寸偏差的范围为±3mm。
进一步，所述桥梁模型整体采用竹条和本色复压的竹片粘接而成，所述竹条和竹片的力学指标如下：密度为0.789g/cm，顺纹抗拉强度60MPa，抗压强度为30MPa，弹性模量为6GPa。
进一步，步骤3中A截面位于滑动小车与主体部分的顶推点纵向1420mm处，加载区与第一记录区的交汇处设有原点杆，第一记录区与第二记录区的交汇处设有第一支座，原点杆与第一记录杆之间的长度为600mm，第二记录区的末端设有第二支座，第二记录杆与第一记录杆的间距为800mm。
附图说明
图1为本发明实施例的轴侧图；
图2为图1中桥梁模的结构轴测图；
图3为图1的主视图；
图4为图1的俯视图；
图5为图1的侧视图；
图6为图1中水平限位装置的轴侧图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：滑动小车1、桥梁模型2、导梁部分201、主体部分202、水平限位装置3、铝合金条301、L形金属片302、调节螺钉303、承台板4、滚轮5、第一支座6、第二支座7、加载块8、工作台9、A截面10。
实施例基本如附图1所示：桥梁顶推模拟实验装置包括工作台9，工作台9从左至右依次分为加载区、第一记录区和第二记录区，加载区、第一记录区与第二记录区的长度分别为1615mm、600mm和800mm，第一记录区和第二记录区的交汇处焊接有径向放置的第一支座6，第二记录区距离第一记录区的最远处焊接有径向放置的第二支座7。
请参考图3、图4、图5和图6，加载区表面平铺有有承台板4，承台板4表面放置有轴向放置的水平限位装置3，水平限位装置包括铝合金条301、滚轮、转轴、L形金属片302和调节螺钉303，所述铝合金条301的数量为2，且两根铝合金条301的内侧都带有轴向的开口，铝合金条301都沿承台板轴向放置且铝合金条301的开口相对，任意一根铝合金条301的开口内部都通过竖向的转轴连接滚轮，任意铝合金条301的外侧都贴靠L形金属片302，所述L形金属片302包括直立部和水平部，直立部与铝合金条301外侧贴靠，水平部放置于承台板表面，所述水平部中部带有使调节螺钉303滑动的调节口，调节口通过调节螺钉303连接承台板，所述调节螺钉303的螺母大于调节口直径，两根铝合金条301之间的间距形成有滑动轨道，滑动轨道内连接驱动装置。
请参考图2桥梁模型位于驱动装置的行程中，桥梁模型包括从左往右依次粘接的主体部分和导梁部分，主体部分202的水平投影长度为1420mm，导梁部分长度小于600mm，主体部分202和导梁宽度都位于50-100mm之间，主体部分202的高度大于30mm，几何尺寸偏差的范围为±3mm。且主体部分承载有加载块。
驱动装置包括从左往右依次电连接的控制箱、步进电机和滑动小车，控制箱的型号为RC867-01(通过脉冲信号控制)，步进电机的型号为BS57HB41-02，滑动小车位于滑动轨道内且滑动小车与主体部分相抵，所述步进电机的输出端与小车连接，步进电机的控制端由控制箱控制转速和方向。
桥梁模型2整体采用竹条和本色复压的竹片粘接而成，竹条和竹片的力学指标如下：密度为0.789g/cm，顺纹抗拉强度60MPa，抗压强度为30MPa，弹性模量为6GPa。
加载块8为长方体的铁块，加载块8表面包裹有热缩管塑封，铁块的密度为7.86g/cm，铁块的几何尺寸为100mm×30mm×22mm(长×宽×高)，热缩管塑封后的铁块的几何尺寸为101mm×31mm×23mm。
加载块8在布置时沿导梁部分201至滑动小车1之间由小到大单层放置，且加载块8的宽度方向沿纵轴布置，加载块8的长度方向沿横轴布置，且加载块8放置的最低高度大于承台板4的水平标高30mm。
请参考图1，具体实施过程如下：总体分为以下步骤，选材、构建模体、参数提取、搭建装置、加载载荷和负载检测，每个步骤的具体内容如下。
构建模体，本步骤中包括桥梁模型2的构建和滑动轨道的构建，操作人员构建桥梁模型2时，将桥梁模型2分为导梁部分和主体部分202进行构造，桥梁模型2整体利用竹条与竹片粘接制作，且操作人员将主体部分202和导梁部分的相交面定义为A截面10，并用记号笔进行标记，A截面10位于顶推点纵向1420mm处，此时完成桥梁模型2的构造。
参数提取，对桥梁模型2型与滑动轨道之间进行连续的动力学分析并且对参数进行识别和提取。
搭建装置，随后操作人员启动滑动小车1将桥梁模中的导梁部分和主体部分202塞入导轨中，塞入时主体部分202靠近滑动小车1，而导梁部分远离滑动小车1，此时对导轨间的间距进行调节将导轨与桥梁模之间形成间隙为60mm的间隙配合，随后启动滑动小车1将导梁部分和主体部分202进行适配连接，连接后的导梁部分与主体部分202操作人员利用胶水进行粘接。
加载载荷，操作人员将滑动小车1装置回位并且沿滑动小车1到主体部分202，单层放置加载块8，且加载块8的宽度方向沿纵轴布置，加载块8的长度方向沿横轴布置。此时操作人员启动滑动小车1，将加载块8全部加载至桥梁模型2的主体部分202。
负载检测，启动滑动小车1将桥梁模型2整体推动，直至A截面10水平位移600mm时进行第一次加载数据记录，随后再次启动滑动小车1将桥梁模型2整体推动，直至A截面10水平位移800mm时进行第二次加载数据记录，完成全部模型的实验，此时整理数据完成模型的使用。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.桥梁结构顶推法施工模型设计与制作方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，将工作台从左往右依次分为加载区、第一记录区和第二记录区，并且在加载区表面铺设承台板，承台板上方设置驱动装置，在驱动装置的行程中构建替代顶推法中滑移装置的水平限位装置；
S2，随后在限位装置中搭建桥梁模型的导梁部分和桥梁模型的主体部分，并且操作人员对桥梁模型型与滑动轨道之间进行连续的动力学分析并且对参数进行识别和提取；
S3，操作人员将主体部分与导梁部分的交汇处标记为A截面，标记后将加载块放置于桥梁模型上表面，随后启动驱动装置，利用驱动装置带动桥梁模型推进；
S4，记录当截面A经过第一记录区和第二记录区的数据；
步骤1中的水平限位装置包括铝合金条、滚轮、转轴、L形金属片和调节螺钉，所述铝合金条的数量为2，且两根铝合金条的内侧都带有轴向的开口，铝合金条都沿承台板轴向放置且铝合金条的开口相对，任意一根铝合金条的开口内部都通过竖向的转轴连接滚轮，任意铝合金条的外侧都贴靠L形金属片，所述L形金属片包括直立部和水平部，直立部与铝合金条外侧贴靠，水平部放置于承台板表面，所述水平部中部带有使调节螺钉滑动的调节口，调节口通过调节螺钉连接承台板，所述调节螺钉的螺母大于调节口直径，两根铝合金条之间的间距形成有滑动轨道，滑动轨道内连接驱动装置。
2.根据权利要求1所述的桥梁结构顶推法施工模型设计与制作方法，其特征在于：步骤1中的驱动装置包括从左往右依次电连接的控制箱、步进电机和滑动小车，所述滑动小车位于滑动轨道内且滑动小车与主体部分相抵，所述步进电机的输出端与小车连接，步进电机的控制端由控制箱控制转速和方向。
3.根据权利要求1所述的桥梁结构顶推法施工模型设计与制作方法，其特征在于：所述两根铝合金条之间的间距为50mm-100mm，且铝合金条转动连接的滚轮外凸2mm，滚轮与桥梁模型接触。
4.根据权利要求1所述的桥梁结构顶推法施工模型设计与制作方法，其特征在于：步骤3中的加载块为长方体，且在步骤3对加载块进行布置时采用单层放置，加载块的宽度方向沿纵轴布置，加载块的长度方向沿横轴布置。
5.根据权利要求4所述的桥梁结构顶推法施工模型设计与制作方法，其特征在于：所述加载块放置的最低高度大于承台板的水平标高30mm。
6.根据权利要求1所述的桥梁结构顶推法施工模型设计与制作方法，其特征在于：步骤2中桥梁模型的参数如下，所述主体部分的水平投影长度为1420mm，导梁部分长度小于600mm，主体部分和导梁宽度都位于50-100mm之间，主体部分的高度大于30mm，几何尺寸偏差的范围为±3mm。
7.根据权利要求6所述的桥梁结构顶推法施工模型设计与制作方法，其特征在于：所述桥梁模型整体采用竹条和本色复压的竹片粘接而成，所述竹条和竹片的力学指标如下：密度为0.789g/cm，顺纹抗拉强度60MPa，抗压强度为30MPa，弹性模量为6GPa。
8.根据权利要求1所述的桥梁结构顶推法施工模型设计与制作方法，其特征在于：步骤3中A截面位于滑动小车与主体部分的顶推点纵向1420mm处，加载区与第一记录区的交汇处设有原点杆，第一记录区与第二记录区的交汇处设有第一支座，原点杆与第一记录杆之间的长度为600mm，第二记录区的末端设有第二支座，第二记录杆与第一记录杆的间距为800mm。
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