CN110044742A - 钢箱梁斜腹板疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，属于工程检测技术领域，包括两组支撑组件和加载组件，支撑组件设置在斜腹板的两端，用于支撑斜腹板并将斜腹板保持竖直状态，且支撑组件内填充有混凝土，实现加固作用；加载组件设置在上翼板的上方，用于向上翼板加载竖向的作用力，为斜腹板的疲劳试验提供加载力，并且该加载力是足尺试验时所需加载力的一个分力，降低了对加载设备的要求；且该加载力直接作用于钢箱梁斜腹板，因此取得的实验结果较缩尺试验更加精确；本发明提供的钢筋梁斜腹板疲劳试验装置是一种对加载设备要求较低且误差较小的新型试验装置。

Description

钢箱梁斜腹板疲劳试验装置

技术领域

本发明属于工程检测技术领域，更具体地说，是涉及一种钢箱梁斜腹板疲劳试验装置。

背景技术

随着我国经济的快速进步，城市基础设施投入的进一步加大，钢箱梁以其优越的性能被广泛应用于市政桥梁结构中。钢箱梁一般由顶板、底板、腹板、横隔板、纵隔板及加劲肋等通过全焊接的方式连接而成；其中，腹板部根据与底板夹角不同分为直腹板和斜腹板，由于斜腹板具有美观、降低底板用料和均匀受力等优点，桥梁建筑中使用斜腹板早已成为一种趋势。

在钢箱梁进行现场吊装之前，需要对斜腹板进行分段焊接组装。组装后，需要对斜腹板钢箱梁焊接处的疲劳性能进行评估，现有技术中对疲劳性能进行评估的试验包括足尺试验和缩尺试验。

实际应用时，若采用足尺试验，因为全截面钢箱梁的疲劳抗力较大，所以实验过程中对加载设备的吨位有较高要求，需要耗费大量的人力物力；若采用缩尺试验，由于疲劳性能与构造细节有关，缩尺试验会忽略其中的一些构造细节，因此会造成较大的分析误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，旨在解决现有技术中进行疲劳试验时对加载设备要求过高且误差较大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，包括：

两组支撑组件，分别设置于钢箱梁的斜腹板的两端，用于支撑所述斜腹板，并使所述斜腹板保持为竖直状态；每组所述支撑组件内均填充有用于固定所述斜腹板的混凝土；

加载组件，用于向钢箱梁的上翼板加载竖向作用力。

进一步地，所述支撑组件包括多个沿所述斜腹板的长度方向间隔设置的隔板；其中，位于外侧的所述隔板与所述斜腹板的端面连接；其余的所述隔板分别与所述斜腹板的板面连接；每相邻的两个所述隔板之间均填充有所述混凝土。

进一步地，除位于外侧的所述隔板外，其余的所述隔板均设有用于使所述斜腹板、所述上翼板及所述钢箱梁的下翼板穿过的通孔。

进一步地，所述隔板的顶边与所述上翼板的上表面或下表面共面设置。

进一步地，每组所述支撑组件的底面均连接有支座。

进一步地，所述加载组件包括作动器和与所述作动器的输出端连接的加载块，所述加载块的加载力作用在所述上翼板的上表面上。

进一步地，所述加载块的下表面与所述上翼板的上表面平行。

进一步地，所述作动器的输出端设有加载板，所述加载块包括多个分别与所述加载板连接的加载柱。

进一步地，所述加载组件还包括用于支撑所述作动器的反力架；所述反力架上设有用于限制所述作动器输出加载力的限位计。

进一步地，所述钢箱梁斜腹板疲劳试验装置还包括设置于所述斜腹板的两侧且与所述斜腹板抵接的挡架。

本发明提供的钢筋梁斜腹板疲劳试验装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的钢筋梁斜腹板疲劳试验装置通过支撑组件支撑斜腹板并使其保持竖直状态，向支撑组件内填充混凝土模拟斜腹板的实际支撑作用，通过加载组件向钢箱梁的上翼板加载竖向作用力，将疲劳载荷传递至斜腹板，达到试验目的；本发明提供的钢筋梁斜腹板疲劳试验装置沿斜腹板倾斜面的方向连续施加压力，加载组件提供的力是足尺试验时所需加载力的一个分力，降低了对加载设备的要求；由于本发明提供的钢筋梁斜腹板疲劳试验装置直接作用于钢箱梁斜腹板，因此取得的实验结果较缩尺试验更加精确；本发明提供的钢筋梁斜腹板疲劳试验装置是一种对加载设备要求较低且误差较小的新型试验装置。

附图说明

图1为本发明实施例提供的钢筋梁斜腹板疲劳试验装置的结构主视图(为了观察方便，图中的反力架只显示了一侧立柱，挡架只显示了一侧的支撑板)；

图2为图1上A-A方向的剖视图；

图3为图1上B-B方向的剖视图；

图4为端隔板的结构示意图；

图5为图1上圆D处的局部放大图；

图6为图2上圆E处的局部放大图。

1、斜腹板；11、上翼板；12、下翼板；21、隔板；211、端隔板；212、面隔板；213、通孔；22、混凝土；3、支座；4、作动器；41、加载板；5、加载块；51、加载柱；6、反力架；61、限位计；62、立柱；63、反力板；7、挡架；71、限位板；72、支撑板；73、连接板；8、加强肋。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置进行说明，所述钢箱梁疲劳试验装置，包括两组支撑组件和加载组件，支撑组件设置在斜腹板1的两端，对斜腹板1起到支撑作用并将斜腹板1保持竖直状态，支撑组件内填充有混凝土22，实现加固作用；加载组件设置在上翼板11的上方，用于向上翼板11加载竖向的作用力。

通过本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置加载的作用力转化为疲劳载荷并沿斜腹板1的高度方向传递，且该作用力为通过足尺试验对斜腹板1进行加载所需加载力的一个分力，即通过本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置进行疲劳试验时，所需加载力比足尺试验所需加载力更小，达到降低加载设备要求的目的。并且，通过本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置进行疲劳试验，加载组件的作用力直接作用于斜腹板1上，充分考虑了斜腹板1的构造细节造成的误差，取得的结果较缩尺试验更加精确。

由于支撑组件内需要浇注混凝土，为了使浇注过程简便，作为本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置的一种具体实施方式，支撑组件包括多个沿斜腹板1的长度方向间隔设置的隔板21；其中，位于外侧的隔板21与斜腹板1的端面连接；其余的隔板21分别与所述斜腹板1的板面连接；每相邻的两个隔板21之间均填充有混凝土22，请一并参阅图3至图5。具体的，隔板21包括位于外侧的端隔板211和与斜腹板1的端面连接的面隔板212，其中面隔板212上均设有用于使斜腹板1、上翼板11及钢箱梁的下翼板12穿过的通孔213。

具体地，通孔213的截面与上翼板11、斜腹板1及下翼板12的截面相同，也就是说，斜腹板1侧壁与通孔213的内壁抵接。而下翼板12位于隔板21底边的上方。

将斜腹板1竖直设置并固定在支撑组件中，斜腹板1侧壁与通孔213的内壁抵接，斜腹板1的端面与端隔板211朝向斜腹板1的面抵接，斜腹板1被端隔板211及面隔板212限位，实现斜腹板1的限位固定。

支撑组件由多个间隔设置的隔板21组成，结构简单，无需开孔浇注混凝土，只要将混凝土浇注在两个隔板21之间的空腔内即可。简化了浇注混凝土前的操作。需要说明是，在浇注混凝土前，多个隔板的两侧分别设置有模板，用于使浇注的混凝土成型。

为了进一步简化隔板21的尺寸和结构，在上述实施方式的基础上，隔板21的顶边与上翼板11的上表面或下表面共面设置，参阅图3至图5。具体地，隔板21为六边形，顶边与上翼板11的上表面或下表面共面，底边水平，与底边的两端相连的两个边竖直，与顶边的两端相连的两个边倾斜设置。隔板21设置成六边形结构，一方面用于与浇注混凝土时使用的模板良好装配，另一方可减小浇注的混凝土的体积。

具体的，端隔板211的顶边与上翼板11的上表面共面，面隔板212的顶边与上翼板11的下表面共面。通过采用上述技术方案，端隔板211朝向上翼板11的面将上翼板11的端面抵住，面隔板212的顶面支撑着上翼板11的下表面，使上翼板11支撑在面隔板212上，且被端隔板211限位。

由于隔板21起到支撑及固定斜腹板1的作用，为了使隔板21在试验时能够保持良好的固定状态，作为本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置的一种具体实施方式，每组支撑组件的底面均连接有支座3，参阅图1和图2。

具体地，隔板21的底端固定在支座3上，支座3固定在地面上，支座3对隔板21起到固定作用，避免加载过程中出现支撑组件偏移导致试验误差的情况。

请参阅图1，作为本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置的一种具体实施方式，加载组件包括作动器4和与作动器4的输出端连接的加载块5，加载块5的加载力作用在上翼板11的上表面上；斜腹板1的两侧分别设有多组加强肋8，加强肋8的顶端固定在加载块5的侧面，随着加载块5同步升降，且加强肋8的侧边抵接在斜腹板1上，起到避免斜腹板1屈曲的作用。加载组件的使用过程中，首先应启动作动器4，使作动器4的动力输出端为加载块5提供一个竖直方向的加载力，并将该加载力作用于上翼板11的上表面，通过力的传输，实现斜腹板1的加载。

具体地，加载组件可以根据斜腹板1的长度及加载位置设置多组。

由于上翼板21在试验过程中处于倾斜的状态，为了使上翼板21的加载受力部位的各个点受力均匀，作为本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置的一种具体实施方式，加载块5的下表面与上翼板11的上表面平行，参阅图6。加载块5对上翼板11施加作用力时，加载块5的下表面(即加载面)能够对上翼板11的受力部分均匀施力，从而避免出现上翼板11只有一点受力，应力集中的问题。

具体的，作动器4的输出端设有加载板41，加载块5包括多个分别与加载板41连接的加载柱51，多个加载柱51呈矩形阵列分别，其顶端均抵接固定在加载板41的底面上，底端均与上翼板11的上表面平行，在作动器4启动后，四个加载柱51的底面同时抵接在上翼板11的上表面，均匀施加作用力，从而实现疲劳载荷的均匀传递。

请一并参阅图1及图2，作为本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置的一种具体实施方式，加载组件还包括用于支撑作动器4的反力架6；反力架6上设有用于限制作动器4输出加载力的限位计61；具体的，反力架6包括设置在斜腹板1两侧的立柱62和水平连接在两立柱62顶端的反力板63，作动器4固定在反力板63的底面上。限位计61设置在作动器4上，并通过控制系统与作动器4连通。

通过采用上述技术方案，在对斜腹板1进行加载时，上翼板11与作动器4的动力输出端产生一个反作用力，该反作用力直接作用在反力板63上，限位计61对反力板63接受到该作用力后的状态进行监测，若反力板63因该反作用力导致变型，限位计61将此信号通过控制系统传递给作动器4，使作动器4关闭，试验暂停。待更换一组新的反力板63后继续试验，保证了试验结果的准确性，消除因反作用力导致反力板63弯折而生成的误差。

请一并参阅图1及图2，作为本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置的一种具体实施方式，钢箱梁斜腹板疲劳试验装置还包括设置于斜腹板1的两侧且与斜腹板1抵接的挡架7；具体的，挡架7包括抵接在上翼板11侧面的限位板71、倾斜设置的支撑板72和连接板73，支撑板72的顶端与限位板71的顶端固定连接，其主体向外侧倾斜，底端固定在地面上；连接板73水平设置在限位板71和支撑板72之间。

挡架7对斜腹板1起到限位作用，避免试验时斜腹板1发生整体屈曲，以保证试验顺利进行。支撑板72向限位板71提供支撑力，限位板71抵接在上翼板11上，起到限位作用；同时连接板73加强限位板71和支撑板72的强度，增强挡架7的稳定性。

本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置的试验过程如下：

a.建立FEM模型，斜腹板1的实际结构全部参与受力分析；

b.通过加载组件对斜腹板1进行阶段性疲劳试验，计算斜腹板1的疲劳敏感细节应力；

c.通过超声波探伤，测混凝土退出工作的情况；

d.修正步骤a中的FEM模型，计算疲劳敏感细节应力，并与实测值进行对比；

e.斜腹板1发生破坏；

f.计算疲劳损伤；

g.疲劳损伤与通过规范疲劳曲线计算的损伤值进行比较。

其中，步骤a至步骤d是为了避免误差，误差来源于钢-混凝土组合结构桥梁在疲劳荷载作用下，部分混凝土会先于钢结构破坏并退出工作，从而导致结构整体刚度的变化。因此依据原结构钢的实际应力与理论计算并不一致，最终导致分析误差，通过步骤d中修正FEM模型，可有效避免该误差的产生。

需要说明的是，本发明提供的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置可以对任何形式的斜腹板1进行疲劳测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，包括：

两组支撑组件，分别设置于钢箱梁的斜腹板的两端，用于支撑所述斜腹板，并使所述斜腹板保持为竖直状态；每组所述支撑组件内均填充有用于固定所述斜腹板的混凝土；

加载组件，用于向钢箱梁的上翼板加载竖向作用力。

2.如权利要求1所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，所述支撑组件包括多个沿所述斜腹板的长度方向间隔设置的隔板；其中，位于外侧的所述隔板与所述斜腹板的端面连接；其余的所述隔板分别与所述斜腹板的板面连接；每相邻的两个所述隔板之间均填充有所述混凝土。

3.如权利要求2所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，除位于外侧的所述隔板外，其余的所述隔板均设有用于使所述斜腹板、所述上翼板及所述钢箱梁的下翼板穿过的通孔。

4.如权利要求3所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，所述隔板的顶边与所述上翼板的上表面或下表面共面设置。

5.如权利要求1-4任一项所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，每组所述支撑组件的底面均连接有支座。

6.如权利要求1-4任一项所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，所述加载组件包括作动器和与所述作动器的输出端连接的加载块，所述加载块的加载力作用在所述上翼板的上表面上。

7.如权利要求6所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，所述加载块的下表面与所述上翼板的上表面平行。

8.如权利要求7所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，所述作动器的输出端设有加载板，所述加载块包括多个分别与所述加载板连接的加载柱。

9.如权利要求7所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，所述加载组件还包括用于支撑所述作动器的反力架；所述反力架上设有用于限制所述作动器输出加载力的限位计。

10.如权利要求1-4任一项所述的钢箱梁斜腹板疲劳试验装置，其特征在于，所述钢箱梁斜腹板疲劳试验装置还包括设置于所述斜腹板的两侧且与所述斜腹板抵接的挡架。