CN111141627A - 一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置；其包括放大配重荷载的杠杆梁传力装置和施加荷载的恒、活荷载加载装置，其中，杠杆梁采用第一横梁和第二横梁的两级杠杆传力方式，这可显著减小配重块质量；恒载和活荷载加载装置分别采用滑轮组连接的配重块和液压千斤顶施加荷载，且该恒、活荷载可同时或单独施加，恒载加载装置包括加载反力水平梁、滑轮组和配重块，通过钢绞线将配重块自重荷载传递给杠杆梁，进而施加到混凝土试块上；活载加载装置包括下部调高液压千斤顶，下部调高液压千斤顶与电脑控制系统连接，通过控制荷载的大小和频率，用于模拟车致循环荷载。

Description

一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域中的混凝土结构室内试验技术领域，具体为一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置。
背景技术
混凝土桥梁相对于钢桥具有耐久性好、后期运营维护成本低等优点，在现代桥梁结构中占据了重要地位，目前已经建造了大量混凝土结构桥梁，然而，受混凝土收缩或徐变效应影响，大跨度预应力混凝土桥、组合结构桥梁将产生过大的时变变形，且变形的预测准确度较低，这将显著影响桥梁结构的运营安全性，因此，得到了相关学者的广泛关注。针对混凝土的徐变性能，国内外相关学者开展了大量受压、受拉徐变试验，获得了诸多混凝土徐变性能试验数据，为获得混凝土的徐变预测模型，提高大跨度桥梁的预测精度具有重要意义。但是既有试验研究主要针对恒定荷载作用下的混凝土受压、受拉试件，而桥梁结构除承受一期和二期恒载以外，还要承受车辆、人群等活荷载，现有理论分析表明，由活荷载引起的混凝土桥梁的徐变问题不容忽视，在运营后期会超过恒载徐变效应对变形的影响，实际桥梁的变形测试也发现车致循环荷载对桥梁的变形不容忽视，但目前对考虑车致循环荷载作用下的混凝土试块的徐变试验研究较为欠缺。因此，迫切需要提出一种既可以考虑恒定加载，又可以考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置。
发明内容
鉴于现有恒载徐变试验装置的不足和进行车致循环徐变试验的迫切需求，本发明提出了一种实现在恒载和活载作用下，能实际考虑桥梁构件实际受力状态，且加载过程稳定的混凝土结构徐变试验加载装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置，包括设置在基础上的反力墙、第一横梁和第二横梁，第一横梁的一端通过第一销孔与反力墙铰接，在反力墙朝向第一横梁的一侧上设置外侧大，内侧小的梯形凹槽限制第一横梁除绕第一销孔轴旋转外的其他方向的自由度；第一横梁端部在水平方向上与反力墙紧密贴合，保证第一横梁在荷载作用下不发生左右摇摆；第一横梁的另一端上侧通过传压支座搭接第二横梁，用于传递施加的外部荷载；第一横梁靠近反力墙一侧的下表面用于放置需要加载的混凝土试块；混凝土试块外侧表面中间位置安装振弦式应变传感器或电阻应变片，用于测量在恒载或活载作用下的混凝土试块的变形；混凝土试块顶部通过上部受压垫板与第一横梁接触，将第一横梁的荷载有效传递给混凝土试块；混凝土试块底部通过下部调高千斤顶与基础相连接；在不施加放置混凝土试块的时候，第一横梁和基础之间设置支撑竖杆保持该加载装置处于平衡状态；
第二横梁接近传压支座的一端通过后座拉杆将其固定在基础上，第二横梁的另一端通过液压千斤顶作动器和上滑轮组分别实现活荷载和恒荷载的施加；液压千斤顶作动器上端与加载反力架连接，通过控制液压千斤顶作动器的作用荷载大小和频率，用于施加活荷载；液压千斤顶作动器的下端通过橡胶缓冲装置与第二横梁连接；上滑轮组的上端通过第二销孔与第二横梁铰接，用于传递恒荷载；上滑轮组的下端通过滑轮线与下滑轮组相连；下滑轮组的下端固定到基础上；加载反力架中间位置沿水平方向安装加载反力架水平梁，在加载反力架水平梁的端部设置可以转动的水平滑轮组；下滑轮组通过滑轮线依序经过上滑轮组和水平滑轮组后与配重块相连；配重块悬挂到水平滑轮组外侧和加载反力架水平梁的下部，用于施加恒荷载。
进一步的，在所述传压支座的下方，所述第一横梁上设有与所述传压支座相匹配的凹槽，所述第二横梁搭接在所述第一横梁的凹槽内，用来防止在荷载施加过程中所述第二横梁的梁平面外偏移。
进一步的，所述传压支座由橡胶制成，用于消除由于周期性振动荷载对所述第一横梁和所述第二横梁的损伤破坏。
进一步的，所述第一横梁和所述第二横梁由标准工字梁或钢板焊接的加肋工字梁制成。
进一步的，所述后座拉杆由螺纹钢筋制成，并在中间断开，断开处螺纹连接一个调长螺母，通过旋转调长螺母调节所述后座拉杆的长短，保证所述第二横梁处于水平位置。
进一步的，所述上滑轮组、所述下滑轮组和所述水平滑轮组都包括多组滑轮，每组滑轮上均施加配置块，以增大施加荷载。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1.本发明加载装置简单，且各部件制造加工难度小，常规钢结构预制场即可预制完成，施工方便，成本较低且安全可靠，加载装置可重复利用。既可以用于普通棱柱体及圆柱体混凝土试块，又可以用于钢管混凝土柱、钢筋混凝土梁等的车致循环徐变试验加载，具有广泛的应用和推广价值。
2.本发明可实现恒荷载与活荷载的共同或单独施加，且活荷载的振动频率和荷载大小可通过电脑控制的液压千斤顶自动控制，加载方便快捷。
3.本发明采用动滑轮连接配重和千斤顶联合加载的方式进行加载，通过动滑轮不仅可有效保证施加恒荷载的稳定；而且在后续的活荷载的施加过程中，横梁将产生变形，滑轮线也将产生于梁体一致的变形，从而保证在施加活荷载过程中的恒载处于稳定状态。
附图说明
图1为本发明实施例的三维视图。
图2为本实施例涉及混凝土试块和第一横梁的纵断面示意图。
图3为本实施例涉及第二横梁的纵断面示意图。
图4为图3中A-A方向的剖面示意图。
图5为图4中B-B方向的剖面示意图。
图6为反力墙的横截面示意图。
图中，1-第一横梁；2-第二横梁；3-支撑竖杆；4-后座拉杆；5-加载反力架；6-液压千斤顶作动器；7-上滑轮组；8-下滑轮组；9-水平滑轮组；10-加载反力架水平梁；11-配重块；12-第一销孔；13-振弦式应变传感器；14-混凝土试块；15-上部受压垫板；16-下部调高千斤顶；17-反力墙；18-基础；19-梯形凹槽；20-橡胶缓冲装置；21-第二销孔；22-滑轮线；23-凹槽；24-传压支座；25-调长螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例做进一步的说明。
如图1-图6所示，本发明一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置，包括设置在基础18上的反力墙17、第一横梁1和第二横梁2，第一横梁1的一端通过第一销孔12与反力墙17铰接，在反力墙17朝向第一横梁1的一侧上设置外侧大，内侧小的梯形凹槽19限制第一横梁1除绕第一销孔12轴旋转外的其他方向的自由度；第一横梁1端部在水平方向上与反力墙17紧密贴合，保证第一横梁1在荷载作用下不发生左右摇摆；第一横梁1的另一端上侧通过传压支座24搭接第二横梁2，用于传递施加的外部荷载；第一横梁1靠近反力墙17一侧的下表面用于放置需要加载的混凝土试块14；混凝土试块14外侧表面中间位置安装振弦式应变传感器13或电阻应变片，用于测量在恒载或活载作用下的混凝土试块14的变形；混凝土试块14顶部通过上部受压垫板15与第一横梁1接触，将第一横梁1的荷载有效传递给混凝土试块14；混凝土试块14底部通过下部调高千斤顶16与基础18相连接；在不施加放置混凝土试块14的时候，第一横梁1和基础18之间设置支撑竖杆3保持该加载装置处于平衡状态；
第二横梁2接近传压支座24的一端通过后座拉杆4将其固定在基础18上，第二横梁2的另一端通过液压千斤顶作动器6和上滑轮组7分别实现活荷载和恒荷载的施加；液压千斤顶作动器6上端与加载反力架5连接，通过控制液压千斤顶作动器6的作用荷载大小和频率，用于施加活荷载；液压千斤顶作动器6的下端通过橡胶缓冲装置20与第二横梁2连接；上滑轮组7的上端通过第二销孔21与第二横梁2铰接，用于传递恒荷载；上滑轮组7的下端通过滑轮线22与下滑轮组8相连；下滑轮组8的下端固定到基础18上；加载反力架5中间位置沿水平方向安装加载反力架水平梁10，在加载反力架水平梁10的端部设置可以转动的水平滑轮组9；下滑轮组8通过滑轮线22依序经过上滑轮组7和水平滑轮组9后与配重块11相连；配重块11悬挂到水平滑轮组9外侧和加载反力架水平梁10的下部，用于施加恒荷载。
在传压支座24的下方，第一横梁1上设有与传压支座24相匹配的凹槽23，第二横梁2搭接在第一横梁1的凹槽23内，用来防止在荷载施加过程中第二横梁2的梁平面外偏移。传压支座24由橡胶制成，用于消除由于周期性振动荷载对第一横梁1和第二横梁2的损伤破坏。
第一横梁1和第二横梁2由标准工字梁或钢板焊接的加肋工字梁制成。后座拉杆4由螺纹钢筋制成，并在中间断开，断开处螺纹连接一个调长螺母25，通过旋转调长螺母25调节后座拉杆4的长短，保证第二横梁2处于水平位置。上滑轮组7、下滑轮组8和水平滑轮组9都包括三组滑轮，每组滑轮上均施加配置块11，以增大施加荷载。第二横梁2末端的侧翼与滑轮组体系用销钉连接，上滑轮组7与加载反力架5相连，加载反力架水平梁10固定在加载反力架5上，且反力架水平梁10可以上下调整其位置，保证上滑轮组7的滑轮线22与水平滑轮组9上的滑轮线处于同一条水平线上。在其他一些具体实例中，本例中的定滑轮体系还可以额外增减滑轮的数量来满足实际受力需要。
在本实施例中，第一横梁1或第二横梁2中，杠杆的力臂之比可设置为1:5，即第一横梁1上，第一横梁1靠近反力墙17的一端到混凝土试件14上方支点的距离与第一横梁1与第二横梁2相交处到混凝土14上方支点处距离之比为1:5，能较好的满足受力要求。梯形凹槽19的宽度与第一横梁1的宽度相当，梯形凹槽的高度较第一横梁1的高度大，深度可以设置为5-10cm。
具体的，本试验装置需要确定所需恒荷载与活荷载之间的比例关系，一般汽车荷载占恒荷载的20%左右，所以根据所需施加的混凝土极限强度f c A，施加0.3f c A恒荷载，可施加0.06f c A活荷载，即能满足车致循环荷载的徐变试验加载要求。
本发明实施例的实验步骤如下：
S1.在混凝土试块14还未放置于下部调高千斤顶16上侧之前，第一横梁1的末端下设置支撑竖杆3，以维持整个结构的稳定；
S2.在浇筑完成并达到一定养护龄期的混凝土或其他组合结构的徐变混凝土试块14表面粘贴振弦式应变传感器13或其他测试装置，将其放置到下部调高千斤顶16和上部受压垫板15之间；
S3.在滑轮线22端部放置配重块11，对混凝土试块14施加外部荷载，受制作误差和结构变形等因素影响，第一横梁1会发生上下转动，而不处于水平位置，此时，通过对下部调高千斤顶16缓慢施加或减小油压的方式调节第一横梁1处于水平位置，同时去掉支撑竖杆3；
S4.通过旋转调长螺母25，调节后座拉杆4和滑轮线22长度，保证第二横梁2处于水平位置；
S5.将振弦式应变传感器13和液压千斤顶作动器6的测量线和控制线与电脑连接，通过电脑程序控制液压千斤顶作动器6的荷载大小和震动频率，实现活荷载的施加；施加荷载的同时，定期测量混凝土试块内部的应变，并实时记录。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (6)

1.一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置，其特征在于：包括设置在基础（18）上的反力墙（17）、第一横梁（1）和第二横梁（2），第一横梁（1）的一端通过第一销孔（12）与反力墙（17）铰接，在反力墙（17）朝向第一横梁（1）的一侧上设置外侧大，内侧小的梯形凹槽（19）限制第一横梁（1）除绕第一销孔（12）轴旋转外的其他方向的自由度；第一横梁（1）端部在水平方向上与反力墙（17）紧密贴合，保证第一横梁（1）在荷载作用下不发生左右摇摆；第一横梁（1）的另一端上侧通过传压支座（24）搭接第二横梁（2），用于传递施加的外部荷载；第一横梁（1）靠近反力墙（17）一侧的下表面用于放置需要加载的混凝土试块（14）；混凝土试块（14）外侧表面中间位置安装振弦式应变传感器（13）或电阻应变片，用于测量在恒载或活载作用下的混凝土试块（14）的变形；混凝土试块（14）顶部通过上部受压垫板（15）与第一横梁（1）接触，将第一横梁（1）的荷载有效传递给混凝土试块（14）；混凝土试块（14）底部通过下部调高千斤顶（16）与基础（18）相连接；在不施加放置混凝土试块（14）的时候，第一横梁（1）和基础（18）之间设置支撑竖杆（3）保持该加载装置处于平衡状态；
第二横梁（2）接近传压支座（24）的一端通过后座拉杆（4）将其固定在基础（18）上，第二横梁（2）的另一端通过液压千斤顶作动器（6）和上滑轮组（7）分别实现活荷载和恒荷载的施加；液压千斤顶作动器（6）上端与加载反力架（5）连接，通过控制液压千斤顶作动器（6）的作用荷载大小和频率，用于施加活荷载；液压千斤顶作动器（6）的下端通过橡胶缓冲装置（20）与第二横梁（2）连接；上滑轮组（7）的上端通过第二销孔（21）与第二横梁（2）铰接，用于传递恒荷载；上滑轮组（7）的下端通过滑轮线（22）与下滑轮组（8）相连；下滑轮组（8）的下端固定到基础（18）上；加载反力架（5）中间位置沿水平方向安装加载反力架水平梁（10），在加载反力架水平梁（10）的端部设置可以转动的水平滑轮组（9）；下滑轮组（8）通过滑轮线（22）依序经过上滑轮组（7）和水平滑轮组（9）后与配重块（11）相连；配重块（11）悬挂到水平滑轮组（9）外侧和加载反力架水平梁（10）的下部，用于施加恒荷载。
2.根据权利要求1所述的一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置，其特征在于：在所述传压支座（24）的下方，所述第一横梁（1）上设有与所述传压支座（24）相匹配的凹槽（23），所述第二横梁（2）搭接在所述第一横梁（1）的凹槽（23）内，用来防止在荷载施加过程中所述第二横梁（2）的梁平面外偏移。
3.根据权利要求1所述的一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置，其特征在于：所述传压支座（24）由橡胶制成，用于消除由于周期性振动荷载对所述第一横梁（1）和所述第二横梁（2）的损伤破坏。
4.根据权利要求1所述的一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置，其特征在于：所述第一横梁（1）和所述第二横梁（2）由标准工字梁或钢板焊接的加肋工字梁制成。
5.根据权利要求1所述的一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置，其特征在于：所述后座拉杆（4）由螺纹钢筋制成，并在中间断开，断开处螺纹连接一个调长螺母（25），通过旋转调长螺母（25）调节所述后座拉杆（4）的长短，保证所述第二横梁（2）处于水平位置。
6.根据权利要求1所述的一种考虑车致循环荷载作用下的混凝土徐变试验加载装置，其特征在于：所述上滑轮组（7）、所述下滑轮组（8）和所述水平滑轮组（9）都包括多组滑轮，每组滑轮上均施加配置块（11），以增大施加荷载。
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