CN111562073A - 一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，通过在轨道车上设置电磁铁，以及在轨道下方开挖凹槽内吊挂配重挂篮，简便地实现恒载与列车运营活荷载的共同施加，且列车运营活荷载的大小可通过增加或减小电磁铁线圈数及轨道车内的配重块数目调节，实现加载的恒载和活载恒定，无需间隔一定时间增加荷载；本发明可通过列车上的电磁铁及固定到地基上的永久磁铁的吸引力增大列车荷载；可通过在轨道直线段预留孔洞的方式一次性施加多根受弯混凝土主梁的列车活荷载，有效地提高了使用效率。

Description

一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，更具体地说，涉及一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置。
背景技术
铁路混凝土桥梁较一般公路桥梁具有活荷载占自重的比例较高等特点，且受混凝土徐变影响，大跨度预应力混凝土桥梁将产生过大的预应力损失和时变变形，随时间的变化，跨中变形将严重影响列车的安全运营。且近年来由桥梁长期变形引发的事故逐年增多，究其原因，是传统混凝土徐变变形预测时忽略了列车运营荷载对长期变形的增大效应，而在桥梁设计阶段显著低估了实际的结构变形。虽然目前相关学者对恒定荷载作用下的混凝土桥梁进行了大量的实测和理论分析工作，获得了诸多有益的结论，但铁路桥梁除承受恒载外，还承受较大的列车荷载，这些活荷载引起的混凝土桥梁徐变变形问题不容忽视。目前相关学者大多以集中荷载循环往复加载的方式模拟行车荷载，上述荷载仅能模拟定点集中荷载，不能有效模拟列车行走运行轨迹对长期变形的影响，即目前对车致循环荷载作用下的铁路桥梁的徐变试验研究较为欠缺，究其原因是徐变实验装置较为匮乏，且存在如何在采用尺寸较小的缩尺模型车的前提下尽可能增大列车运行荷载的技术难题。
发明内容
鉴于现有循环荷载作用下的混凝土桥梁徐变试验装置的不足和进行车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验的迫切需求，本发明提出了一种能模拟铁路列车运营荷载，且加载过程稳定的铁路桥梁徐变试验加载装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，包括：
受弯混凝土主梁、配重挂篮、轨道及轨道车；其中，轨道为平直段和圆弧段组成的环线，轨道车在轨道上行驶，模拟火车荷载；在轨道的平直段向下开设长方体的开挖凹槽，开挖凹槽顶部边缘在轨道延伸方向相对设置支座，受弯混凝土主梁平行设置两条，沿轨道延伸方向架设于支座上，且顶部与轨道表面齐平；二者中心轴的距离与轨道车的左右车轮间距相同；两条受弯混凝土主梁上设置梁顶轨道，对接轨道，以使轨道车在受弯混凝土主梁上方移动；在受弯混凝土主梁底部分别设置多个电子百分表，用于测量荷载作用下受弯混凝土主梁的竖向和水平位移；同时在受弯混凝土主梁侧壁设置电阻应变传感器，与电脑测试箱连接，用于实时测量轨道车运行一定时间后的应变值；两条受弯混凝土主梁的两侧壁分别固定设置一配重钢柱，配重钢柱与受弯混凝土主梁的延伸方向垂直，在配重钢柱上缠绕配重加载钢丝，在配重加载钢丝下端连接配重挂篮，用以放置永久荷载配重块。
其中，受弯混凝土主梁侧边的开挖凹槽内壁固定设置永久磁铁，同时在轨道车上设置电磁铁装置，电磁铁装置通电产生磁性，受到永久磁铁的吸引力，进一步增大轨道车在经过受弯混凝土主梁时的荷载，保证受弯混凝土主梁上施加的荷载满足徐变试验的要求。
其中，电磁铁装置包括电磁铁、电磁铁控制开关及蓄电池，电磁铁设置于轨道车的前后车轮之间，电磁铁控制开关及蓄电池固定于轨道车上，均连接电磁铁；当轨道车通过受弯混凝土主梁时，自动激发闭合电磁铁控制开关，电磁铁接通电源，产生磁性；蓄电池同时连接至轨道车，以向轨道车提供移动能源。
其中，电子百分表分别设置于受弯混凝土主梁底部两端及跨中位置，电阻应变传感器固定设置于受弯混凝土主梁侧壁跨中位置。
其中，轨道车由双轮组成，双轮宽度与左右两侧受弯混凝土主梁中心距离相同，所述受弯混凝土主梁的梁顶中心位置设置梁顶轨道，梁顶轨道截面中心距离与轨道车宽度相等，从而保证轨道车在轨道及梁顶轨道上正常行驶。
实施本发明的车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，通过在轨道车上设置电磁铁，以及在轨道下方开挖凹槽内吊挂配重挂篮，简便的实现恒载与列车运营活荷载的共同施加，且列车运营活荷载的大小可通过增加或减小电磁铁线圈数及轨道车内的配重块数目调节，实现加载的恒载和活载恒定，无需间隔一定时间增加荷载；本发明可通过列车上的电磁铁及固定到地基上的永久磁铁的吸引力增大列车荷载；轨道可通过预留孔洞的方式一次性施加多根受弯混凝土主梁的列车活荷载，有效地提高了使用效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供的一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置的轨道及整体结构的外部俯视示意图。
图2是本发明提供的一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置涉及受弯混凝土主梁、轨道和轨道车的侧视示意图。
图3是本发明提供的一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置涉及受弯混凝土主梁、轨道和轨道车正视示意图。
图4是本发明提供的一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置中轨道车的结构示意图。
图中，1-受弯混凝土主梁；2-配重挂篮；3-轨道；4-轨道车；5-电磁铁；6-电磁铁控制开关；7-永久磁铁；8-下挖凹槽；9-蓄电池；10-梁顶轨道；11-配重钢柱；12-配重加载钢丝；13-电子百分表；14-电阻应变片；15-支座；16-轨道车配重。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参阅图1-图3，本发明提供了一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，包括：
受弯混凝土主梁1、配重挂篮2、轨道3及轨道车4；其中，轨道3为平直段和圆弧段组成的环线，轨道车4在轨道3上行驶，模拟火车荷载；在轨道3的平直段向下开设长方体的开挖凹槽8，开挖凹槽8顶部边缘在轨道3延伸方向相对设置支座15，受弯混凝土主梁1平行设置两条，沿轨道3延伸方向架设于支座15上，且顶部与轨道3表面齐平；二者中心轴的距离与轨道车4的左右车轮间距相同；两条受弯混凝土主梁1上设置梁顶轨道10，对接轨道3，以使轨道车4在受弯混凝土主梁1上方移动；在受弯混凝土主梁1底部设置多个电子百分表13，用于测量荷载作用下受弯混凝土主梁1的竖向和水平位移；同时在受弯混凝土主梁1侧壁设置电阻应变传感器14，与电脑测试箱连接，用于实时测量轨道车4运行一定时间后的应变值；两条受弯混凝土主梁1的两侧壁分别固定设置一配重钢柱11，配重钢柱11与受弯混凝土主梁1的延伸方向垂直，在配重钢柱11上缠绕配重加载钢丝12，在配重加载钢丝12下端连接配重挂篮2，用以放置永久荷载配重块。
其中，受弯混凝土主梁1侧边的开挖凹槽8内壁固定设置永久磁铁7，同时在轨道车4上设置电磁铁装置，电磁铁装置通电产生磁性，受到永久磁铁7的吸引力，进一步增大轨道车4在经过受弯混凝土主梁1时的荷载，保证受弯混凝土主梁1上施加的荷载满足徐变试验的要求。
其中，电磁铁装置包括电磁铁5、电磁铁控制开关6及蓄电池9，电磁铁5设置于轨道车4的前后车轮之间，电磁铁控制开关6及蓄电池9固定于轨道车4上，均连接电磁铁5；当轨道车4通过受弯混凝土主梁1时，自动激发闭合电磁铁控制开关6，电磁铁5接通电源，产生磁性；蓄电池9同时连接至轨道车4，以向轨道车4提供移动能源。轨道车4的结构如图4所示。
梁顶轨道10和轨道3的上侧放置轨道车4，所述双轮轨道车4设置有电磁铁5，电磁铁控制开关6和蓄电池9，所述若干电磁铁5设置到轨道车4的两侧；所述蓄电池9设置到轨道车4后侧，用于给电磁铁5供电；电磁铁控制开关6受永久磁铁7控制，若电磁铁控制开关6靠近永久磁铁7，则触发电磁铁控制开关6，接通电磁铁5的电流，产生磁力，与永久磁铁7产生吸引力，满足活载受力需求；若电磁铁控制开关6远离永久磁铁7，则触发电磁铁控制开关6，切断电磁铁5的电流，磁力消失，与永久磁铁7的吸引力消失；电磁铁5与永久磁铁7的吸引力能满足施加到受弯混凝土主梁1上的活载要求。
永久磁铁7放到受弯混凝土主梁7的下部两侧的开挖凹槽8位置，通过螺栓可固定到下挖凹槽8上，具有可拆卸性，在具体实施中，在安装受弯混凝土主梁7的时候可以拆除，安装完毕后再重新安装。
其中，电子百分表13分别设置于受弯混凝土主梁1底部两端及跨中位置，电阻应变传感器14固定设置于受弯混凝土主梁1侧壁跨中位置。
其中，轨道车4由双轮组成，双轮宽度与左右两侧受弯混凝土主梁1中心距离相同，所述受弯混凝土主梁1的梁顶中心位置设置梁顶轨道10，梁顶轨道10截面中心距离与轨道车4宽度相等，从而保证轨道车4在轨道3及梁顶轨道10上正常行驶。
其中，轨道车4车身内设置多个配重负载孔洞，用于加载不同重量的负载轨道车配重16。
在本实施例中，开挖凹槽8为长方体，其宽度可设置为2~3m，深度可设置为1.5m，长度设置为4~5m。
具体的，本试验装置需要确定所需恒荷载与列车运营活荷载之间的比例关系，一般高铁列车荷载占恒荷载的20%左右，所以根据加载的受弯混凝土主梁截面尺寸和配筋情况，施加配重块所需要的恒荷载和列车运营荷载所需要的电磁铁线圈数目和配重荷载大小，即能满足车致循环荷载的徐变试验加载要求。
本发明实施例利用车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置进行实验的实验步骤如下：
S1.平整场地，安装轨道3的直线段和圆弧段，在轨道3的直线段，即受弯混凝土主梁1加载位置挖一个深度约1.5m，宽度为2m的开挖凹槽8，用于放置受弯混凝土主梁1及其恒载配重块和测量装置；
S2.在浇筑完成并达到一定养护龄期的受弯混凝土主梁1表面粘贴振弦式应变传感器作为电阻应变传感器14，通过支座15放置到开挖凹槽8内；
S3.在距离受弯混凝土主梁1梁身侧壁距离支座15的2/3处，放置配重钢柱11，然后在配重钢柱11上连接配重钢丝12，在配重钢丝12下侧连接配重挂篮2，在配重挂篮2内放置一定数目的钢配重块，用于模拟自重等恒定荷载；
S4. 在受弯混凝土主梁1上侧安装梁顶轨道10，将梁顶轨道10的卡槽正好卡到受弯混凝土主梁1上，保证其横向稳定性；
S5. 在受弯混凝土主梁1的支座15和底部跨中安装电子百分表位移计13，将电阻应变传感器14和电子百分表位移计13的测量线和控制线与电脑连接，用于实时读取电子百分表13和电阻应变传感器14上的数据；
S6. 采用螺栓将永久磁铁7安装固定到开挖凹槽8上；
S7. 将轨道车4放置到轨道3上，用电脑控制系统控制轨道车4的运行速度；同时打开轨道车3上的电磁铁控制装置6，并测试通电后轨道车3产生的移动荷载能否满足施加到受弯混凝土主梁1上的荷载要求；
S8. 可通过电脑程序控制列车运营速度的大小，通过电磁铁5在经过受弯混凝土主梁1上方时施加电磁吸引力的方式，实现列车运营活荷载的施加；施加荷载的同时，定期测量粘结到受弯混凝土主梁内部的应变，并实时记录。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，其特征在于，包括：受弯混凝土主梁（1）、配重挂篮（2）、轨道（3）及轨道车（4）；其中，轨道（3）为平直段和圆弧段组成的环线，轨道车（4）在轨道（3）上行驶，模拟火车荷载；在轨道（3）的平直段向下开设长方体的开挖凹槽（8），开挖凹槽（8）顶部边缘在轨道（3）延伸方向相对设置支座（15），受弯混凝土主梁（1）平行设置两条，沿轨道（3）延伸方向架设于支座（15）上，且顶部与轨道（3）表面齐平；受弯混凝土主梁（1）中心轴的距离与轨道车（4）的左右车轮间距相同；两条受弯混凝土主梁（1）上设置梁顶轨道（10），对接轨道（3），以使轨道车（4）在受弯混凝土主梁（1）上方移动；在受弯混凝土主梁（1）底部设置多个电子百分表（13），用于测量荷载作用下受弯混凝土主梁（1）的竖向和水平位移；同时在受弯混凝土主梁（1）侧壁设置电阻应变传感器（14），与电脑测试箱连接，用于实时测量轨道车（4）运行时受弯混凝土主梁（1）的应变值；两条受弯混凝土主梁（1）的两侧壁分别固定设置一配重钢柱（11），配重钢柱（11）与受弯混凝土主梁（1）的延伸方向垂直，在配重钢柱（11）上缠绕配重加载钢丝（12），在配重加载钢丝（12）下端连接配重挂篮（2），用以放置永久荷载配重块。
2.根据权利要求1所述的车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，其特征在于，受弯混凝土主梁（1）侧边的开挖凹槽（8）内壁固定设置永久磁铁（7），同时在轨道车（4）上设置电磁铁装置，电磁铁装置通电产生磁性，受到永久磁铁（7）的吸引力，进一步增大轨道车（4）在经过受弯混凝土主梁（1）时的荷载，保证受弯混凝土主梁（1）上施加的荷载满足徐变试验的要求。
3.根据权利要求2所述的车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，其特征在于，电磁铁装置包括电磁铁（5）、电磁铁控制开关（6）及蓄电池（9），电磁铁（5）设置于轨道车（4）的前后车轮之间，电磁铁控制开关（6）及蓄电池（9）固定于轨道车（4）上，均连接电磁铁（5）；当轨道车（4）通过受弯混凝土主梁（1）时，自动激发闭合电磁铁控制开关（6），电磁铁（5）接通电源，产生磁性；蓄电池（9）同时连接至轨道车（4），以向轨道车（4）提供移动能源。
4.根据权利要求1所述的车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，其特征在于，电子百分表（13）分别设置于受弯混凝土主梁（1）底部两端及跨中位置，电阻应变传感器（14）固定设置于受弯混凝土主梁（1）侧壁跨中位置。
5.根据权利要求1所述的车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，其特征在于，轨道车（4）由双轮组成，双轮宽度与左右两侧受弯混凝土主梁（1）中心距离相同，所述受弯混凝土主梁（1）的梁顶中心位置设置梁顶轨道（10），梁顶轨道（10）截面中心距离与轨道车（4）宽度相等，从而保证轨道车（4）在轨道（3）及梁顶轨道（10）上正常行驶。
6.根据权利要求1所述的车致循环荷载作用下的铁路桥梁徐变试验加载装置，其特征在于，轨道车（4）车身内设置多个配重负载孔洞，用于加载不同重量的负载轨道车配重（16）。
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