CN111622091A - 一种预制桥墩的受力试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预制桥墩的受力试验方法，墩高8m、12m和15m的预制桥墩呈品字形排列；试验方法包括以下步骤，S1、纵向反力架拼装；S2、竖向反力架拼装；S3、横向反力架施工拼装；S4：使用竖向反力架对预制桥墩施加竖向反力，模拟预制桥墩承受竖向荷载；然后使用纵向反力架，对预制桥墩施加纵向水平力，观察预制桥墩在纵向水平力作用下的变化情况；S5：使用竖向反力架对预制桥墩施加竖向反力，模拟预制桥墩承受竖向荷载；然后使用横向反力架对预制桥墩施加横向水平力，观察预制桥墩在横向水平力作用下的位移情况。本发明中的预制桥墩受力试验方法能够快速准确的测试出预制桥墩的受力情况，为预制桥墩投入使用奠定基础；试验方法简单，成本低。

Description

一种预制桥墩的受力试验方法
技术领域
本发明涉及预制桥墩技术领域，尤其涉及一种预制桥墩的受力试验方法。
背景技术
高架桥即跨线桥，尤指搁在一系列狭窄钢筋混凝土或圬工拱上，具有高支撑的塔或支柱，跨过山谷、河流、道路或其他低处障碍物的桥梁，城市发展后，交通拥挤，建筑物密集，而街道又难于拓宽，采用这种桥可以疏散交通密度，提高运输效率。此外，在城市间的高速公路或铁路，为避免和其他线路平面交叉、节省用地、减少某些地区的路基沉陷，也可不用路堤而采用这种桥。
由于城市间的高架地形、线形复杂，道路端面宽度不断变化，因此城市高架的桥墩一般都是现场浇筑而成的，然而由于现场浇筑桥墩不仅耗费周期长、对周围环境影响大，还存在质量不稳定、成本高的缺陷，因此人们采用预制桥墩进行高架的建造。
预制桥墩在拼装完成后，必须先进行受力试验，测试预制桥墩能够承受的竖向反力、最大纵向水平力以及横向力，根据测试结果得出预制桥墩的受力情况，从而决定预制桥墩是否能够投入使用。目前预制桥墩试验工作仅限于一些实验室内按照小比例进行模拟试验，用小比例模拟试验数据来分析实际桥墩的各项技术指标。此方法的试验数据准确性底，不真实。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种能够对不同高度的预制桥墩进行纵向水平力、横向力试验的预制桥墩受力试验方法，该试验方法将桥梁结构按照1:1的比例进行制作，向预制桥墩施加纵向水平力和横向力进行试验，操作简便，试验数据准确，能够可靠评估预制桥墩的抗震能力。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种预制桥墩的受力试验方法，所述预制桥墩包括墩高8m、12m和15m的预制桥墩，且所述墩高8m、12m和15m的预制桥墩呈品字形排列；所述受力试验包括纵向水平力试验和横向水平力试验，其特征在于，每个预制桥墩的纵向水平力试验与横向水平力试验共用一个竖向反力架；所述受力试验方法包括以下步骤，
S1、纵向反力架拼装：在所述墩高8m、12m和15m的预制桥墩品字形排列中间处拼装纵向反力架；
S2、竖向反力架拼装：分别在所述墩高8m、12m和15m的预制桥墩顶部拼装竖向反力架；
S3、横向反力架施工拼装：分别在墩高8m、12m和15m的预制桥墩外侧横轴上施工拼装横向反力架，并将所述横向反力架与其对应的预制桥墩连接起来；
S4：使用步骤S2中的竖向反力架分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加竖向反力，模拟预制桥墩承受竖向荷载；然后使用步骤S1中的纵向反力架，分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加纵向水平力，观察预制桥墩在纵向水平力作用下的变化情况；
S5：使用步骤S2中的竖向反力架分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加竖向反力，模拟预制桥墩承受竖向荷载；然后使用步骤S3中的横向反力架，分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加横向水平力，观察预制桥墩在横向水平力作用下的位移情况。
进一步的，所述纵向反力架包括底面框架，所述底面框架的四角分别设有斜向支撑梁，四个所述斜向支撑梁对称设置形成梯形结构；
所述底面框架的顶面向上固定连接有四个钢立柱，四个所述钢立柱以所述底面框架的中心为中心，呈中心对称分布，每个所述钢立柱的顶部与其对应的斜向支撑梁的顶部固定连接；
相邻的两个所述钢立柱之间均设有多层中间支撑梁，同一层的四个所述中间支撑梁高度相同，所述中间支撑梁与其对应的钢立柱之间固定连接；每层四个所述中间支撑梁之间铺设有用于工人操作以及放置试验器材的作业平台；
每个所述中间支撑梁的侧面均设有第一试验预留孔；
所述纵向反力架还包括放置在所述底面框架上的预压块。
进一步的，所述纵向反力架拼装的具体操作步骤括，
S11：拼装底面框架；
S12：在底面框架中间一格的四角连接四个钢立柱；
S13：在底面框架的外周四角连接四个斜向支撑梁，并将所述斜向支撑梁的顶部与钢立柱的顶部连接起来；
S14：在钢立柱上从下往上依次连接中间支撑梁，中间支撑梁的侧壁上提前钻设有第一试验预留孔；
S15：在每层的中间支撑梁上铺设作业平台；
S16：在底面框架上堆载预压块。
进一步的，所述竖向反力架包括竖向施加力体系、竖向传力体系和竖向受力体系；
所述竖向施加力体系包括反力架盖梁、活动支座、第一穿心千斤顶和第一钢垫板；所述反力架盖梁的底部对称设有两个活动支座，每个所述活动支座的底部对应安装有第一穿心千斤顶，每个所述第一穿心千斤顶的底部均设有第一钢垫板，所述第一钢垫板位于预制桥墩的预制盖梁上；所述反力架盖梁上设有多个第二试验预留孔，所述竖向传力体系通过所述反力架盖梁上的第二试验预留孔与所述竖向受力体系连接；
所述竖向受力体系包括竖向受力转换架、竖向受力钢板和竖向锚棒，所述竖向传力体系的底部与所述竖向受力转换架相连，所述竖向受力转换架的底部连接有竖向受力钢板，所述竖向受力钢板的底部与所述锚棒的顶部连接，所述锚棒的底部埋设于预制桥墩的预制承台中；
所述竖向传力体系包括多根精轧螺纹钢、螺母和连接器，所述连接器将多根所述精轧螺纹钢连接接长，连接后的多根精轧螺纹钢的顶部通过螺母与所述第二试验预留孔固定连接，连接后的多根精轧螺纹钢的底部与所述竖向受力转换架上的连接孔也通过螺母固定连接。
进一步的，所述竖向反力架拼装的具体操作包括，
S21：预制承台的钢筋绑扎完成后，将竖向受力钢板和锚棒相连，将锚棒插入预制承台的钢筋内部，调整好竖向受力钢板的平面位置后，将锚棒浇筑在混凝土中，竖向受力钢板外露在混凝土表面；
S22：拼装竖向受力转换架；
S23：将竖向受力转换架与竖向受力钢板相连；
S24：将竖向受力转换架与竖向传力体系的底部进行连接，并依次向上拼装竖向传力体系的下部分；
S25：分别拼装反力架盖梁和活动支座，然后将活动支座固定在反力架盖梁的底部；
S26：在反力架盖梁的第二试验预留孔上连接竖向传力体系的上部分；
S27：在预制盖梁的顶部放样出活动支座对应的位置，也即第一钢垫板对应的位置，找平后放置第一钢垫板，摆放第一穿心千斤顶；
S28：将步骤S26中连接形成的反力架盖梁和活动支座整体进行吊装，将其摆放在第一穿心千斤顶上；
S29：将反力架盖梁上连接的竖向传力体系的上部分与竖向受力转换架上连接的竖向传力体系的下部分进行固定连接。
进一步的，所述横向反力架包括横向反力墩、横向传力体系和横向受力转换架；
所述横向反力墩包括地锚承台和张拉台座，所述地锚承台的顶部与地面齐平，所述张拉台座固定连接在所述地锚承台的顶部，且所述张拉台座在远离预制桥墩的一侧设有倒三角结构，所述倒三角结构的斜面与预制桥墩的横向拉力方向垂直；所述倒三角结构处设有第二钢垫板，所述张拉台座中设有预埋钢管，所述第二钢垫板位于所述预埋钢管的端部；
所述横向受力转换架包括横梁，所述横梁的两侧均固定连接有支撑架，所述横梁上设有与所述横向传力体系连接的钢绞线连接孔，两个所述支撑架远离所述横梁的一端开设有用于与预制桥墩连接的预制桥墩连接孔；
所述横向传力体系包括第二千斤顶、锚具和第二钢绞线，所述第二千斤顶安装在所述横向反力墩的倒三角结构处，所述第二钢绞线的一端与所述第二千斤顶连接，另一端通过所述横梁与所述锚具连接，所述锚具安装在所述横梁内侧。
进一步的，横向反力架施工拼装的具体操作包括，
S31：在预制桥墩外侧横轴上挖设一个基坑，在所述基坑中浇筑地锚承台；
S32：在地锚承台的顶部进行张拉台座施工，安装预埋钢管和第二钢垫板，完成横向反力墩的施工；
S33：拼装横向受力转换架，并将其安装在预制盖梁的侧面；
S34：在横向反力墩上安装第二千斤顶，使用第二钢绞线将第二千斤顶与横向受力转换架进行连接。
进一步的，步骤S4中对预制桥墩施加纵向水平力的具体步骤包括，
S41：使用第一钢绞线将预制桥墩的预制盖梁与纵向反力架连接，并在预制盖梁和纵向反力架上第一钢绞线的两端各放置一个千斤顶；
S42：通过预制桥墩顶部的竖向反力架对预制桥墩施加向下竖向反力；
S43：通过步骤S41中的两个千斤顶张拉第一钢绞线，对预制墩柱施加纵向反力。
本发明的有益效果是：
1、本发明中的预制桥墩受力试验方法是将桥梁结构按照1:1的比例进行制作，试验时向预制桥墩施加竖向力、横向力和纵向力都是桥梁结构需要承受的最大力，试验方法可直观的测出预制桥墩结构的最大承受力，数据准确，能够可靠评估桥墩的抗震能力。
2、本发明中的预制桥墩受力试验中纵向水平力试验和横向水平力试验共用一个竖向反力架，节省成本；且试验过程简单，方便操作。
附图说明
图1为本发明预制桥墩受力试验时墩高8m、12m和15m的预制桥墩以及纵向反力架和横向反力墩位置关系示意图；
图2为本发明预制桥墩受力试验方法的工艺流程图；
图3为本发明纵向反力架结构主视图；
图4为本发明纵向反力架结构侧视图；
图5为本发明纵向反力架底面框架的结构俯视图；
图6为本发明纵向反力架结构俯视图；
图7为本发明纵向反力架拼装的工艺流程图；
图8为本发明竖向反力架结构示意图。
图9为本发明图8中A部分局部放大图。
图10为本发明反力架盖梁结构主视图。
图11为本发明反力架盖梁结构俯视图。
图12为本发明活动支座结构主视图。
图13为本发明活动支座结构侧视图。
图14为本发明活动支座结构俯视图。
图15为本发明竖向受力转换架结构主视图。
图16为本发明竖向受力转换架结构俯视图。
图17为本发明竖向受力钢板与锚棒连接结构主视图。
图18为本发明竖向受力钢板与锚棒连接结构俯视图。
图19为本发明竖向反力架的拼装工艺流程图。
图20为本发明横向反力架结构示意图；
图21为本发明横向反力墩结构示意图；
图22为本发明横向反力墩结构俯视图；
图23为本发明横向受力转换架结构主视图；
图24为本发明横向受力转换架结构侧视图；
图25为本发明横向受力转换架结构俯视图；
图26为本发明横向反力架施工拼装工艺流程图；
图27为本发明中墩高8m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下位移变化散点图；
图28为本发明中墩高8m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下的骨架曲线；
图29为本发明中墩高12m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下位移变化散点图；
图30为本发明中墩高12m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下的骨架曲线；
图31为本发明中墩高15m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下位移变化散点图；
图32为本发明中墩高15m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下的骨架曲线。
其中：1-底面框架，11-横向支撑梁，12-纵向支撑梁，2-斜向支撑梁，3-钢立柱，4-中间支撑梁，41-上翻梁，42-下翻梁，5-作业平台，6-第一试验预留孔，7-预压块，8-反力架盖梁，801-第二试验预留孔，802-第一盖板，803-第一竖肋板，804-第一横肋板，9活动支座，901-上支座板，902-第一不锈钢板，903-第一四氟板，904-上摆，905-第二不锈钢板，906-第二四氟板，907-底板，908-挡板，909-L型固定板，9010-千斤顶安装槽，10-第一穿心千斤顶，11-第一钢垫板，12-精轧螺纹钢，13-螺母，14-连接器，15-竖向受力转换架，1501-连接孔，1502-第二盖板，1503-第二竖肋板，16-竖向受力钢板，1601-螺纹孔，17-锚棒，18-地锚承台，19-张拉台座，20-倒三角结构，21-第二钢垫板，22-预埋钢管，23-横梁，2301-钢绞线连接孔，24-支撑架，2401-预制桥墩连接孔，2402-加强板，25-第二千斤顶，26-锚具，27-第二钢绞线，100-预制盖梁，200-预制墩柱，300-预制承台，400-墩高8m的预制桥墩，500-墩高12m的预制桥墩，600-墩高15m的预制桥墩，700-纵向反力架，800-横向反力墩。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例：
新建铁路和田至若羌线斯亚维西(不含)至和田(不含)先期开工段位于新疆维吾尔自治区南部和田地区和田市和洛浦县境内。起讫里程：DK766+850～DK823+450，正线长56.006km。桥梁全长11716.75延米，其中特大桥8460.56延米/2座，大桥1053.48延米/4座，中小桥1983.83延米/34座，框架桥218.88延米/15座；涵洞5496.12横延米/193座。
利用本发明中的预制桥墩受力试验对本项目中使用到的墩高8m，12m和15m的预制桥墩进行受力试验，墩高8m的预制桥墩400、墩高12m的预制桥墩500和墩高15m的的预制桥墩600均包括预制盖梁100、预制墩柱200和预制承台300；且所述墩高8m的预制桥墩400、墩高12m的预制桥墩500和墩高15m的的预制桥墩600呈品字形排列，如附图1所述，所述受力试验包括纵向水平力试验和横向水平力试验，每个预制桥墩的纵向水平力试验与横向水平力试验共用一个竖向反力架；受力试验的具体操作流程如附图2所示，包括以下步骤：
S1、纵向反力架拼装：在所述墩高8m、12m和15m的预制桥墩品字形排列中间处拼装纵向反力架700；
具体的，参考附图3-6所示，所述纵向反力架700包括底面框架1，所述底面框架1包括四道横向支撑梁11和四道纵向支撑梁12，所述横向支撑梁11与所述纵向支撑梁12均匀分布且相互垂直交叉形成“九宫格”结构；所述横向支撑梁11与其对应的纵向支撑梁12之间采用直径为30mm的高强螺栓连接。所述底面框架1由八根双拼80H型钢组成。
进一步的，所述底面框架1的四角分别螺栓连接有斜向支撑梁2，四个所述斜向支撑梁2倾斜角度相同，且四个所述斜向支撑梁2对称设置形成梯形结构；所述底面框架1的“九宫格”结构中间一格的四个角上均垂直向上连接有钢立柱3，四个所述钢立柱3与其对应的横向支撑梁11和纵向支撑梁12之间也采用直径为30mm的高强螺栓连接；且每个所述钢立柱3的顶部与其对应的斜向支撑梁2的顶部也采用直径为30mm的高强螺栓连接固定。
进一步的，相邻的两个所述钢立柱3之间均设有多层中间支撑梁4，同一层的四个所述中间支撑梁4高度相同，形成“口”字型结构；所述中间支撑梁4与其对应的钢立柱3之间采用直径为30mm的高强螺栓连接；每层的四个所述中间支撑梁4之间铺设有用于放置试验器材的作业平台5；底面框架1、四个所述钢立柱3、四个所述斜支撑2以及多层的中间支撑梁4形成纵向反力架的主体结构，所述斜向支撑梁2、钢立柱3、中间支撑梁4也都采用双拼80H型钢。
进一步的，每个所述中间支撑梁4的侧面均设有一个第一试验预留孔6，所述第一试验预留孔6用于进行预制桥墩受力试验时钢绞线能从中穿出，将纵向反力架与预制桥墩连接起来。
进一步的，所述底面边框1的“九宫格”结构的中心位置处设有上翻梁41，所述上翻梁与其对应的两道横向支撑梁11之间采用直径为30mm的高强螺栓连接；最顶层的中间支撑梁4之间也采用直径为30mm的高强螺栓连接有上翻梁41，所述上翻梁41位于其对应的作业平台5的顶部；其余各层的中间支撑梁4之间均采用直径为30mm的高强螺栓连接有下翻梁42，所述下翻梁42位于其对应的作业平台5的底部；所述上翻梁41与所述下翻梁42平行设置。所述上翻梁41和下翻梁42能够对纵向反力架起到稳定作用。
进一步的，所述纵向反力架还包括放置在所述底面框架1上的预压块7，所述底面框架1上铺设有若干I16工字钢，形成一个平面，在所述平面上堆置混凝土的预压块7，所述预压块7的重量为800t，所述预压块7能够增强纵向反力架的稳定性，在对预制桥墩进行受力试验时，由于拉伸力较大的，预压块7可以防止纵向反力架在力的反作用下发生位置变化，从而影响受力试验结果的准确性。
优选的，所述斜向支撑梁2、钢立柱3和中间支撑梁4均采用双拼80H型钢，具体规格选为800*600*26。
如附图7所示，所述纵向反力架拼装得具体操作步骤包括，
S11：将四道横向支撑梁11和四道纵向支撑梁12螺栓连接成“九宫格”，形成底面框架1；
S12：在底面框架1中间一格的四角用螺栓连接四个钢立柱3；
S13：在底面框架1的外周四角螺栓连接四个斜向支撑梁2，并将斜向支撑梁2的顶部与钢立柱3的顶部螺栓连接起来；
S14：在钢立柱上从下往上依次连接中间支撑梁，中间支撑梁的侧壁上提前钻设有第一试验预留孔；
S15：在每层的中间支撑梁上铺设作业平台；
S16：在底面框架上堆载预压块。
步骤S2、竖向反力架拼装：分别在所述墩高8m、12m和15m的预制桥墩顶部拼装竖向反力架；
具体的，参考附图8-18所示，所述竖向反力架包括竖向施加力体系、竖向传力体系和竖向受力体系，所述竖向竖向施加力体系位于所述竖向传力体系的顶部，所述竖向受力体系位于所述竖向传力体系的底部。
所述竖向施加力体系包括反力架盖梁8、活动支座9、、第一穿心千斤顶10和第一钢垫板11；所述反力架盖梁8包括两块第一盖板802，两块所述第一盖板802之间加设有多块第一竖肋板803和第一横肋板804，为保证反力架盖梁8整体的稳定性，第一横肋板804之间用螺栓进行连接，两块所述第一盖板802的四个角上对应的设有多个第二试验预留孔801，所述竖向传力体系通过所述第二试验预留孔801与所述竖向受力体系连接；具体的，所述反力架盖梁8的尺寸为5.05*2.06*0.62m，两块第一盖板802的尺寸均为5.05*2.06*0.11m、两块第一横肋板804的尺寸为5.05*0.48*0.06m、八块第一竖肋板803的尺寸为0.49*0.25*0.06，第一盖板802、第一横肋板804和第一竖肋板803均采用钢板坡口焊接，第一竖肋板803上设有12根M64的双头螺柱，以增强反力架的稳定性。
进一步的，为满足预制墩柱左右位移时，竖向反力架不变动，在反力架盖梁8底部中心位置对称焊接两个活动支座9，所述活动支座9包括上支座板901和底板907，所述上支座板901下方依次设置有第一不锈钢板902、第一四氟板903和上摆904，所述上摆904的下表面为凸球面，在所述凸球面的外侧设置有第二不锈钢板905，所述底板907的上表面设有弧形开槽，所述上摆904的下表面位于所述弧形开内，所述底板907的弧形开槽内表面上设置有第二四氟板906，所述第二四氟板906在所述底板907的上表面上沿其长度方向设置有两组挡板908，两组所述挡板908分别位于所述弧形开槽的两侧，且对所述弧形开槽内的第二四氟板906进行固定；所述底板907的下表面设置有千斤顶安装槽9010，所述底板907与所述上支座板901之间通过L型固定板909连接。其中，上支座板901的上表面尺寸为690*340mm；所述上支座板901上表面焊接于反力架盖梁8的底部；底板907的尺寸为520*500mm，横向位移满足±100mm，纵向位移满足±30mm。
进一步的，每个所述千斤顶安装槽9010中对应安装有第一穿心千斤顶10，所述第一穿心千斤顶10为250t的穿心千斤顶；由于第一穿心千斤顶10的底部接触面积太小，为防止第一穿心千斤顶10摆放在预制桥墩的预制盖梁100上时预制盖梁100的混凝土不被压坏，在混凝土的预制盖梁100顶部摆放两块钢垫板11，将第一穿心千斤顶10摆放在钢垫板11上。
进一步的，所述竖向受力体系包括竖向受力转换架15、竖向受力钢板16和锚棒17，所述竖向受力转换架15包括两块第二盖板1502，两块所述第二盖板1502下加设有多块第二竖肋板1503，所述第二竖肋板1503的作用是将两块第二盖板1502支撑起来中间形成一个空腔，便于与竖向传力体系连接。两块所述第二盖板1502上对应设有多个连接孔1501，所述受力转换架15顶部第二盖板1502上的多个所述连接孔1501与多个第二试验预留孔801一一对应，且相对应的连接孔1501和第二试验预留孔801之间的连线与预制承台300的上表面垂直。
所述竖向受力钢板16的顶面和底面均设有螺纹孔1601，所述竖向受力钢板16顶面的螺纹孔1601与所述竖向受力转换架15底部第二盖板1502上的连接孔1501使用螺栓连接，所述竖向受力钢板16底面的螺纹孔1601与所述锚棒17的顶部使用丝扣连接，所述锚棒10的底部加设套筒直接与预制承台300的混凝土连接为整体。
所述竖向受力转换架15的尺寸为2.1*1.0*0.08m，所述竖向受力转换架15顶部的第二盖板1502为2.1*1.0*0.08m的钢板，第二竖肋板1503的尺寸为1.0*0.09*0.06m，第二盖梁1502主要起到承上启下的作用，向下与竖向受力钢板16相连，向上与竖向传力体系相连。1.0*0.09*0.06m的第二竖肋板1503主要起到支撑作用，为在竖向受力转换架15下方安装螺母提供空间。
所述竖向受力钢板16的尺寸为2.1*1.0*0.11m，锚棒17长1.0m，直径为0.045m，锚棒17外的套筒直径为0.07m，锚棒17与竖向受力钢板16采用丝扣连接。
进一步的，所述竖向传力体系包括多根精轧螺纹钢12、螺母13和连接器14，每根精轧螺纹钢12的长度为6m，在使用时，根据不同的预制桥墩高度使用连接器14将多根所述精轧螺纹钢12连接起来，连接后的多根精轧螺纹钢12的顶部穿出反力架盖梁8上的试验预留孔801，使用螺母13进行固定连接，连接后的多根精轧螺纹钢12的底部穿入受力转换架15底部的第二盖板1502上的连接孔1501，也使用螺母13进行固定连接。
进一步的，如附图19所示，所述竖向反力架的拼装工艺，包括以下步骤，
S21：预制承台300的钢筋绑扎完成后，将竖向受力钢板16和锚棒17使用丝扣连接，将锚棒17的底端插入预制承台300的钢筋内部，调整好竖向受力钢板16的平面位置后，将锚棒17浇筑在混凝土中，竖向受力钢板16外露在混凝土表面；
S22：拼装竖向受力转换架15；在两块第二盖板1502对应的位置处用钻床钻设连接孔1501，然后将两块第二盖板1502和第二竖肋板1503进行焊接固定；
S3：将竖向受力转换架15吊装到位，竖向受力转换架15上的连接孔1501与预制承台的预埋钢板上的连接孔进行对接，对准后，用M48高强螺栓将竖向受力转换架15与竖向受力钢板16固定连接为整体，并用力矩扳手拧紧所有的高强螺栓；
S24：将竖向受力转换架15与竖向传力体系进行连接，并依次向上拼装竖向传力体系；
具体为：将精轧螺纹钢12从竖向受力转换架15上的连接孔1501穿过，并在竖向受力转换架15下方的精轧螺纹钢12上拧上螺母13。根据不同高度的预制桥墩，使用连接器14组装不同长度的精轧螺纹钢12，并预留一节精轧螺纹钢12。
S25：分别拼装反力架盖梁8和活动支座9，将第一盖板802与第一竖肋板803和第一横肋板804进行焊接固定，第一横肋板804之间采用螺栓进行连接；将焊接好的反力架盖梁8用两块80H型钢垫起使得反力架盖梁8中间位置悬空；在反力架盖梁8底部画出活动支座9的安装位置，用电焊机将活动支座9焊接在反力架盖梁8底部。
S26：从反力架盖梁8顶部的试验预留孔801向下穿入精轧螺纹钢12，使得精轧螺纹钢12外露0.5m左右后，用螺母13拧在反力架盖梁8顶部，对精轧螺纹钢12进行固定。
S27：在预制盖梁100的顶部画出第一钢垫板11的位置，用砂浆进行找平后将第一钢垫板11放置在砂浆上，并用水平尺再次复核第一钢垫板11的平整度，确定无误后将第一穿心千斤顶10放置在第一钢垫板11上；
S28：用吊车整体吊装反力架盖梁8和活动支座9将其安放在第一穿心千斤顶10上。
S29：从反力架盖梁8上面将精轧螺纹钢12向下下放到与下部精轧螺纹钢12接口位置后用连接器14将上下两部分精轧螺纹钢12连接为整体，并用力矩扳手在反力架盖梁8顶部对螺母施加同样的力。
步骤S3、横向反力架施工拼装：分别在墩高8m、12m和15m的预制桥墩外侧横轴上施工拼装横向反力架，并将所述横向反力架与其对应的预制桥墩连接起来；
具体的，参考附图20-25所示，所述横向反力架包括横向反力墩800、横向传力体系和横向受力转换架；所述横向反力墩800包括地锚承台18和张拉台座19，所述地锚承台18尺寸为5*5*2m，由混凝土现浇而成，顶面标高与地面齐平，并将四周用土夯实，以增强锚固作用。
所述张拉台座19位于所述地锚承台18的上方，且所述张拉台座19与所述地锚承台18之间用钢筋混凝土固定连接；所述张拉台座19下口尺寸为2.0*1.58m，上口尺寸为2.0*1.8m，高1.8m，从底部向上0.45m，在远离预制桥墩的一侧设置有倒三角结构20，所述倒三角结构20的斜面与预制桥墩的横向拉力方向垂直；所述张拉台座19中设有预埋钢管22，所述预埋钢管22位于所述倒三角结构20的横向与竖向中心位置处，所述倒三角结构20处还设有0.4*0.4m的第二钢垫板21，所述第二钢垫板21位于所述预埋钢管22的一端；所述第二钢垫板21用以扩散横向力，所述预埋钢管22钢管的另一端朝向预制桥墩，预埋钢管22倾斜摆放，摆放角度与预制桥墩的横向拉力重合。
进一步的，所述横向受力转换架包括横梁23，所述横梁23为40H型钢结构，所述横梁23的两侧均焊接固定有支撑架24，所述支撑架24采用20mm厚的钢板加工而成；在所述横梁23与所述支撑架24的两个焊接面上还焊接固定有四块加强板2402；所述横梁23的中心位置处开设有用于与所述横向传力体系连接的钢绞线连接孔2301，所述钢绞线连接孔2301的直径为8cm，两个所述支撑架24远离所述横梁23的一端开设有用于与预制桥墩连接的预制桥墩连接孔2401，所述预制桥墩连接孔2401的直径为13cm；
所述横向传力体系包括第二千斤顶25、锚具26和第二钢绞线27，所述第二千斤顶25安装在所述横向反力墩的倒三角结构20处，所述第二钢绞线27的一端与所述第二千斤顶25连接，另一端穿过所述预埋钢管22后通过所述横梁23与锚具26连接，所述锚具26安装在所述横梁23的内侧，所述第二钢绞线27穿过所述横梁23上的钢绞线连接孔2301与锚具26连接。
进一步的，如附图26所示，横向反力架施工拼装的具体操作包括，
S31：分别在墩高8m、12m和15m的预制桥墩外侧横轴上挖设一个基坑，在所述基坑中浇筑地锚承台；具体的，用挖掘机开挖基坑，在基坑底部地锚承台18的侧边支立侧面模板，并将模板对拉加固，调整模板顶面标高，在顶面模板上搭设钢管支架，用钢管支架固定预埋张拉台座钢筋后分层浇筑地锚承台18混凝土，待混凝土强度达到10Mpa后，拆除地锚承台18侧面模板，分层碾压回填基坑四周至地锚承台18的顶部；
S32：对张拉台座19的钢筋进行绑扎完成后，支立张拉台座19侧面模板，根据预埋钢管22的角度在侧模模板上画出预埋钢管22和第二钢垫板21的位置，并按照相对位置安装预埋钢管22和第二钢垫板21；
S33：拼装横向受力转换架，并将其安装在预制盖梁的侧面；
具体的，将横梁23和支撑架24焊接固定，吊装横向受力转换架就位，并用直径10cm的钢棒穿过支撑架24上的预制桥墩连接孔2401和预制桥墩上的预留孔，将两者连接为一体；
S34：在横向反力墩的倒三角结构20处安装第二千斤顶25，将第二钢绞线27穿过预埋钢管22，一端与第二千斤顶25连接，另一端与横梁23内侧的锚具26连接。
步骤S4：使用步骤S2中的竖向反力架分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加竖向反力，模拟预制桥墩承受竖向荷载；然后使用步骤S1中的纵向反力架，分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加纵向水平力，观察预制桥墩在纵向水平力作用下的变化情况；
具体的，S41：利用钢绞线，通过预制盖梁100上预留的试验孔将预制桥墩与纵向反力架连接，并在预制盖梁100和纵向反力架上第一钢绞线的两端各放置一个千斤顶；
具体的，将钢绞线的一端穿入纵向反力架上中间支撑梁4上的第一试验预留孔6，与作业平台5上的千斤顶相连，另一端穿出预制盖梁100上预留的试验孔与预制盖梁100侧面上的千斤顶相连；
S42：通过预制桥墩顶部的竖向反力架对预制桥墩施加200t的向下竖向反力；
具体的，在预制桥墩的顶部配套摆放两台油泵机，每台油泵机配置有一个油表，通过油表换算公式，计算出两台油表的读数对应的施加力值；启动泵油开关，让两个油泵同时向竖向反力架上的两个第一穿心千斤顶10内泵油，并观查两个油泵读数，泵到200t的力换算的压力值后停止泵油。
S43：通过步骤S41中的两个千斤顶张拉第一钢绞线，对预制墩柱施加纵向反力；
具体的，将预制盖梁100和纵向反力架上的千斤顶和钢绞线固定好后，先向一端的千斤顶泵油，将松弛的钢绞线拉紧，注意观察油表读数，当有压力时，立即停止泵油。然后开始向另一端的千斤顶泵油，通过油表读数来计算给预制桥墩施加的纵向反力大小。
利用上述操作分别对墩高为8m、12m和15m的预制桥墩施加纵向水平力，得出墩高为8m的预制桥墩在不同的纵向水平力作用下发生的位移情况如下表1所示，对应的预制桥墩在不同纵向水平力作用下位移变化散点图如附图27所示。
表1墩高8m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下发生的位移
位移mm 力KN
0 0
55 118.031
10.5 209.1
15.4 267.54
20.4 321.11
25.5 374.68
30.7 437.99
37 515.91
42.5 584.09
49 662.01
55 710.71
61.5 744.8
69 754.54
77.7 759.41
84 774.02
91.5 827.59
根据表1和附图27的数据，绘制墩高为8m的预制桥墩的骨架曲线，如附图28所示，结合骨架曲线和试验数据，可以计算出，墩高为8m的预制桥墩的开裂水平力f0＝209KN、外侧钢筋屈服力fp＝710KN、内侧钢筋屈服力fy＝774KN，弹性刚度k＝19907KN/m。在6度地震作用下，结构仍处于弹性状态。
进一步的，墩高为12m的预制桥墩在不同的纵向水平力作用下发生的位移情况如下表2所示，对应的预制桥墩在不同纵向水平力作用下位移变化散点图如附图29所示。
表2墩高12m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下发生的位移
位移mm 力KN
0 0
5.5 118.031
10.5 209.1
15.4 267.54
20.4 321.11
25.5 374.68
30.7 437.99
37 515.91
42.5 584.09
49 662.01
55 710.71
61.5 744.8
69 754.54
77.7 759.41
84 774.02
91.5 827.59
根据表2和附图29的数据，绘制墩高为12m的预制桥墩的骨架曲线，如附图30所示，结合骨架曲线和试验数据，可以得出，墩高12m的预制桥墩的破坏形式是以弯曲破坏为主的延性破坏。墩底有无后浇1m高混凝土，墩身裂缝开展情况不同。墩底无后浇混凝土的墩身破坏集中在受拉侧墩底与墩身拼接处，裂缝高度集中在墩底高度30cm以内。而墩底有后浇混凝土的墩身除了墩底的环向裂缝外，在实心与空心分界面处开展竖向裂缝。试验墩开裂水平力f0＝518KN、外侧钢筋屈服力fp＝904KN、内侧钢筋屈服力fy＝774KN，弹性刚度k＝32375KN/m。在6度、7度、8度地震作用下桥墩处于弹性状态。
进一步的，墩高为15m的预制桥墩在不同的纵向水平力作用下发生的位移情况如下表3所示，对应的预制桥墩在不同纵向水平力作用下位移变化散点图如附图31所示。
表3墩高15m的预制桥墩在不同纵向水平力作用下发生的位移
位移mm 力KN
0 0
5.3 567.04
10.1 739.93
15.8 929.86
20.2 1032.13
25.4 1071.09
30.5 1187.97
40.7 1309.72
45.7 1368.16
50.9 1411.99
55.5 1455.82
66.1 1533.74
70.8 1563.22
75.7 1636.01
80.7 1626.27
85.5 1645.75
91.4 1743.15
根据表3和附图31的数据，绘制墩高为15m的预制桥墩的骨架曲线，如附图32所示，结合骨架曲线和试验数据，可以得出，墩高为15m的预制桥墩的破坏形式是以弯曲破坏为主的延性破坏。墩身的裂缝均是贯穿整个受拉侧的环形裂缝，墩底有1m高的后浇混凝土的墩身裂缝明显多于墩底无后浇混凝土的情况。两端墩身拼接缝处均产生裂缝。试验墩开裂水平力f0＝567KN、外侧钢筋屈服力fp＝1032KN，弹性刚度k＝32375KN/m。在6度、7度、8度地震作用下，桥墩处于弹性状态。
步骤S5：使用步骤S2中的竖向反力架分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加竖向反力，模拟预制桥墩承受竖向荷载；然后使用步骤S3中的横向反力架，分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加横向水平力，观察预制桥墩在横向水平力作用下的位移情况。
具体的，通过预制盖梁顶部的第一穿心千斤顶10和反力架盖梁对预制桥墩施加200t的向下竖向反力；
缓慢张拉横向反力墩上安装的第二千斤顶25，使其加载至20t的力，查看墩高为8m，12m和15m的预制桥墩的位移变化情况。
试验结果发现，在200t的竖向反力作用和20t的横向力作用下，因横向力太小，墩高为8m，12m和15m的预制桥墩基本上都没有发生位移。
进一步的，分别将墩高为8m、12m和15m的预制桥墩的横向水平力增加到25t、30t、35t、40t时，墩高为8m、12m和15m的预制桥墩均未发生位移，说明墩高为8m、12m和15m的预制桥墩的横向受力均满足设计抗震要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种预制桥墩的受力试验方法，所述预制桥墩包括墩高8m、12m和15m的预制桥墩，且所述墩高8m、12m和15m的预制桥墩呈品字形排列；所述受力试验包括纵向水平力试验和横向水平力试验，其特征在于，每个预制桥墩的纵向水平力试验与横向水平力试验共用一个竖向反力架；所述受力试验方法包括以下步骤，
S1、纵向反力架拼装：在所述墩高8m、12m和15m的预制桥墩品字形排列中间处拼装纵向反力架；
S2、竖向反力架拼装：分别在所述墩高8m、12m和15m的预制桥墩顶部拼装竖向反力架；
S3、横向反力架施工拼装：分别在墩高8m、12m和15m的预制桥墩外侧横轴上施工拼装横向反力架，并将所述横向反力架与其对应的预制桥墩连接起来；
S4：使用步骤S2中的竖向反力架分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加竖向反力，模拟预制桥墩承受竖向荷载；然后使用步骤S1中的纵向反力架，分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加纵向水平力，观察预制桥墩在纵向水平力作用下的变化情况；
S5：使用步骤S2中的竖向反力架分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加竖向反力，模拟预制桥墩承受竖向荷载；然后使用步骤S3中的横向反力架，分别对墩高8m、12m和15m的预制桥墩施加横向水平力，观察预制桥墩在横向水平力作用下的位移情况。
2.根据权利要求1所述的一种预制桥墩的受力试验方法，其特征在于：所述纵向反力架包括底面框架(1)，所述底面框架(1)的四角分别设有斜向支撑梁(2)，四个所述斜向支撑梁(2)对称设置形成梯形结构；
所述底面框架(1)的顶面向上固定连接有四个钢立柱(3)，四个所述钢立柱(3)以所述底面框架(1)的中心为中心，呈中心对称分布，每个所述钢立柱(3)的顶部与其对应的斜向支撑梁(2)的顶部固定连接；
相邻的两个所述钢立柱(3)之间均设有多层中间支撑梁(4)，同一层的四个所述中间支撑梁(4)高度相同，所述中间支撑梁(4)与其对应的钢立柱(3)之间固定连接；每层四个所述中间支撑梁(4)之间铺设有用于工人操作以及放置试验器材的作业平台(5)；
每个所述中间支撑梁(4)的侧面均设有第一试验预留孔(6)；
所述纵向反力架还包括放置在所述底面框架(1)上的预压块(7)。
3.根据权利要求2所述的一种预制桥墩的受力试验方法，其特征在于，所述纵向反力架拼装的具体操作步骤包括，
S11：拼装底面框架；
S12：在底面框架中间一格的四角连接四个钢立柱；
S13：在底面框架的外周四角连接四个斜向支撑梁，并将所述斜向支撑梁的顶部与钢立柱的顶部连接起来；
S14：在钢立柱上从下往上依次连接中间支撑梁，中间支撑梁的侧壁上提前钻设有第一试验预留孔；
S15：在每层的中间支撑梁上铺设作业平台；
S16：在底面框架上堆载预压块。
4.根据权利要求1所述的一种预制桥墩的受力试验方法，其特征在于，所述竖向反力架包括竖向施加力体系、竖向传力体系和竖向受力体系；
所述竖向施加力体系包括反力架盖梁(8)、活动支座(9)、第一穿心千斤顶(10)和第一钢垫板(11)；所述反力架盖梁(8)的底部对称设有两个活动支座(9)，每个所述活动支座(9)的底部对应安装有第一穿心千斤顶(10)，每个所述第一穿心千斤顶(10)的底部均设有第一钢垫板(11)，所述第一钢垫板(11)位于预制桥墩的预制盖梁(100)上；所述反力架盖梁(8)上设有多个第二试验预留孔(801)，所述竖向传力体系通过所述反力架盖梁(8)上的第二试验预留孔(801)与所述竖向受力体系连接；
所述竖向受力体系包括竖向受力转换架(15)、竖向受力钢板(16)和竖向锚棒(17)，所述竖向传力体系的底部与所述竖向受力转换架(15)相连，所述竖向受力转换架(15)的底部连接有竖向受力钢板(16)，所述竖向受力钢板(16)的底部与所述锚棒(17)的顶部连接，所述锚棒(17)的底部埋设于预制桥墩的预制承台(300)中；
所述竖向传力体系包括多根精轧螺纹钢(12)、螺母(13)和连接器(14)，所述连接器(14)将多根所述精轧螺纹钢(12)连接接长，连接后的多根精轧螺纹钢(12)的顶部通过螺母(13)与所述第二试验预留孔(801)固定连接，连接后的多根精轧螺纹钢(12)的底部与所述竖向受力转换架(15)上的连接孔(1501)也通过螺母(13)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种预制桥墩的受力试验方法，其特征在于，所述竖向反力架拼装的具体操作包括，
S21：预制承台的钢筋绑扎完成后，将竖向受力钢板和锚棒相连，将锚棒插入预制承台的钢筋内部，调整好竖向受力钢板的平面位置后，将锚棒浇筑在混凝土中，竖向受力钢板外露在混凝土表面；
S22：拼装竖向受力转换架；
S23：将竖向受力转换架与竖向受力钢板相连；
S24：将竖向受力转换架与竖向传力体系的底部进行连接，并依次向上拼装竖向传力体系的下部分；
S25：分别拼装反力架盖梁和活动支座，然后将活动支座固定在反力架盖梁的底部；
S26：在反力架盖梁的第二试验预留孔上连接竖向传力体系的上部分；
S27：在预制盖梁的顶部放样出活动支座对应的位置，也即第一钢垫板对应的位置，找平后放置第一钢垫板，摆放第一穿心千斤顶；
S28：将步骤S26中连接形成的反力架盖梁和活动支座整体进行吊装，将其摆放在第一穿心千斤顶上；
S29：将反力架盖梁上连接的竖向传力体系的上部分与竖向受力转换架上连接的竖向传力体系的下部分进行固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种预制桥墩的受力试验方法，其特征在于，所述横向反力架包括横向反力墩、横向传力体系和横向受力转换架；
所述横向反力墩包括地锚承台(18)和张拉台座(19)，所述地锚承台(18)的顶部与地面齐平，所述张拉台座(19)固定连接在所述地锚承台(18)的顶部，且所述张拉台座(19)在远离预制桥墩的一侧设有倒三角结构(20)，所述倒三角结构(20)的斜面与预制桥墩的横向拉力方向垂直；所述倒三角结构(20)处设有第二钢垫板(21)，所述张拉台座(19)中设有预埋钢管(22)，所述第二钢垫板(21)位于所述预埋钢管(22)的端部；
所述横向受力转换架包括横梁(23)，所述横梁(23)的两侧均固定连接有支撑架(24)，所述横梁(23)上设有与所述横向传力体系连接的钢绞线连接孔(2301)，两个所述支撑架(24)远离所述横梁(23)的一端开设有用于与预制桥墩连接的预制桥墩连接孔(2401)；
所述横向传力体系包括第二千斤顶(25)、锚具(26)和第二钢绞线(27)，所述第二千斤顶(25)安装在所述横向反力墩的倒三角结构(20)处，所述第二钢绞线(27)的一端与所述第二千斤顶(25)连接，另一端通过所述横梁(23)与所述锚具(26)连接，所述锚具(26)安装在所述横梁(23)的内侧。
7.根据权利要求6所述的一种预制桥墩的受力试验方法，其特征在于，横向反力架施工拼装的具体操作包括，
S31：在预制桥墩外侧横轴上挖设一个基坑，在所述基坑中浇筑地锚承台；
S32：在地锚承台的顶部进行张拉台座施工，安装预埋钢管和第二钢垫板，完成横向反力墩的施工；
S33：拼装横向受力转换架，并将其安装在预制盖梁的侧面；
S34：在横向反力墩上安装第二千斤顶，使用第二钢绞线将第二千斤顶与横向受力转换架进行连接。
8.根据权利要求1所述的一种预制桥墩的受力试验方法，其特征在于，步骤S4中对预制桥墩施加纵向水平力的具体步骤包括，
S41：使用第一钢绞线将预制桥墩的预制盖梁与纵向反力架连接，并在预制盖梁和纵向反力架上第一钢绞线的两端各放置一个千斤顶；
S42：通过预制桥墩顶部的竖向反力架对预制桥墩施加向下竖向反力；
S43：通过步骤S41中的两个千斤顶张拉第一钢绞线，对预制墩柱施加纵向反力。
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