CN112113840A - 一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置 - Google Patents
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Abstract
一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置，属桥梁工程领域。为研究钢管砼拱的徐变力学性能，需要对钢管砼拱进行长期恒定荷载试验，本发明是一种操作简单，方便易行的自平衡恒定加载装置，无需长期占用试验室的大型反力架及千斤顶等设备，其工作原理是：由钢索与螺杆式持荷装置、工字钢梁构成自平衡加载体系施加试验荷载，通过螺杆式持荷装置的螺母紧固施加试验荷载值，随后再定期地由拧紧加载螺母补偿因砼徐变松动需要补充的荷载值，由此达到模拟钢管砼拱结构承受长期恒定荷载之目的；本发明装置同时配置以拉力传感器、全站式激光仪、弦式应变计等，可采集数据进行钢管砼拱的徐变力学行为进行分析研究。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁结构工程领域,具体来说,就是一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置
背景技术
钢管砼拱由钢管内浇筑砼而成，是一种钢与砼组合构件，荷载作用由钢管和砼材料二者共同承担，因钢管对砼的约束，砼抗压强度有很大提高，因砼对钢管的约束，钢管的局部屈曲强度有很大提高，因此这种组合构件有极好的力学性能，被广泛应用于建筑结构中。但在长期压力荷载作用下，钢管中的砼会有徐变收缩效应，使得钢管构件的力学性能发生显著变化，故需要研究钢管砼拱在长期荷载作用下的徐变性能，以解决建筑结构设计的准确计算问题。
钢管砼拱的实验研究很少，针对钢管砼拱在长期荷载作用下管内砼徐变引起钢管砼拱的力学性能变化实验研究更是少有，通常结构实验方法是采用反力架加载方式，研究建筑结构徐变问题需要长时期的稳定加载,因此需要长期占用实验室的反力架和加载压力机或千斤顶，实验室难于承受加载设备被一项实验长期占用。为解决此问题，本发明采用一种自平衡加载体系的方法，可避免使用反力架和压力机或千斤顶等设备，该方法是利用高强度螺栓的紧固力施加荷载作用，针对钢管内砼徐变后引起的荷载松动降低，仅需再度微调紧固螺母即可完成补偿荷载的功能，操作简单方便，可批量进行实验,极大地节省人力、物力、财力、时间。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一套与钢管砼拱试件形成内力自锁的自平衡恒定加载装置，设计刚度足够大的联系钢梁与钢管拱试件通过螺栓杆连接在一起，利用高强度螺栓的紧固作用对试件钢管砼拱和钢梁施加一对相向的自平衡力系，达到加载之目的，针对钢管砼拱内砼徐变引起的荷载松动，仅需适当再度拧紧螺母即可达到补偿荷载保持荷载恒定不变的目的。
为使试件钢管砼拱安装方便，在与联系钢梁的连接处设计螺栓连接的拱座，拱座与联系钢梁焊接，见图1所示。
在施加螺母紧固时，螺栓杆除了得到很大的拉力外，还伴有剪切力作用，必须考虑避免剪切力影响钢管砼拱试件的受力状况，因此，另外加设一套串联的钢索体系，将螺栓杆产生的拉力通过钢索体系加载到钢管砼拱上，钢索只能传递轴向力作用，不能传递剪切力作用。
为化解施加螺母时的剪切力，应当使螺栓紧密贴靠联系钢梁，由联系钢梁提供反向力平衡该剪切力的作用。
在钢索当中设置拉力传感器，免除剪切力的影响，直接测量出纯粹的轴向拉力值。
在4根螺栓杆上分别粘贴应变片可测出各螺栓杆的拉力，由此监控各螺栓杆同步施加螺母紧固力；在试件钢管砼拱上对称地粘贴反射片，辅助全站式激光仪测量各控制点的位移变形情况；在靠近拱脚处对称地设置弦式应变计，测量钢管砼拱的应力。最后可得到实验的荷载值、试件的变形及应力值，据此绘制出徐变量-时间曲线、荷载-压缩量曲线和钢管砼拱的应力-应变曲线。
本项目的实施具有非常显著的优势，操作简单方便，可在一个标准试验期内完成多组系列构件的徐变性能试验研究，能节省大量的人力、物力、财力、时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显然，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置的立面图。
图2是本发明实施例提供的研究钢管砼构件徐变性能的自平衡恒定加载装置的平面图
附图标记：1-钢管砼拱,2-钢索滑槽,3-卡扣,4-钢索,5-拉力传感器，6-吊环,7-螺栓杆,8-锚板,9-加载螺母,10-联系钢梁,11-拱座,12-底座,13-弦式应变计,14-反射片,15-应变片,16-螺栓,17-加劲肋。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明,以便充分理解本发明技术，本发明显然可以用多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际情况做类似推广、演绎，因此，不应以此描述的具体内容限制本发明的保护范围。
本发明的图示为示意性的，图示主要为说明技术含义，均没有按制图比例绘制，此处进行具体实施描述给出了各种具体组成部件的规格尺寸，但完全可以用其他类似规格与尺寸替换，不应以此作为对本发明的保护范围构成限制。
本发明是针对圆钢管砼拱的应用，但也可用于其他截面形状钢管砼拱的应用，不应以此作为对本发明的保护范围构成限制。
实施例：为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、技术特征、构造方式能具体明确，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细的说明。
请参考附图1和附图2，显示了本发明的研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置构造，实施例选用的主要材料设计如下：试件钢管砼拱(1)规格为φ76×3.8，长5620mm,按照矢高为924mm弯成半径为2300mm的圆弧拱，材料Q345，C30砼，研究砼徐变性能，预计加载到15KN并保持长期不变；钢索(4)选用φ12mm的多股绞索；卡扣(3)规格配合φ12mm的多股绞索；钢索滑槽(2)按照钢索(4)的规格设计为内径为77mm，外径为105mm；选用拉力传感器(5)的额定标准为5吨；吊环(6)采用φ30的钢筋弯曲成半径为100mm的半圆弧；螺栓杆采用φ21的Q355材料，长度为500mm，二端攻标准丝扣M20；锚板(8)采用20mm的Q355钢板制作；加载螺母(9)为标准M16的螺母；联系钢梁(10)规格为H300×200×10×16，焊接在受力处的加劲肋采用10mm的钢板制作，Q355材料；拱座(11)采用20mm钢板制作，加劲肋(17)采用10mm钢板制作。
联系钢梁(10)的制作，将6块-10×90×268的加劲肋(17)采用10mm焊脚高度的双面贴角焊缝焊接在联系钢梁(10)的受力部位。
用-20mm厚板焊接制作拱座(11)，在拱端头连接面处钻孔4φ22，对称布置孔距为221×221，拱座(11)与联系钢梁(10)用16mm焊脚高度的双面贴角焊缝焊接。
用10mm厚度的钢板弯曲和剪裁切割焊接成内径为77mm,外径为105mm的钢索滑槽(2)，套卡在试件钢管砼拱(1)上。
四根螺栓杆的制作，在长度为500mm的螺栓杆二端头分别攻丝扣M20，攻丝扣长度为80mm，每根螺栓杆配置8个标准螺母及垫圈。
四块锚板(8)尺寸为-16×300×300，按中心对称钻孔4φ22，对称布置孔距为221×221，其中二块锚板(8)用16mm贴角焊缝围焊在试件钢管砼拱(1)的端部；一块锚板(8)与吊环(6)用16mm焊缝围焊，并由钢索(4)与拉力传感器(5)串连。
安装试验顺序：将联系钢梁(10)安装在实验室底座(12)上，安装试件钢管砼拱(1)，在其端部分别用四颗M20螺栓与联系钢梁(10)连接，将串连好的钢索(4)套在钢索滑槽(2)上，每根螺栓杆(7)的上端头套上一副加载螺母(9)和垫圈,插入与吊环(6)焊接在一起的锚板(8),在每根螺栓杆(7)的下端头安装锚板(8),再安装垫圈和加载螺母(9)，适度拧紧加载螺母(9)使试验装置的各部件处于密贴状态。
同步分级拧紧各加载螺母(9)，通过应变片(15)的读数调节各加载螺母(9)的紧固程度，使得各螺栓杆(7)受到基本相同的预定拉力，随着时间的延长，钢管砼拱(1)中的砼不断伸缩徐变，意味试验荷载不断地释放减少，通过再度拧紧加载螺母(9)使得试验荷载保持恒定不变。
通过拉力传感器(5)得到实验荷载值；通过全站式激光仪测量各反射片(14)得到钢管砼拱(1)的各控制点的位移值，可由此演算其变形曲线；通过弦式应变计(13)的读数可得知钢管砼拱(1)的控制应力，完成钢管砼拱(1)的实验工作，整理各种实验数据用于分析试件钢管砼拱(1)的徐变力学性能。
本发明装置方便适用，可在一个标准试验期内完成多组系列试件的徐变性能试验研究，能节省大量的人力、物力、财力、时间，具有极好的社会效益及经济效益。
Claims (4)
1.一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置，主要包括有加载系统和荷载与变形测量系统，其特征在于,加载系统由钢索滑槽(2)、卡扣(3)、钢索(4)、拉力传感器(5)、吊环(6)、螺栓杆(7)、锚板(8)、加载螺母(9)、联系钢梁(10)串联试件钢管砼拱(1)组成自平衡加载体系，通过所述加载螺母(9)的紧固即可针对所述钢管砼拱(1)施加试验荷载；荷载与变形测量系统由所述拉力传感器(5)、弦式应变计(13)、反射片(14)、应变片(15)配合应变仪和三维全站式激光仪可完成荷载与变形的测量。
2.根据权利要求1所述的一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置，其特征在于：所述钢索(4)环绕所述钢索滑槽(2),串联所述拉力传感器(5)由所述卡扣(3)卡住，所述吊环(6)焊接在所述锚板(8)上，所述螺栓杆(7)的二端攻丝扣，用于所述加载螺母(9)施加紧固力，依靠大刚度的所述联系钢梁(10)的反力作用使试验荷载得以实现。
3.根据权利要求1所述的一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置，其特征在于：所述联系钢梁(10)的底部连接在实验室的设备底座(12)上，所述联系钢梁(10)的上部焊接拱座(11)，当所述试件钢管砼拱(1)与所述拱座(11)用螺栓(16)固定构成自相平衡加载体系。
4.根据权利要求1所述的一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置，其特征在于：当所述钢管砼拱(1)中的砼在长期荷载作用下产生徐变收缩时会引起内力松动，实验荷载值下降，通过再度拧紧所述螺栓杆(7)上端的所述加载螺母(9)即可补偿下降的荷载,达到恒定加载之目的。
Priority Applications (1)
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| CN202010928044.6A CN112113840A (zh) | 2020-09-07 | 2020-09-07 | 一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置 |
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| CN202010928044.6A CN112113840A (zh) | 2020-09-07 | 2020-09-07 | 一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置 |
Publications (1)
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| CN112113840A true CN112113840A (zh) | 2020-12-22 |
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| CN202010928044.6A Pending CN112113840A (zh) | 2020-09-07 | 2020-09-07 | 一种研究钢管砼拱徐变性能的自平衡恒定加载装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN112113840A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112924276A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-08 | 浙江工业大学 | 一种用于检测蜂窝拱的失稳载荷装置及其应用方法 |
| CN112924280A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-08 | 浙江工业大学 | 一种用于平面内蜂窝钢拱承载力的检测装置及其检测方法 |
| CN113689765A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-11-23 | 重庆交通大学 | 一种可调节跨径的试验拱座平台及其试验方法 |
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2020
- 2020-09-07 CN CN202010928044.6A patent/CN112113840A/zh active Pending
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