CN115060573B - 一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法，属于加载试验技术领域，包括承载板，所述承载板的顶端连接有反力组合、液压动力组合、固定支撑组合和活动支撑组合；所述反力组合包括横梁一、立柱一和底座，所述横梁一的两侧均连接有立柱一，立柱一的底端连接有底座；所述固定支撑组合包括支墩和连接在支墩顶端的固定支座，所述活动支撑组合包括支墩和连接在支墩顶端的活动支座，所述支墩包括横梁二、立柱二和底板，所述横梁二连接有两个立柱二，所述立柱二的底端连接有底板，所述固定支座包括支座上板、支座下板和销轴一。该钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法，能够满足实际使用需要。

Description

一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于加载试验技术领域，尤其是一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法。

背景技术

从材料构成上来讲，桥梁中的组合结构梁是继圬工材料梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、钢梁之后的第五大类结构形式。钢混组合结构桥由于其受力合理、施工方便、装配化程度高，近年来得到大力推广，从截面形式上钢混组合结构桥梁分为钢板组合梁、钢箱组合梁、波形钢腹板梁等。

钢板组合梁是由工字钢梁、横联、混凝土板及连接件组成，由于其加工、制作、安装方便，在中小跨径桥梁中被广泛采用，从受力角度上，中小跨径组合梁桥包括简支梁桥、悬臂梁桥和连续梁桥，实际桥梁中连续梁居多，钢板组合连续梁在中间桥墩墩顶处为负弯矩区，车辆荷载的长期反复作用下，负弯矩区混凝土板必然会产生疲劳损伤，损伤积累到一定程度会引起开裂破坏，进而影响整个桥梁的刚度和承载力，通过试验来研究组合梁负弯矩区的受力特性、损伤规律、破坏模式和疲劳寿命，是目前最为有效的方法。然而，目前查阅到的文献都是采用将简支梁倒置模拟负弯矩区受力试验，这种试验在支撑条件以及传力过程都与实际情况差异较大，所以，目前缺乏能够模拟连续梁负弯矩区真实受力状态的试验装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法，以解决背景技术中提出的无法模拟连续梁负弯矩区实际受力的试验装置及方法的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，包括承载板，所述承载板的顶端连接有反力组合、液压动力组合、固定支撑组合和活动支撑组合；

所述反力组合包括横梁一、立柱一和底座，所述横梁一的两侧均连接有立柱一，立柱一的底端连接有底座；

所述固定支撑组合包括支墩和连接在支墩顶端的固定支座，所述活动支撑组合包括支墩和连接在支墩顶端的活动支座，所述支墩包括横梁二、立柱二和底板，所述横梁二连接有两个立柱二，所述立柱二的底端连接有底板，所述固定支座包括支座上板、支座下板和销轴一，所述支座上板和支座下板通过销轴一转动连接，所述活动支座包括底座板和销轴二，所述底座板的侧面开设有供销轴二穿过的圆形通道；

所述液压动力组合包括供油设备和与供油设备连通的作动器液压缸，所述供油设备和作动器液压缸均连接在横梁一的底端。

作为优选的实施方案，所述横梁一和立柱一均由H型钢制成，底座通过地锚螺栓与承载板连接固定。

作为优选的实施方案，所述横梁二和立柱二也均由H型钢制成。

作为优选的实施方案，所述底座板的上方设置有两个对称设置的L字型的压块，且压块与底座板通过螺栓连接固定。

作为优选的实施方案，所述销轴二的中部开设有平槽。

作为优选的实施方案，所述作动器液压缸通过转轴转动连接有压板。

作为优选的实施方案，所述反力组合和液压动力组合设置在固定支撑组合与活动支撑组合之间。

作为优选的实施方案，所述承载板通过螺栓与地面连接固定。

作为优选的实施方案，所述底板通过螺栓与承载板连接固定，所述底座板和支座下板均与横梁二连接固定。

一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤一、依据组合梁受力计算，获取液压动力组合的加载位置和荷载谱，确定固定支撑组合与活动支撑组合的位置；

步骤二、用起重设备吊装安装反力组合、固定支撑组合、活动支撑组合到位，按照三种加载试验需要，选择试验梁的位置以及固定支撑组合、活动支撑组合的位置，并利用螺栓进行固定。

步骤三、并架设钢板组合试验梁于支座上板和销轴二上，确保试验梁处于正确的受力状态；

步骤四、调整控制作动器液压缸位置，使其与加载梁能良好接触；

步骤五、安装传感器，包括应变片、位移计、百分表等，并连接并调试数据采集设备；

步骤六、预加载，预加载每级荷载增量取为0.2倍弹性极限荷载，加载至0.4倍的弹性极限荷载然后卸载至零，其中弹性极限荷载采用有限元软件估算；

步骤七、正式加载，正式加载初始每级荷载增量为5kN，当加载至弹性极限荷载时改为位移控制加载，每级2mm直至试验梁破坏；每一级荷载加载完成后持荷5分钟，读取荷载、滑移量和应变片读数；加载全过程中间不卸载。。

与现有技术相比，本发明的技术效果和优点：

一、该试验方法的边界支撑条件更符合钢板组合梁的实际受力。得益于活动支撑组合和固定支撑组合的设计，压块能够对需要进行试验的试验梁进行限位，使其受到约束，避免其晃动，进而保证试验时与实际边界支撑条件相符，而且销轴一和销轴二均能实现转动，辅助其满足试验时的试验梁弯曲需要。

得益于反力组合和液压动力组合的设计，反力组合的横梁能够保证稳定性，液压动力组合作动器液压缸和压板的转动配合，也能满足试验梁的试验需要，而且作动器液压缸的工作，能够实现连续性的加载试验。

二、该发明可以开展三种类型的钢板组合梁负弯矩区加载试验。通过对支座、反力架和液压油缸的调整，本试验装置可实现连续梁、简支梁、悬臂梁三种不同的梁型的负弯矩区加载试验：

钢板组合连续梁负弯矩区加载试验。可以模拟两跨或者三跨连续梁负弯矩区疲劳加载试验，采用反力组合、固定支撑组合、活动支撑组合，调整反力架或者支座位置，使作动器位于两跨梁的中间，支撑组合与承载板连接，可以抗压和抗拉，满足作动器反复加载的需求。益于反力组合和液压动力组合的设计，反力组合的横梁一能够保证稳定性，液压动力组合作动器液压缸和压板的转动配合，也能满足试验梁的试验需要，而且作动器液压缸的工作，能够实现连续性的试验。

三、外伸梁加载时，在作动器和钢梁之间放置活动铰支座传力，避免了悬臂端变形过大引起的试验误差。

该钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法，能够满足实际使用需要。

附图说明

图1为本发明的实施例1的结构示意图；

图2为本发明的实施例2的结构示意图；

图3为本发明的实施例3的结构示意图；

图4为本发明的固定支撑组合的结构示意图；

图5为本发明的活动支撑组合的结构示意图。

附图标记说明：

图中：1、承载板；2、反力组合；3、液压动力组合；4、固定支撑组合；5、活动支撑组合；

21、横梁一；22、立柱一；23、底座；

31、供油设备；32、作动器液压缸；33、压板；

401、横梁二；402、立柱二；403、底板；404、支座上板；405、支座下板；406、销轴一；

501、底座板；502、销轴二；503、压块。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

连接方式可以采用粘接、焊接、螺栓连接等现有方式，以实际需要为准。

实施例1

为实现连续梁负弯矩区加载的试验目的，如图1、图4和图5所示的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，包括承载板1，承载板1的顶端连接有反力组合2、液压动力组合3、固定支撑组合4和活动支撑组合5，固定支撑组合4和活动支撑组合5上设置有需要试验的试验梁，反力组合2和液压动力组合3设置在固定支撑组合4与活动支撑组合5之间，承载板1通过螺栓与地面连接固定；

为了实现对整个试验装置提供加载力的支撑，反力组合2包括横梁一21、立柱一22和底座23，横梁一21的两侧均连接有立柱一22，立柱一22的底端连接有底座23，横梁一21和立柱一22均由H型钢制成，底座23通过地锚螺栓与承载板1连接固定；

参考图1至图3，为了实现对加载对象起到支撑作用和变形协调的作用，固定支撑组合4包括支墩和连接在支墩顶端的固定支座，活动支撑组合5包括支墩和连接在支墩顶端的活动支座，支墩包括横梁二401、立柱二402和底板403，横梁二401连接有两个立柱二402，立柱二402的底端连接有底板403，固定支座包括支座上板404、支座下板405和销轴一406，支座上板404和支座下板405通过销轴一406转动连接，限制梁体各个方向的位移，并能保证梁体转动，活动支座包括底座板501和销轴二502，底座板501的侧面开设有供销轴二502穿过的圆形通道，横梁二401和立柱二402也均由H型钢制成，底座板501的上方设置有两个对称设置的L字型的压块503，且压块503与底座板501通过螺栓连接固定，销轴二502的中部开设有平槽，限制上下和左右方向的位移，保证梁体能沿纵向滑动和转动；

液压动力组合3包括供油设备31和与供油设备31连通的作动器液压缸32，作动器液压缸32按照确定的荷载谱对模型梁施加外部激励，产生往复振动，供油设备31和作动器液压缸32为现有技术，供油设备31和作动器液压缸32均连接在横梁一21的底端，作动器液压缸32通过转轴转动连接有压板33，底板403通过螺栓与承载板1连接固定，底座板501和支座下板405均与横梁二401连接固定。

一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤一、依据组合梁受力计算，获取液压动力组合3的加载位置和荷载谱，确定固定支撑组合4与活动支撑组合5的位置；

步骤二、用起重设备吊装安装反力组合2、固定支撑组合4、活动支撑组合5到位，并利用螺栓进行固定。

步骤三、并架设钢板组合试验梁于支座上板404和销轴二502上，确保试验梁处于正确的受力状态；

步骤四、调整控制作动器液压缸32位置，使其与加载梁能良好接触；

步骤五、安装传感器，包括应变片、位移计、百分表等，并连接并调试数据采集设备；

步骤六、预加载，预加载每级荷载增量取为0.2倍弹性极限荷载，加载至0.4倍的弹性极限荷载然后卸载至零，其中弹性极限荷载采用有限元软件估算；

步骤七、正式加载，正式加载初始每级荷载增量为5kN，当加载至弹性极限荷载时改为位移控制加载，每级2mm直至试验梁破坏；每一级荷载加载完成后持荷5分钟，读取荷载、滑移量和应变片读数；加载全过程中间不卸载。

工作原理

该钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法，将需要试验的试验梁置于支座上板404和销轴二502上，然后控制作动器液压缸32持续伸长，进而实现对试验梁施加外部激励。

实施例2

为实现简支梁加载试验的试验目的，如图2、图4和图5所示的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，包括承载板1，承载板1的顶端连接有反力组合2、液压动力组合3、固定支撑组合4和活动支撑组合5，固定支撑组合4和活动支撑组合5上设置有需要试验的简支梁，将简支梁倒置，钢梁朝上，混凝土板朝下，用以模拟混凝土板负弯矩疲劳加载试验，反力组合2和液压动力组合3设置在固定支撑组合4与活动支撑组合5之间，承载板1通过螺栓与地面连接固定，调整反力组合2或者固定支撑组合4与活动支撑组合5位置，使简支梁的加载点直接形成纯弯区，固定支撑组合4与活动支撑组合5与承载板1连接，可以抗压和抗拉，满足作动器反复加载的需求；

为了实现对整个试验装置提供加载力的支撑，反力组合2包括横梁一21、立柱一22和底座23，横梁一21的两侧均连接有立柱一22，立柱一22的底端连接有底座23，横梁一21和立柱一22均由H型钢制成，底座23通过地锚螺栓与承载板1连接固定；

参考图1至图3，为了实现对加载对象起到支撑作用和变形协调的作用，固定支撑组合4包括支墩和连接在支墩顶端的固定支座，活动支撑组合5包括支墩和连接在支墩顶端的活动支座，支墩包括横梁二401、立柱二402和底板403，横梁二401连接有两个立柱二402，立柱二402的底端连接有底板403，固定支座包括支座上板404、支座下板405和销轴一406，支座上板404和支座下板405通过销轴一406转动连接，限制梁体各个方向的位移，并能保证梁体转动，活动支座包括底座板501和销轴二502，底座板501的侧面开设有供销轴二502穿过的圆形通道，横梁二401和立柱二402也均由H型钢制成，底座板501的上方设置有两个对称设置的L字型的压块503，且压块503与底座板501通过螺栓连接固定，销轴二502的中部开设有平槽，限制上下和左右方向的位移，保证梁体能沿纵向滑动和转动；

液压动力组合3包括供油设备31和与供油设备31连通的作动器液压缸32，作动器液压缸32按照确定的荷载谱对模型梁施加外部激励，产生往复振动，供油设备31和作动器液压缸32为现有技术，供油设备31和作动器液压缸32均连接在横梁一21的底端，作动器液压缸32通过转轴转动连接有压板33，底板403通过螺栓与承载板1连接固定，底座板501和支座下板405均与横梁二401连接固定。

一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤一、依据组合梁受力计算，获取液压动力组合3的加载位置和荷载谱，确定固定支撑组合4与活动支撑组合5的位置；

步骤二、用起重设备吊装安装反力组合2、固定支撑组合4、活动支撑组合5到位，并利用螺栓进行固定。

步骤三、并架设简支梁于支座上板404和销轴二502上，确保简支梁处于正确的受力状态；

步骤四、调整控制作动器液压缸32位置，使其与简支梁能良好接触；

步骤五、安装传感器，包括应变片、位移计、百分表等，并连接并调试数据采集设备；

步骤六、预加载，预加载每级荷载增量取为0.2倍弹性极限荷载，加载至0.4倍的弹性极限荷载然后卸载至零，其中弹性极限荷载采用有限元软件估算；

步骤七、正式加载，正式加载初始每级荷载增量为5kN，当加载至弹性极限荷载时改为位移控制加载，每级2mm直至简支梁破坏；每一级荷载加载完成后持荷5分钟，读取荷载、滑移量和应变片读数；加载全过程中间不卸载。

工作原理

该钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法，将需要试验的简支梁置于支座上板404和销轴二502上，然后控制作动器液压缸32持续伸长，进而实现对简支梁施加外部激励，利用外部设备对简支梁进行检测。

实施例3

为实现外伸梁负弯矩区加载的试验目的，如图3、图4和图5所示的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，包括承载板1，承载板1的顶端连接有反力组合2、液压动力组合3、固定支撑组合4和活动支撑组合5，固定支撑组合4和活动支撑组合5上设置有需要试验的外伸梁，反力组合2和液压动力组合3设置在固定支撑组合4与活动支撑组合5之间，承载板1通过螺栓与地面连接固定；

为了实现对整个试验装置提供加载力的支撑，反力组合2包括横梁一21、立柱一22和底座23，横梁一21的两侧均连接有立柱一22，立柱一22的底端连接有底座23，横梁一21和立柱一22均由H型钢制成，底座23通过地锚螺栓与承载板1连接固定；

参考图1至图3，为了实现对加载对象起到支撑作用和变形协调的作用，固定支撑组合4包括支墩和连接在支墩顶端的固定支座，活动支撑组合5包括支墩和连接在支墩顶端的活动支座，支墩包括横梁二401、立柱二402和底板403，横梁二401连接有两个立柱二402，立柱二402的底端连接有底板403，固定支座包括支座上板404、支座下板405和销轴一406，支座上板404和支座下板405通过销轴一406转动连接，限制梁体各个方向的位移，并能保证梁体转动，活动支座包括底座板501和销轴二502，底座板501的侧面开设有供销轴二502穿过的圆形通道，横梁二401和立柱二402也均由H型钢制成，底座板501的上方设置有两个对称设置的L字型的压块503，且压块503与底座板501通过螺栓连接固定，销轴二502的中部开设有平槽，限制上下和左右方向的位移，保证梁体能沿纵向滑动和转动；

液压动力组合3包括供油设备31和与供油设备31连通的作动器液压缸32，作动器液压缸32按照确定的荷载谱对模型梁施加外部激励，产生往复振动，供油设备31和作动器液压缸32为现有技术，供油设备31和作动器液压缸32均连接在横梁一21的底端，作动器液压缸32通过转轴转动连接有压板33，底板403通过螺栓与承载板1连接固定，底座板501和支座下板405均与横梁二401连接固定。

一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤一、依据组合梁受力计算，获取液压动力组合3的加载位置和荷载谱，确定固定支撑组合4与活动支撑组合5的位置；

步骤二、用起重设备吊装安装反力组合2、固定支撑组合4、活动支撑组合5到位，并利用螺栓进行固定。

步骤三、并架设钢板组合外伸梁于支座上板404和销轴二502上，确保外伸梁处于正确的受力状态；

步骤四、调整控制作动器液压缸32位置，使其与加载梁能良好接触；

步骤五、安装传感器，包括应变片、位移计、百分表等，并连接并调试数据采集设备；

步骤六、预加载，预加载每级荷载增量取为0.2倍弹性极限荷载，加载至0.4倍的弹性极限荷载然后卸载至零，其中弹性极限荷载采用有限元软件估算；

步骤七、正式加载，正式加载初始每级荷载增量为5kN，当加载至弹性极限荷载时改为位移控制加载，每级2mm直至外伸梁破坏；每一级荷载加载完成后持荷5分钟，读取荷载、滑移量和应变片读数；加载全过程中间不卸载。

工作原理

该钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置及试验方法，将需要试验的外伸梁置于支座上板404和销轴二502上，然后控制作动器液压缸32持续伸长，进而实现对外伸梁施加外部激励，利用外部设备对外伸梁进行检测。

需要说明的是，在本文中，诸如一和二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，包括承载板（1），其特征在于：所述承载板（1）的顶端连接有反力组合（2）、液压动力组合（3）、固定支撑组合（4）和活动支撑组合（5）；

所述反力组合（2）包括横梁一（21）、立柱一（22）和底座（23），所述横梁一（21）的两侧均连接有立柱一（22），立柱一（22）的底端连接有底座（23）；

所述固定支撑组合（4）包括支墩和连接在支墩顶端的固定支座，所述活动支撑组合（5）包括支墩和连接在支墩顶端的活动支座，所述支墩包括横梁二（401）、立柱二（402）和底板（403），所述横梁二（401）连接有两个立柱二（402），所述立柱二（402）的底端连接有底板（403），所述固定支座包括支座上板（404）、支座下板（405）和销轴一（406），所述支座上板（404）和支座下板（405）通过销轴一（406）转动连接，所述活动支座包括底座板（501）和销轴二（502），所述底座板（501）的侧面开设有供销轴二（502）穿过的圆形通道；所述底座板（501）的上方设置有两个对称设置的L字型的压块（503），且压块（503）与底座板（501）通过螺栓连接固定，所述销轴二（502）的中部开设有平槽；

所述液压动力组合（3）包括供油设备（31）和与供油设备（31）连通的作动器液压缸（32），所述供油设备（31）和作动器液压缸（32）均连接在横梁一（21）的底端。

2.根据权利要求1所述的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，其特征在于：所述横梁一（21）和立柱一（22）均由H型钢制成，底座（23）通过地锚螺栓与承载板（1）连接固定。

3.根据权利要求1所述的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，其特征在于：所述横梁二（401）和立柱二（402）也均由H型钢制成。

4.根据权利要求1所述的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，其特征在于：所述作动器液压缸（32）通过转轴转动连接有压板（33）。

5.根据权利要求1所述的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，其特征在于：所述反力组合（2）和液压动力组合（3）设置在固定支撑组合（4）与活动支撑组合（5）之间。

6.根据权利要求1所述的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，其特征在于：所述承载板（1）通过螺栓与地面连接固定。

7.根据权利要求1所述的一种钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置，其特征在于：所述底板（403）通过螺栓与承载板（1）连接固定，所述底座板（501）和支座下板（405）均与横梁二（401）连接固定。

8.一种权利要求1-7任意一项所述的钢板组合梁负弯矩区的加载试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、依据组合梁受力计算，获取液压动力组合（3）的加载位置和荷载谱，确定固定支撑组合（4）与活动支撑组合（5）的位置；

步骤二、用起重设备吊装安装反力组合（2）、固定支撑组合（4）、活动支撑组合（5）到位，按照三种加载试验需要，选择试验梁的位置以及固定支撑组合（4）、活动支撑组合（5）的位置，并利用螺栓进行固定；

步骤三、架设钢板组合试验梁于支座上板（404）和销轴二（502）上，确保试验梁处于正确的受力状态；

步骤四、调整控制作动器液压缸（32）位置，使其与加载梁能良好接触；

步骤五、安装传感器，包括应变片、位移计、百分表，并连接并调试数据采集设备；

步骤六、预加载，预加载每级荷载增量取为0.2倍弹性极限荷载，加载至0.4倍的弹性极限荷载然后卸载至零，其中弹性极限荷载采用有限元软件估算；

步骤七、正式加载，正式加载初始每级荷载增量为5kN，当加载至弹性极限荷载时改为位移控制加载，每级2mm直至试验梁破坏；每一级荷载加载完成后持荷5分钟，读取荷载、滑移量和应变片读数；加载全过程中间不卸载。

Images