CN208060269U - 钢桥面板试件的疲劳试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢桥面板试件的疲劳试验装置，所述试件包括顶板以及与顶板相连的半U肋，所述试验装置包括试件支承锚固结构、施力结构以及供试件支承锚固结构和施力结构固定的底座，所述试件支承锚固结构包括分别锚固支承顶板两端的支承件、连接半U肋自由端与支承件的弹性连接件，所述施力结构包括对试件施加荷载的加载装置以及对顶板两端施加约束力的弹性约束结构。在本实用新型中采用的试件结构与现有技术中采用的多U肋形式的顶板与U肋局部试件相比尺寸小、耗材少，由此减小了疲劳试验规模，方便装置的运输以及架设，从而提高试验效率，通过上述结构能够很好地模拟实际中钢桥面板的受力情况，由此更加准确的研究钢桥面板的疲劳性。

Description

钢桥面板试件的疲劳试验装置

技术领域

本实用新型涉及钢桥面板技术领域，具体而言，涉及一种钢桥面板疲劳试验装置。

背景技术

钢桥作为国家交通主干线的重要组成部分，大部分扼守公路和铁路交通运输的咽喉，其重要地位将直接影响到交通干线的通畅运行。正交异性钢桥面板作为钢桥的首选桥面板结构，具有轻质高强等突出优点，在我国得到了广泛应用。

钢桥面板纵向和横向刚度差异大、构造细节复杂、焊缝众多、应力集中问题突出，导致钢桥面板疲劳开裂问题频发。疲劳开裂显著降低桥梁结构的服役质量，严重危害结构的耐久性和安全性。正交异性钢桥面板的疲劳问题一直都是桥梁工程界的研究热点，而疲劳试验作为研究钢桥面板疲劳性能最直接、最有效的方法，一直是各高校和科研院所的关注重点，目前疲劳试验主要采用受力模式与实桥最为接近的多U肋、多横隔板的足尺节段试件模型。但是足尺节段模型尺寸大、耗材多、能耗高、对试验设备和场地要求高、试验费用昂贵等因素制约了足尺节段试件疲劳试验研究的开展。

由于受到足尺节段试件模型各种条件的制约，有研究人员选取单U肋或多U肋形式的顶板与U肋局部试件开展模型试验研究，但是此类局部试件模型中的U肋没有受到约束，与实际桥梁中U肋的受力模式不同，不能反映出钢桥面板的实际受力情况。因此，目前亟需一种既能模拟钢桥面板实际受力模式，又能大幅缩减试件模型尺寸的疲劳试验装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种钢桥面板试件的疲劳试验装置，以解决现有技术中钢桥面板疲劳试验装置无法模拟实际受力且成本较高的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型钢桥面板试件的疲劳试验装置，包括试件、试件支承锚固结构、施力结构以及供试件支承锚固结构和施力结构固定的底座，所述试件包括顶板以及与顶板相连的半U肋，所述试件支承锚固结构包括分别锚固支承顶板两端的支承件、连接半U肋自由端与支承件的弹性连接件，所述施力结构包括对试件施加荷载的加载装置以及对顶板两端施加约束力的弹性约束结构。在本实用新型中采用的试件结构与现有技术中采用的U肋相比尺寸小、耗材少，由此大幅度减小了疲劳试验规模，方便装置的运输以及架设，从而提高试验效率。加载装置向在试验过程中向试件施加加载力，弹性连接件在加载装置加载的荷载作用下能够发生采用现有技术无法模拟出的扭转位移和下挠位移，由此模拟钢桥面板的实际受力模式；当加载装置加载时，弹性约束结构向顶板两端施加约束力约束顶板两端的位置，由此模拟钢桥面板中相邻顶板对试件的约束作用，通过上述结构能够很好地模拟实际中钢桥面板的受力情况，由此更加准确的研究钢桥面板的疲劳性能。

进一步地，所述支承件包括支承板以及锚固夹片，所述锚固夹片将顶板端部锚固夹持于支承板顶部。由此为顶板两端提供锚定支承，结构简单易实现。

进一步地，所述支承板通过螺栓结构锚固于底座上，所述底座上设有供支承板安装的螺栓孔列。由此可以调节支承板在底座上的安装位置，由此适应不同长度尺寸的半U肋结构，这里的长度是指顶板两端之间的长度。

进一步地，所述弹性连接件一端与半U肋自由端夹持相连，另一端与支承件通过螺栓结构固定。由此方便弹性连接件的拆卸与安装。

进一步地，所述弹性连接件一端包括夹持半U肋自由端的一对角钢，另一端包括分别与角钢通过螺栓结构相连的工字钢。上述弹性连接件结构简单且易获得，模拟钢桥面板的扭转位移和下挠位移效果最佳。

进一步地，所述支承件上竖向排列有供弹性连接件另一端锚固连接的螺栓孔列。由此可以调整弹性连接件的位置以适应不同高度尺寸的试件，这里的高度是指顶板到半U肋自由端的高度。

进一步地，所述弹性约束结构包括分别将顶板两端夹在中间的夹紧件以及支承夹紧件的支承锚固结构。由此实现对顶板两端的位置约束。

进一步地，所述夹紧件包括两个将顶板端部夹在中间的钢棒，所述支承锚固结构包括分别设置于钢棒两端的支承柱以及设置于支承柱顶部供钢棒固定的钢棒固定件。上述结构简单，方便操作安装，对顶板两端的约束效果较佳。

进一步地，所述钢棒固定件包括设置于支承柱顶部的下固定块以及通过螺栓结构与下固定块相连的上固定块，所述下固定块与上固定块均设有供钢棒插入的插槽。由此方便支承柱的拆卸与安装，方便钢棒的插入与取出。

进一步地，所述支承柱通过螺栓结构锚固于底座上，所述底座上设有供支承柱安装的螺栓孔列。由此实现对不同尺寸试件的约束。

可见，在本实用新型中采用的试件结构与现有技术中采用的模型试件相比尺寸小、耗材少，由此大幅度减小了疲劳试验规模，方便装置的运输以及架设，从而提高试验效率。加载装置在试验过程中对试件施加荷载，弹性连接件在荷载作用下能够让半U肋发生扭转位移和下挠位移，由此模拟钢桥面板的实际受力模式；当加载装置加载时，支承锚固板件和弹性支承锚固结构对顶板两端施加约束作用，由此模拟钢桥面板中相邻顶板对试件的约束作用，通过上述结构能够很好地模拟实际中钢桥面板的受力情况，由此更加准确的研究钢桥面板的疲劳性能。本实用新型相对与现有技术而言，结构简单，耗材少，占用空间小，试验成本低，试验效率高，试验过程中试件的受力情况更接近于实际中钢桥面板的受力情况。本实用新型主要应用于钢桥面板的疲劳试验。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1为本实用新型钢桥面板试件的疲劳试验装置的立体图。

图2为本实用新型钢桥面板试件的疲劳试验装置的侧视图。

图3为本实用新型中试件支承锚固结构的结构示意图。

图4为本实用新型中的弹性约束结构的结构示意图。

图5为本实用新型中弹性连接件的结构示意图。

图6为本实用新型中底座的结构示意图。

图7为本实用新型中试件的结构示意图。

上述附图中的有关标记为：

1：试件；

11：顶板；

12：半U肋；

2：试件支承锚固结构；

21：支承件；

210：支承板；

211：锚固夹片；

212：第三螺栓孔；

22：弹性连接件；

220：角钢；

221：工字钢；

3：底座；

31：第一螺栓孔；

32：第二螺栓孔；

4：加载装置；

5：弹性约束结构；

51：钢棒；

52：支承柱；

53：柱脚；

54：下固定块；

55：上固定块；

56：插槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本实用新型中术语“弹性”是指此装置中所述的弹性约束件和弹性连接件，其弹性变形较小，一般在毫米级，其目的是在约束位置能产生一定的弹性形变，模拟实际桥梁中相邻构件的弹性约束作用。

本实用新型钢桥面板试件的疲劳试验装置，所述试件1包括顶板11以及与顶板11相连的半U肋12，所述试验装置包括试件支承锚固结构2、施力结构以及供试件支承锚固结构2和施力结构固定的底座3，所述试件支承锚固结构2包括分别锚固支承顶板11两端的支承件21、连接半U肋12自由端与支承件21的弹性连接件22，所述施力结构包括对试件1施加荷载的加载装置4以及对顶板11两端施加约束力的弹性约束结构5。

所述支承件21包括支承板210以及锚固夹片211，所述锚固夹片211将顶板11端部锚固夹持于支承板210顶部。

所述支承板210通过螺栓结构锚固于底座3上，所述底座3上设有供支承板210安装的螺栓孔列。

所述弹性连接件22一端与半U肋12自由端夹持相连，另一端与支承件21通过螺栓结构固定。

所述弹性连接件22一端包括夹持半U肋12自由端的一对角钢220，另一端包括分别与角钢220通过螺栓结构相连的工字钢221。

所述支承件21上竖向排列有供弹性连接件22另一端锚固连接的螺栓孔列。

所述弹性约束结构5包括分别将顶板11两端夹在中间的夹紧件以及支承夹紧件的支承锚固结构。

所述夹紧件包括两个将顶板11端部夹在中间的钢棒51，所述支承锚固结构包括分别设置于钢棒51两端的支承柱52以及设置于支承柱52顶部供钢棒51固定的钢棒固定件。

所述钢棒固定件包括设置于支承柱52顶部的下固定块54以及通过螺栓结构与下固定块54相连的上固定块55，所述下固定块54与上固定块55均设有供钢棒51插入的插槽56。

所述支承柱52通过螺栓结构锚固于底座3上，所述底座3上设有供支承柱52安装的螺栓孔列。

如图1、图2所示，本具体实施方式中钢桥面板试件的疲劳试验装置，结合图7所示，所述试件1包括顶板11以及与顶板11相连的半U肋12，所述试验装置包括试件支承锚固结构2、施力结构以及供试件支承锚固结构2和施力结构固定的底座3，结合图7所示，所述试件支承锚固结构2包括分别锚固支承顶板11两端的支承件21、连接半U肋12自由端与支承件21的弹性连接件22，所述施力结构包括对试件1施加荷载的加载装置4以及对顶板11两端施加约束力的弹性约束结构5。

如图3所示，所述试件支承锚固结构2包括分别锚固支承顶板11两端的支承件21、连接半U肋12自由端与支承件21的弹性连接件22，所述支承板210通过螺栓结构锚固于底座3上，所述底座3上设有供支承板210安装的第三螺栓孔212列。所述弹性连接件22一端与半U肋12自由端夹持相连，另一端与支承件21通过螺栓结构固定。本实用新型中共设置左右两个支承板210，支承板210呈板柱状。

如图4所示，所述弹性约束结构5包括分别将顶板11两端夹在中间的夹紧件以及支承夹紧件的支承锚固结构。所述夹紧件包括两个将顶板11端部夹在中间的钢棒51，两个钢棒51上下平行设置，所述支承锚固结构包括四个支承柱52，两个支承柱52为一组，对应顶板11两端各设置一组支承柱52，支承柱52分为分别设置于钢棒51两端对钢棒进行支承，各支承柱52顶部设有供钢棒51固定的钢棒固定件。所述钢棒固定件包括设置于支承柱52顶部的下固定块54以及通过螺栓结构与下固定块54相连的上固定块55，所述下固定块54与上固定块55均设有供钢棒51插入的插槽56。每个支承柱52底部均设有柱脚53，所述柱脚53通过螺栓结构锚固在底座3上。

如图5所示，所述弹性连接件22一端包括夹持半U肋12自由端的一对角钢220，另一端包括分别与角钢220通过螺栓结构相连的工字钢221。所述支承件21上竖向排列有供弹性连接件22另一端锚固连接的螺栓孔列。

结合图1和图6所示，所述支承板210通过螺栓结构锚固于底座3上，所述底座3上设有供支承板210安装的第二螺栓孔32列。所述支承柱52通过螺栓结构锚固于底座3上，所述底座3上设有供支承柱52安装的第一螺栓孔31列。

所述加载装置4选用现有技术中可向试件施加荷载的万能疲劳试件机等加载装置。

本实用新型相对于现有技术的优点在于：

第一，采用半U肋与顶板构成的试件替代传统足尺节段试件作为疲劳试验模型，可以大幅减小试件的尺寸，降低对试验设备和场地的要求，同时能够大幅降低试验费用，且试验操作简单，试验效率大幅提升，通过开展上述半U肋与顶板构成的大量低成本的小试件进行疲劳试验研究，可以得到反应顶板与U肋焊接接头疲劳性能的S-N曲线。

第二，所实用新型试验装置可适用于不同规格和尺寸的试件进行疲劳试验，应用范围广，并且装置中的各个部件移动、定位、安装都简单轻便，安全可靠。

第三，各部件可独立预制，分块拼装，具有快速装配式特征。各板件可以单独更换，重复使用，有利于板件的循环利用和可持续发展。

本实用新型在实际应用中的试验步骤如下：

(1)预制试验装置中的各个部件与钢棒，按照试验装置的螺栓结构连接方式将各板件与钢棒进行组装，形成试验锚具。

(2)确定所研究的试件的尺寸大小并加工生产。

(3)待试件生产完毕后，根据需要，在关注区域布置应变片等测试传感器。

(4)将试件架设到试验锚具上，然后根据试件的约束情况，调整各板件的相对位置并通过高强螺栓准确定位。

(5)确定加载位置并进行加载，测试数据。

(6)分析测试所得试验结果。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.钢桥面板试件的疲劳试验装置，所述试件(1)包括顶板(11)以及与顶板(11)相连的半U肋(12)，其特征在于，所述试验装置包括试件支承锚固结构(2)、施力结构以及供试件支承锚固结构(2)和施力结构固定的底座(3)，所述试件支承锚固结构(2)包括分别锚固支承顶板(11)两端的支承件(21)、连接半U肋(12)自由端与支承件(21)的弹性连接件(22)，所述施力结构包括对试件(1)施加荷载的加载装置(4)以及对顶板(11)两端施加约束力的弹性约束结构(5)。

2.如权利要求1所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述支承件(21)包括支承板(210)以及锚固夹片(211)，所述锚固夹片(211)将顶板(11)端部锚固夹持于支承板(210)顶部。

3.如权利要求2所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述支承板(210)通过螺栓结构锚固于底座(3)上，所述底座(3)上设有供支承板(210)安装的螺栓孔列。

4.如权利要求1所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述弹性连接件(22)一端与半U肋(12)自由端夹持相连，另一端与支承件(21)通过螺栓结构固定。

5.如权利要求4所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述弹性连接件(22)一端包括夹持半U肋(12)自由端的一对角钢(220)，另一端包括分别与角钢(220)通过螺栓结构相连的工字钢(221)。

6.如权利要求4所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述支承件(21)上竖向排列有供弹性连接件(22)另一端锚固连接的螺栓孔列。

7.如权利要求1所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述弹性约束结构(5)包括分别将顶板(11)两端夹在中间的夹紧件以及支承夹紧件的支承锚固结构。

8.如权利要求7所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述夹紧件包括两个将顶板(11)端部夹在中间的钢棒(51)，所述支承锚固结构包括分别设置于钢棒(51)两端的支承柱(52)以及设置于支承柱(52)顶部供钢棒(51)固定的钢棒固定件。

9.如权利要求8所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述钢棒固定件包括设置于支承柱(52)顶部的下固定块(54)以及通过螺栓结构与下固定块(54)相连的上固定块(55)，所述下固定块(54)与上固定块(55)均设有供钢棒(51)插入的插槽(56)。

10.如权利要求8所述的钢桥面板试件的疲劳试验装置，其特征在于，所述支承柱(52)通过螺栓结构锚固于底座(3)上，所述底座(3)上设有供支承柱(52)安装的螺栓孔列。