一種斜拉索疲勞試驗的製造方法
2023-07-24 03:19:36 2
一種斜拉索疲勞試驗的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種斜拉索疲勞試驗機，該試驗機將斜拉索試件豎直地安裝在剛性橫梁和機架的橫向剛性支架之間，並設置穿心式壓力傳感器測量該斜拉索試件的初始預拉力，採用振動電機對斜拉索試件施加豎向振動（大幅度的豎向應力），採用應力幅調節裝置對斜拉索試件施加微幅豎向位移調節，採用斜拉索試件上所配裝的應變計反饋該斜拉索試件的應力變化，採用調節控制器根據穿心式壓力傳感器、應變計所反饋的數值控制應力幅調節裝置所施加的應力幅；由此可知，本發明所述的斜拉索疲勞試驗機可以根據不同的受力環境，選擇合理的應力幅大小以及應力幅譜，進行斜拉索試件的疲勞試驗。
【專利說明】一種斜拉索疲勞試驗機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種斜拉橋斜拉索疲勞試驗機，屬於結構試驗領域。
【背景技術】
[0002]近年來，由於斜拉橋的大量修建及其跨度的不斷增大，斜拉索的長度也隨之不斷加大。這主要由於斜拉橋不僅具有優美的外形，而且具有良好的力學性能。由橋塔引出的斜拉索作為梁跨的多點彈性支承，使主梁受力類似於連續梁，從而大大降低了主梁截面彎矩，有效地提高了主梁的跨越能力；同時斜拉索承受拉力，橋塔承受豎向軸壓力和彎矩。三大構件的受力可以通過斜拉索調整來改善，所以斜拉索對整個結構的影響很大。
[0003]由於斜拉索的柔性特徵和對環境荷載(例如:車輛荷載、風載荷等)的響應，將引起斜拉索的劇烈振動和相應的疲勞損傷，因此斜拉索的疲勞問題日益突出。目前針對斜拉索疲勞的研究，主要基於可靠度理論的數值模擬(比如一次二階距法、蒙特卡諾法等)以及實橋健康監測系統。數值模擬存在不可避免的假定，往往不能準確的反應斜拉索的疲勞損傷特徵，健康監測系統側重於橋梁整體結構狀態的安全性，影響因素較多，且不能進行單因素分析。因此以上兩種方法均不能有效的進行斜拉索疲勞性能研究。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術的不足，提供一種斜拉索疲勞試驗機，其通過對斜拉索施加荷載，並採用應力幅調節裝置模擬不同受力情況下的斜拉索，從而為斜拉索疲勞研究人員提供了 一種有效的研究方法。
[0005]為實現以上的技術目的，本發明將採取以下的技術方案:
一種斜拉索疲勞試驗機，用於斜拉索試件的疲勞測試，包括底座以及安裝在底座上的機架，機架包括橫向剛性支架，該橫向剛性支架下方設置剛性橫梁，剛性橫梁通過用於微調自身豎向位移的應力幅調節裝置支撐在底座上方；斜拉索試件豎直地設置在橫向剛性支架和剛性橫梁之間，斜拉索試件的上方穿過橫向剛性支架後通過錨具錨固，且錨具與橫向剛性支架之間的斜拉索試件上配裝有用於反饋該斜拉索試件的初始預拉力信息的穿心式壓力傳感器，該穿心式壓力傳感器與調節控制器連接，而斜拉索試件的下方穿過剛性橫梁後通過緊定部件鎖緊；所述剛性橫梁通過電機架安裝有振動電機；斜拉索試件上配裝應變計，所述應變計通過動態應變採集儀與調節控制器連接，動態應變採集儀將應變計反饋的電壓/電阻變化數值轉換為對應的應變變化信息，調節控制器根據該應變變化信息以及穿心式壓力傳感器所反饋的數值，控制應力幅調節裝置的應力幅大小。
[0006]所述機架還包括兩根相對設置的豎向剛性支架，所述的橫向剛性支架的兩端分別與兩根豎向剛性支架對應連接。
[0007]所述橫向剛性支架的每一個端部均通過一個可沿豎向剛性支架上下移動的橫向支架安裝機構與相應的豎向剛性支架連接；所述的橫向支架安裝機構包括傳遞鋼板以及安裝在傳遞鋼板底部的滑輪，滑輪包括左右兩組，每組至少包括兩個，對應地分布在傳遞鋼板的左右兩側；豎向剛性支架對應於左右兩組滑輪的位置處分別設置有左右兩條豎向滑輪導槽，左右兩組滑輪分別置於相應的豎向滑輪導槽中；傳遞鋼板的中部開設有用於安裝橫向剛性支架的橫向支架插槽，豎向剛性支架對應於橫向支架插槽的位置處的豎直線上，開設一個以上的橫向剛性支架螺栓孔；所述豎向剛性支架通過穿過橫向剛性支架螺栓孔、橫向支架插槽的螺栓組件與傳遞鋼板固緊。
[0008]所述應力幅調節裝置包括上絕緣墊塊、下絕緣墊塊以及連接在上絕緣墊塊、下絕緣墊塊之間的彈簧，所述的上絕緣墊塊通過螺栓組件與剛性橫梁連接，而下絕緣墊塊則通過螺栓組件與底座連接；所述的彈簧沿其螺旋線上繞有線圈，線圈的端部通過導線與激勵電源連接。
[0009]所述錨具包括錨環以及置於錨環中的錨塞，斜拉索試件通過橡膠墊片安裝在錨塞中。
[0010]根據以上的技術方案，相對於現有技術，本發明具有以下的優點:
本發明所提供的斜拉索疲勞試驗機，將斜拉索試件豎直地安裝在剛性橫梁和機架的橫向剛性支架之間，並設置穿心式壓力傳感器測量該斜拉索試件的初始預拉力，採用振動電機對斜拉索試件施加豎向振動(大幅度的豎向應力)，採用應力幅調節裝置對斜拉索試件施加微幅豎向位移調節，採用斜拉索試件上所配裝的應變計反饋該斜拉索試件的應力變化，採用調節控制器根據穿心式壓力傳感器、應變計所反饋的數值控制應力幅調節裝置所施加的應力幅；由此可知，本發明所述的斜拉索疲勞試驗機可以根據不同的受力環境，選擇合理的應力幅大小以及應力幅譜，進行斜拉索試件的疲勞試驗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明斜拉索疲勞試驗機的結構示意圖；
圖2是本發明所述錨具安裝斜拉索試件的分解結構示意圖；
圖3是橫向支架安裝機構的結構示意圖；
圖4是應力幅調節裝置的結構示意圖；
圖1-4中，1、橫向剛性支架；2、豎向剛性支架；3、錨具；3a、錨環；3b、錨塞；3b、橡膠墊片；4、螺栓；4a、滑輪；4b、傳遞鋼板；4c、橫向剛性支架螺栓孔；4d、橫向支架插槽；4e、豎向滑輪導槽；5、斜拉索試件；6、剛性橫梁；7、電磁式彈簧；7a、螺栓組件；7b、導線；7c、上絕緣塾塊；7cU彈黃；7e、線圈；8、振動電機；9、芽心式壓力傳感器；10、緊定部件；11、電機架；12、底座；13、應變計；14、調節控制器。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
[0013]如圖1所示，本發明所述的斜拉索疲勞試驗機，用於斜拉索試件的疲勞測試，包括機架、剛性橫梁、振動電機、應力幅調節裝置以及調節控制器，其中:
所述機架，包括底座、橫向剛性支架以及豎向剛性支架，所述豎向剛性支架包括兩根相對地固定安裝在底座上的豎向鋼梁，所述橫向剛性支架的兩端分別通過一個橫向支架安裝機構與相應的豎向剛性支架連接；所述橫向支架安裝機構可沿豎向剛性支架的豎向延伸方向做平移運動，如圖3所示，包括傳遞鋼板以及安裝在傳遞鋼板底部的滑輪，滑輪包括左右兩組，每組至少包括兩個，對應地分布在傳遞鋼板的左右兩側；豎向剛性支架對應於左右兩組滑輪的位置處分別設置有左右兩條豎向滑輪導槽，左右兩組滑輪分別置於相應的豎向滑輪導槽中；傳遞鋼板的中部開設有用於安裝橫向剛性支架的橫向支架插槽，豎向剛性支架對應於橫向支架插槽的位置處的豎直線上，開設一個以上的橫向剛性支架螺栓孔；所述豎向剛性支架通過穿過橫向剛性支架螺栓孔、橫向支架插槽的螺栓組件與傳遞鋼板固緊；因此，本發明所述的橫向支架安裝機構為滑輪、傳遞鋼板以及橫向支架插槽(橫向支架孔)組成滑動體系，通過滑輪導槽使滑動體系在豎向剛性支架上產生相對滑動，並在豎向剛性支架上預製一定量的橫向剛性支架螺栓孔，橫向剛性支架螺栓孔與橫向支架孔大小一致，當兩孔對應時，用螺栓穿入兩孔將其固定，以達到疲勞試驗機豎向空間調節的目的，由此可知，橫向剛性支架與豎向剛性支架可以相對滑動，以適應不同長度的斜拉索試件；
所述剛性橫梁，與橫向剛性支架相平行，並位於橫向剛性支架的下方，通過應力幅調節裝置支撐在底座的上方，所述的應力幅調節裝置，如圖4所示，包括上絕緣墊塊、下絕緣墊塊以及連接在上絕緣墊塊、下絕緣墊塊之間的彈簧，所述的上絕緣墊塊通過螺栓組件與剛性橫梁連接，而下絕緣墊塊則通過螺栓組件與底座連接；所述的彈簧沿其螺旋線上繞有線圈，線圈的端部通過導線與激勵電源連接；其中，上、下絕緣墊塊的目的是防止彈簧與剛性橫梁產生連通，影響轉動機的正常工作以及避免電磁感應對轉動機的影響；由此可知，所述的應力幅調節裝置為可更換電磁式彈簧，可以根據通入電流大小、方式改變預拉力調整應力幅，具體是:一、調整彈簧兩側電流對疲勞應力幅進行調整，加大電流時，電磁強度增加，彈簧預拉力增加，從而達到應力幅調節的目的；二、電磁感應強度隨電流的改變而改變，調整電流的輸出方式(如交變、脈衝等)可以達到複雜應力幅譜編制的目的；三、上述兩個步驟均不能滿足要求時，可以更換不同勁度係數的彈簧；應力幅的變化由斜拉索上的應變計反應
所述斜拉索試件，豎直地設置在橫向剛性支架和剛性橫梁之間，斜拉索試件的上方穿過橫向剛性支架後通過錨具錨固，且錨具與橫向剛性支架之間的斜拉索試件上配裝有用於反饋該斜拉索試件的初始預拉力信息的穿心式壓力傳感器，該穿心式壓力傳感器與調節控制器連接，而斜拉索試件的下方穿過剛性橫梁後通過緊定部件鎖緊；所述剛性橫梁通過電機架安裝有振動電機；斜拉索試件上配裝應變計，所述應變計通過動態應變採集儀與調節控制器連接，其中:應變計為可重用式光纖應變計；試驗過程中，應變計受「拉」 「壓」作用，則應變計電阻會產生變化，並將電阻變化信息傳至動態應變採集儀，動態應變採集儀經過處理將電阻變化信息轉化為應變變化信息，計算機再將將應變變化信息轉化為應力變換信息，並以曲線的形式直觀的顯示出來，研究人員根據應力變化曲線，尋找應力峰值與谷值，相減即可得到應力幅大小。因此，本發明通過控制斜拉索試件的應力幅，以研究不同應力幅作用下的斜拉索疲勞性能。
[0014]另外，本發明所述的錨具，如圖2所示，包括錨環以及置於錨環中的錨塞，斜拉索試件通過橡膠墊片安裝在錨塞中。具體實施時，先將試件穿過錨環，再將錨塞與橡膠墊片放入試件與錨環中間部位。其中錨塞與橡膠墊片為可更換式構件，以適應不同直徑的斜拉索試件。橡膠墊片的目的是防止疲勞實驗過程中錨具與斜拉索試件因間隙產生對斜拉索試件的磨損。
[0015]所述振動電機，通過電機架安裝在剛性橫梁上，振動電機提供動力，在預拉力(斜拉索試件屬於柔性構件，疲勞試驗時需要施加一初始預拉力，安裝在斜拉索試件頂部的穿心式壓力傳感器即用於反映試驗開始時的預拉力大小。當試件受拉時，錨具受壓，並將壓力傳至穿心式壓力傳感器，穿心式壓力傳感器與調節控制器相連，具體數值可由調節控制器讀出)的作用下，使斜拉索試件處於「拉一拉」循環應力狀態。斜拉索試件上部由錨具將斜拉索固定於橫向剛性支架上，斜拉索試件下部由螺栓將斜拉索與剛性橫梁連接。
【權利要求】
1.一種斜拉索疲勞試驗機，用於斜拉索試件的疲勞測試，包括底座以及安裝在底座上的機架，其特徵在於，機架包括橫向剛性支架，該橫向剛性支架下方設置剛性橫梁，剛性橫梁通過用於微調自身豎向位移的應力幅調節裝置支撐在底座上方；斜拉索試件豎直地設置在橫向剛性支架和剛性橫梁之間，斜拉索試件的上方穿過橫向剛性支架後通過錨具錨固，且錨具與橫向剛性支架之間的斜拉索試件上配裝有用於反饋該斜拉索試件的初始預拉力信息的穿心式壓力傳感器，該穿心式壓力傳感器與調節控制器連接，而斜拉索試件的下方穿過剛性橫梁後通過緊定部件鎖緊；所述剛性橫梁通過電機架安裝有振動電機；斜拉索試件上配裝應變計，所述應變計通過動態應變採集儀與調節控制器連接，動態應變採集儀將應變計反饋的電壓/電阻變化數值轉換為對應的應變變化信息，調節控制器根據該應變變化信息以及穿心式壓力傳感器所反饋的數值，控制應力幅調節裝置的應力幅大小。
2.根據權利要求1所述斜拉索疲勞試驗機，其特徵在於，所述機架還包括兩根相對設置的豎向剛性支架，所述的橫向剛性支架的兩端分別與兩根豎向剛性支架對應連接。
3.根據權利要求2所述斜拉索疲勞試驗機，其特徵在於，所述橫向剛性支架的每一個端部均通過一個可沿豎向剛性支架上下移動的橫向支架安裝機構與相應的豎向剛性支架連接；所述的橫向支架安裝機構包括傳遞鋼板以及安裝在傳遞鋼板底部的滑輪，滑輪包括左右兩組，每組至少包括兩個，對應地分布在傳遞鋼板的左右兩側；豎向剛性支架對應於左右兩組滑輪的位置處分別設置有左右兩條豎向滑輪導槽，左右兩組滑輪分別置於相應的豎向滑輪導槽中；傳遞鋼板的中部開設有用於安裝橫向剛性支架的橫向支架插槽，豎向剛性支架對應於橫向支架插槽的位置處的豎直線上，開設一個以上的橫向剛性支架螺栓孔；所述豎向剛性支架通過穿過橫向剛性支架螺栓孔、橫向支架插槽的螺栓組件與傳遞鋼板固緊。
4.根據權利要求1所述斜拉索疲勞試驗機，其特徵在於，所述應力幅調節裝置包括上絕緣墊塊、下絕緣墊塊以及連接在上絕緣墊塊、下絕緣墊塊之間的彈簧，所述的上絕緣墊塊通過螺栓組件與剛性橫梁連接，而下絕緣墊塊則通過螺栓組件與底座連接；所述的彈簧沿其螺旋線上繞有線圈，線圈的端部通過導線與激勵電源連接。
5.根據權利要求1所述斜拉索疲勞試驗機，其特徵在於，所述錨具包括錨環以及置於錨環中的錨塞，斜拉索試件通過橡膠墊片安裝在錨塞中。
【文檔編號】G01N3/08GK103983511SQ201410167157
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】吉伯海, 傅中秋, 朱偉 申請人:河海大學