豎向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置製造方法

2023-12-04 01:34:31 1

豎向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種豎向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其是在混凝土調平層上相對設置有兩個用於固定測試件的地錨，測試件通過連接組件與加載梁連接，加載梁是工字型梁，其上翼緣板中部連接有伺服液壓作動器；本發明利用高強螺栓將測試件固定在地錨上，伺服液壓作動器通過加載梁和連接組件向腹板豎向加勁肋提供兩個集中循環荷載，能夠真實地模擬鋼板梁橋中橫撐對於腹板加勁肋的作用力；此外通過合理的簡化將測試件的規模減小，節約試驗空間，簡化構造，降低對加載噸位的要求，並且測試件可替換性強，易於拆卸，可以方便經濟地做大量變參數的試驗，應用前景廣闊。
【專利說明】豎向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置

【技術領域】
[0001] 本發明屬於橋梁工程【技術領域】，特別涉及橋梁工程試驗【技術領域】，具體是一種堅 向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置。

【背景技術】
[0002] 鋼橋的疲勞問題嚴重影響著橋梁的使用壽命，研究表明鋼橋中大約90%的疲勞開 裂問題均是由於疲勞敏感細節處的面外變形或者二次應力引起的。鋼橋設計中，各主梁之 間的橫向聯繫是通過橫撐與主梁腹板焊接的堅向加勁肋的連接來實現的，為了避免堅向加 勁肋和主梁受拉翼緣之間的焊接細節發生疲勞失效，通常在堅向加勁肋與主梁受拉翼緣之 間留有幾十毫米的腹板間隙。在車輛荷載作用下，各主梁之間的撓度差會使橫撐對主梁腹 板產生拉力或壓力的作用，使得剛度較小的腹板間隙處發生面外彎曲變形，從而引起較大 的二次應力，導致疲勞裂紋在此處萌生和擴展。堅向加勁肋與翼板之間的腹板間隙面外變 形疲勞行為與應力分布情況複雜，需要通過疲勞試驗對該細節的面外變形疲勞損傷機理和 維修加固方法進行深入研究。
[0003] 對鋼橋腹板間隙處開展疲勞試驗是研究該細節處疲勞機理與維修加固方法合理 性的重要手段，可為實橋腹板間隙處疲勞裂紋的維修加固提供重要的科學依據。然而傳統 的鋼橋腹板間隙疲勞試驗加載裝置與試驗方法存在以下不足：（1)傳統的鋼橋腹板間隙面 外變形疲勞機理與維修加固方法試驗均是採用大節段鋼梁來進行試驗，模型製造、安裝耗 時費力，且費用較高，很難實現疲勞細節的大量變參數試驗研究；(2)由於節段試件的尺寸 較大，對試驗的場地要求比較高，試驗要模擬實橋的受力與變形需要較高的加載噸位，疲勞 試驗費用高昂。但是，目前還未有人員對鋼橋堅向加勁肋與翼板之間的腹板間隙處的疲勞 細節進行大量變參數的試驗測試，而且，目前測試鋼橋疲勞性能的加載裝置，很難真實反映 堅向加勁肋與翼板之間的腹板間隙的實際面外變形及受力情況。因此，急需研發一種能顯 著降低試驗費用、提高試驗效率的鋼橋腹板間隙面外變形疲勞試驗裝置。


【發明內容】

[0004] 針對現有鋼橋面外變形疲勞試驗技術的不足，本發明提出了一種能夠真實模擬實 橋中橫撐對加勁肋的作用，使疲勞試件中腹板間隙處的受力行為與實橋保持一致，並且測 試結果可靠、準確，對試驗場地和加載噸位要求較低，操作簡單、拆裝方便、試驗成本較低的 堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置。
[0005] 為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為在混凝土調平層上相對設置有兩個 用於固定測試件的地錨，測試件通過連接組件與加載梁連接，加載梁是工字型梁，其上翼緣 板中部連接有伺服液壓作動器；
[0006] 所述地錨是在L型底座上相對設置有兩個加勁板，在兩加勁板之間設置有鋼錨 箱，鋼錨箱通過地腳螺栓與L型底座以及混凝土調平層連接；
[0007] 所述連接組件是將水平設置的上角鋼與縱向設置的下角鋼之間通過連接板連接， 上角鋼通過高強螺栓與加載梁的下翼緣板連接。
[0008] 上述加載梁的兩端連接有環扣。
[0009] 上述伺服液壓作動器的加載中心線與測試件的腹板加勁肋中心線在同一條直線 上。
[0010] 上述相對的兩個地錨之間的間距是500?2000mm。
[0011] 上述加載梁的上翼緣板是寬度為250?550mm、厚度為16?60mm、長度為500? 1500mm的矩形板，加載梁腹板是寬度為100?500mm、厚度為12?24mm、長度為500? 1500mm的矩形板，下翼緣板與上翼緣板結構相同。
[0012] 上述鋼錨箱的水平頂板是寬度為250?400mm、厚度為18?24mm、長度為300? 800mm的矩形板，堅直翼板是寬度為150?450mm、厚度為16?22mm、長度為400?600mm 的矩形板。
[0013] 上述的堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置製造方法 為：
[0014] 首先按照上述結構和設計尺寸將鋼板焊接成地錨、加載橫梁並製作加工連接板， 在L型底座上與測試件左、右端的翼緣板連接的一臂上加工相應的螺栓孔，利用型鋼製作 上、下角鋼；利用繩索通過加載梁端部的環扣將加載梁臨時吊在反力架上，通過螺栓將伺服 液壓作動器固定在加載梁的上翼緣板的中部，在加載梁的下翼緣板下方栓接連接上角鋼， 並在上、下角鋼之間安裝連接板；待底座安置處的混凝土調平層達到強度之後，將底座放置 於其上，並通過四個角的調平螺栓將底座調至水平，將測試件通過高強螺栓固定在兩個底 座之間，擰緊地腳螺栓；通過下角鋼栓接連接測試件的水平加勁肋與連接板；鬆掉加載梁 端頭的繩索之後便可加載進行試驗。
[0015] 本發明的堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置是通過合理 化設計，利用高強螺栓將測試件固定在底座上，伺服液壓作動器通過加載梁和連接組件向 腹板堅向加勁肋提供兩個集中循環荷載，能夠真實地模擬鋼板梁橋中橫撐對於腹板加勁肋 的作用力，實現鋼橋疲勞細節的變參數試驗，使得疲勞測試結果準確，有利於指導鋼橋腹板 間隙處的抗疲勞設計；此外通過合理的簡化將測試件的規模減小，節約試驗空間，簡化構 造，降低對加載噸位的要求，並且測試件可替換性強，易於拆卸，可以方便經濟地做大量變 參數的試驗，應用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是實施例1的疲勞試驗加載裝置結構示意圖。
[0017] 圖2是圖1中加載梁2的結構示意圖。
[0018] 圖3是圖1中連接組件3的結構示意圖。
[0019] 圖4是圖1中L型底座4-4的結構示意圖。
[0020] 圖5是圖1中地腳螺栓4-2與鋼錨箱4-1的連接結構示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 以下結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。
[0022] 實施例1
[0023] 如圖1所示，本實施例的堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝 置是由伺服液壓作動器1、加載梁2、連接組件3、地錨4以及混凝土調平層6組成。
[0024] 本實施例的加載梁2是由鋼板焊接成工字型梁，參見圖2,其上翼緣板2-1是寬度 為400mm，厚度為40mm，長度為1000mm的矩形鋼板，加載梁腹板2-2是寬度為200mm，厚度 為20mm,長度為1000mm的矩形鋼板，下翼緣板2-3是寬度為400mm,厚度為40mm,長度為 1000mm的矩形鋼板。為了便於將加載梁2臨時固定在反力架上，在加載梁2上翼緣板2-1 的左右兩端均焊接有由粗鋼筋彎製成的環扣2-4,在加載梁2的上翼緣板2-1中心處通過4 個螺栓緊固有伺服液壓作動器1，可對測試件5施加垂直向下的循環荷載。在加載梁2的下 翼緣板2-3上靠近前後邊緣的位置均加工有螺孔，其通過安裝在螺孔內的高強螺栓與連接 組件3連接。
[0025] 參見圖3,本實施例的連接組件3是由上角鋼3-1、連接板3-2以及下角鋼3-3組 成。本實施例的上角鋼3-1與下角鋼3-3均採用等肢單角鋼，上角鋼3-1水平設置，共4 個，分為2組，每組中兩個前後對稱分布，每個上角鋼3-1的肢寬為160mm,肢厚為16mm,長 為320mm。在兩兩對稱設置的上角鋼3-1之間用螺栓緊固有長為300mm，寬為300mm，厚度 為20mm的矩形鋼板作為連接板3-2,即上角鋼3-1水平的一肢通過高強螺栓與加載梁2的 下翼緣板2-3緊固，另一肢與連接板3-2的上側連接，通過連接板3-2將上角鋼3-1兩兩相 對設置。在連接板3-2的下側用螺栓栓接有4個縱向設置的下角鋼3-3,即下角鋼3-3與上 角鋼3-1 -一對應，並且兩兩對稱分布，每個下角鋼3-3的肢寬為100mm，肢厚為10mm，長為 250mm，其上端與連接板3-2緊固，下端通過螺栓與測試件5的堅向加勁肋栓接。
[0026] 參見圖4和5,在試驗的混凝土調平層6上用螺栓緊固有兩個地錨4,測試件5的 兩端翼緣板用高強螺栓固定在兩個地錨4之間，兩個地錨4結構對稱，且相互之間的距離與 測試件5的長度相等。本實施例的地錨4是由L型底座4-4、加勁板4-3、鋼錨箱4-1以及 地腳螺栓4-2組成。L型底座4-4的一臂是水平放置在調平用混凝土基礎上的矩形鋼板， 其寬度為800mm，厚度為40mm，長度為800mm;另一臂是寬度為360mm，厚度為40mm，長度為 800_的矩形鋼板，在其上加工有螺孔，通過高強螺栓與測試件5的左端翼緣板或者右端翼 緣板緊固，在該臂的另一側即與測試件5相反的一側面上垂直焊接有兩個梯形結構的加勁 板4-3,長邊一側與L型底座的一臂連接；每個加勁板4-3的短邊為26mm，長邊為360mm，水 平方向的長度為650mm，在兩個加勁板4-3之間焊接有鋼錨箱4-1。本實施例的鋼錨箱4-1 是由水平頂板和堅直翼板組成，堅直翼板垂直焊接在水平頂板的兩端下方，鋼錨箱4-1的 水平頂板是寬度為310mm，厚度為20mm，長度為500mm的矩形板，堅直翼板焊接在L型底座 4-4的加勁板4-3之間，其是寬度為200mm，厚度為20mmm，長度為500mm的矩形板，鋼錨箱 4-1的水平頂板上安裝有地腳螺栓4-2,該地腳螺栓4-2的螺杆直徑為60mm，下端穿過底座 4-4以及混凝土調平層6延伸至混凝土基礎的地槽中，，將鋼錨箱4-1與底座4-4緊固在混 凝土基礎上。
[0027] 本實施例所採用的高強螺栓均是摩擦型M-22的高強螺栓。
[0028] 本實施例的測試件5為工字型梁，其2個翼緣板均是寬度為300mm，厚度為24mm， 長度為600mm的矩形鋼板，腹板是寬度為600mm，厚度為8mm，長度為870mm的矩形鋼板，力口 勁肋是寬度為120mm，厚度為6mm，長度為790mm的矩形鋼板。
[0029] 本實施例以該測試件5為例來模擬堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞 試驗，通常將本發明的加載裝置與動態測試儀結合使用，其工作原理是：
[0030] 將地錨4通過地腳螺栓4-2固定在混凝土調平層6上，測試件5通過高強螺栓固 定在地錨4之間，並保證測試件5加勁肋的中心線與伺服液壓作動器1加載中心線在同一 條直線上。試驗開始前應通過靜載試驗確定加載的幅值以及頻率，外部液壓油泵對伺服液 壓作動器1供油後，伺服液壓作動器1開始工作，對加載梁2施加荷載，通過連接組件3對 測試件5提供兩個集中的循環荷載，加載主要通過拉力實現，避免測試件5發生受壓屈曲。 試驗時在測試件5的堅向加勁肋與翼緣板、腹板焊接位置的腹板間隙疲勞測點處粘貼有應 變片，利用應變片測試應力變化，並將應力測試數據通過導線傳送到動態測試儀，對測試點 處的應力進行實時監測，每隔20分鐘到120分鐘記錄腹板間隙處疲勞裂紋萌生和擴展情 況。隨著荷載循環次數的不斷增長，腹板間隙處的疲勞損傷不斷累積，面外變形最大值達到 30mm到50mm時，結束試驗。完成一個測試件5的試驗之後，拆下下角鋼3-3,鬆掉地腳螺栓 4-2,鬆掉測試件5上、下翼緣與固定板連接的高強螺栓便可更換測試件5,進行下一個參數 測試件5的試驗。
[0031] 在試驗過程中，疲勞試驗加載採用位移控制時，施加的變形量為0. 01mm? 50. 0_，既可以滿足大變形的要求，也可實現小變形的試驗精度要求；疲勞試驗加載採用力 控制時，施加荷載的範圍為l.OkN?500. OkN，既可以滿足大荷載條件下的疲勞加載，又可 以實現小荷載的試驗模擬。
[0032] 實施例2
[0033] 本實施例的加載梁2上翼緣板2-1是寬度為250mm，厚度為16mm，長度為500mm的 矩形鋼板，加載梁腹板2-2是寬度為100mm，厚度為12mm，長度為500mm的矩形鋼板，下翼緣 板2-3與上翼緣板2-1的幾何形狀和尺寸相同。
[0034] 本實施例的鋼錨箱4-1的水平頂板是寬度為250mm，厚度為18mm，長度為300mm的 矩形板，堅直翼板是寬度為150_，厚度為16mmm，長度為400mm的矩形板。
[0035] 其他的部件及其連接關係與實施例1相同。
[0036] 實施例3
[0037] 本實施例的加載梁2上翼緣板2-1是寬度為550mm，厚度為60mm，長度為1500mm 的矩形鋼板，加載梁腹板2-2是寬度為500mm，厚度為24mm，長度為1500mm的矩形鋼板，下 翼緣板2-3與上翼緣板2-1的幾何形狀和尺寸相同。
[0038] 本實施例的鋼錨箱4-1的水平頂板是寬度為400mm，厚度為24mm，長度為800mm的 矩形板，堅直翼板是寬度為450_，厚度為22mmm，長度為600mm的矩形板。
[0039] 其他的部件及其連接關係與實施例1相同。
[0040] 本發明的技術方案不僅限於上述的實施情形，各部件的尺寸規格可根據實際的使 用情況進行調節。在本發明的基礎上進行簡單的組合或者變換均屬於本發明的發明構思。
【權利要求】
1. 一種堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特徵在於：在混 凝土調平層（6)上相對設置有兩個用於固定測試件的地錨（4)，測試件（5)通過連接組件 (3)與加載梁（2)連接，加載梁（2)是工字型梁，其上翼緣板（2-1)中部連接有伺服液壓作 動器（1); 所述地錨（4)是在L型底座（4-4)上相對設置有兩個加勁板（4-3)，在兩加勁板（4-3) 之間設置有鋼錨箱（4-1)，鋼錨箱（4-1)通過地腳螺栓（4-2)與L型底座（4-4)以及混凝土 調平層（6)連接； 所述連接組件（3)是將水平設置的上角鋼（3-1)與縱向設置的下角鋼（3-3)之間通過 連接板（3-2)連接，上角鋼（3-1)通過高強螺栓與加載梁（2)的下翼緣板（2-3)連接。
2. 根據權利要求1所述的堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置， 其特徵在於：所述加載梁（2)的兩端連接有環扣（2-4)。
3. 根據權利要求1所述的堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置， 其特徵在於：所述伺服液壓作動器（1)的加載中心線與測試件（5)的腹板加勁肋中心線在 同一條直線上。
4. 根據權利要求1所述的堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置， 其特徵在於：相對的兩個地錨（4)之間的間距是500?2000mm。
5. 根據權利要求1所述的堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置， 其特徵在於：所述加載梁（2)的上翼緣板（2-1)是寬度為250?550mm、厚度為16?60mm、 長度為500?1500mm的矩形板，加載梁腹板（2-2)是寬度為100?500mm、厚度為12? 24mm、長度為500?1500mm的矩形板，下翼緣板（2-3)與上翼緣板（2-1)結構相同。
6. 根據權利要求1所述的堅向加勁肋與翼板間腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置， 其特徵在於：所述鋼錨箱（4-1)的水平頂板是寬度為250?400mm、厚度為18?24mm、長 度為300?800mm的矩形板，堅直翼板是寬度為150?450mm、厚度為16?22mm、長度為 400?600mm的矩形板。
【文檔編號】G01N3/12GK104062185SQ201410308884
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】王春生, 翟慕賽, 全先凱, 段蘭, 王茜, 閆生龍, 孫宇佳, 魏孟春 申請人:長安大學