鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其是在兩個相對的混凝土調(diào)平層上各設(shè)置有用于固定測試件的地錨，在測試件上并列設(shè)置有兩個傳力水平節(jié)點板，傳力水平節(jié)點板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；本實用新型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、連接組件向傳力水平節(jié)點板提供兩個集中的循環(huán)荷載，模擬水平節(jié)點板位置測試件的腹板間隙處的真實受力，使疲勞測試結(jié)果準確；通過合理的簡化減小測試件規(guī)模，節(jié)約試驗空間，降低對加載噸位的要求，并且測試件可替換性強，易于拆卸，可以方便經(jīng)濟地做大量變參數(shù)的試驗，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說明】鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于橋梁工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及橋梁工程試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置。

【背景技術(shù)】
[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于疲勞敏感細節(jié)處的面外變形或者二次應(yīng)力引起的。鋼橋設(shè)計中，需采用平聯(lián)實現(xiàn)各鋼主梁之間的橫向連接。平聯(lián)與各鋼主梁的水平節(jié)點板焊接或者栓接連接，水平節(jié)點板通常與腹板焊接，并且與腹板豎向加勁肋焊接連接或者不連接。為了避免水平節(jié)點板與腹板的焊接細節(jié)發(fā)生疲勞失效，通常在腹板和豎向加勁肋焊縫與水平節(jié)點板相交處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得平聯(lián)中有較大的作用力通過水平節(jié)點板傳遞到水平節(jié)點板腹板間隙細節(jié)處，使得剛度較小的腹板間隙處發(fā)生面外變形，從而引起較大的二次應(yīng)力，導(dǎo)致疲勞裂紋在此處萌生和擴展。水平節(jié)點板處腹板間隙面外變形疲勞行為與應(yīng)力分布情況復(fù)雜，需要通過疲勞試驗對該細節(jié)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]對鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙開展面外變形疲勞試驗是研究該細節(jié)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(xué)依據(jù)。目前對于正交異性鋼橋面板的疲勞性能測試較多，并且通常采用的測試技術(shù)存在以下不足:(I)傳統(tǒng)的鋼橋疲勞機理與維修加固方法試驗均是采用大節(jié)段鋼梁來進行試驗，模型制造、安裝耗時費力，且費用較高，很難實現(xiàn)疲勞細節(jié)的大量變參數(shù)試驗研究；
(2)由于節(jié)段測試件的尺寸較大，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，目前并未有人員對鋼橋水平節(jié)點板腹板間隙處的疲勞細節(jié)進行大量變參數(shù)的試驗測試，而且，目前測試鋼橋疲勞性能的加載裝置，很難反映水平節(jié)點板處腹板間隙的實際面外變形及受力情況。因此，急需研發(fā)一種能真實模擬實橋受力、顯著降低試驗費用、提高試驗效率的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗裝置。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種真實模擬水平節(jié)點板處腹板間隙位置的真實受力，使模擬測試結(jié)果準確，并且對試驗場地和加載噸位要求較低，操作簡單、拆裝方便、試驗成本較低的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為:在兩個相對的混凝土調(diào)平層上各設(shè)置有用于固定測試件的地錨，在測試件上并列設(shè)置有兩個傳力水平節(jié)點板，傳力水平節(jié)點板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]上述地錨是在L型底座上相對設(shè)置有兩個加勁板，在兩加勁板之間設(shè)置有鋼錨箱，鋼錨箱通過地腳螺栓與底座以及混凝土調(diào)平層連接；
[0007]上述連接組件是將水平設(shè)置的上角鋼與縱向設(shè)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]上述傳力水平節(jié)點板與測試件連接的一端加工有矩形槽或倒U型槽。
[0009]上述加載梁的兩端連接有環(huán)扣，便于懸吊。
[0010]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。
[0011]上述相對的兩個地錨之間的間距是300?2000mm。
[0012]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，下翼緣板結(jié)構(gòu)與上翼緣板相同。
[0013]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，豎直翼板是寬度為150?450mm、厚度為16?22mm、長度為400?600mm
的矩形板。
[0014]上述水平節(jié)點板與測試件的加勁肋、腹板連接的端口處加工有過焊孔，該過焊孔是直角邊長為20?80mm等腰直角三角孔。
[0015]上述傳力水平節(jié)點板的倒U型槽，槽壁與測試件的加勁肋側(cè)壁之間的間隙為20?80mmo
[0016]上述的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置制造方法為:
[0017]首先按照上述結(jié)構(gòu)和設(shè)計尺寸將鋼板焊接成地錨、加載橫梁并制作加工連接板，將傳力水平節(jié)點板與測試件的腹板焊接，或與腹板和加勁肋同時焊接，在L型底座上與測試件左右翼緣板連接的一臂上加工相應(yīng)的螺栓孔，利用型鋼制作上、下角鋼；利用繩索通過加載梁端部的環(huán)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，并在上、下角鋼之間安裝連接板；待底座安置處的混凝土調(diào)平層達到測試強度之后，將底座放置于其上，并通過四個角的調(diào)平螺栓將底座調(diào)至水平，將測試件通過高強螺栓固定在2個底座之間，擰緊地腳螺栓；通過下角鋼栓接連接傳力水平節(jié)點板，松掉加載梁端頭的繩索之后便可加載進行試驗。
[0018]本實用新型的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置是通過合理化設(shè)計，利用高強螺栓將測試件固定在地錨的底座上，伺服液壓作動器通過加載梁與連接組件向傳力水平節(jié)點板傳力，利用傳力水平節(jié)點板對測試件提供兩個集中循環(huán)荷載，能夠真實地模擬測試件在水平節(jié)點板處的腹板間隙位置受力情況，實現(xiàn)鋼橋疲勞細節(jié)的變參數(shù)試驗，使得疲勞測試結(jié)果準確，有利于指導(dǎo)鋼橋腹板間隙處的抗疲勞設(shè)計，此外通過合理的簡化將測試件的規(guī)模減小，節(jié)約試驗空間，簡化構(gòu)造，降低對加載噸位的要求，并且測試件可替換性強，易于拆卸，可以方便經(jīng)濟地做大量變參數(shù)的試驗，應(yīng)用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是實施例1的疲勞試驗加載裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是圖1中加載梁2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是圖1中連接組件3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是圖1中傳力水平節(jié)點板6的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5是圖1中L型底座4-4的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6是圖1中地腳螺栓4-2與鋼錨箱4-1的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7是實施例4的傳力水平節(jié)點板6的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進一步說明。
[0027]實施例1
[0028]如圖1所示，本實施例的鋼橋水平節(jié)點板處的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、傳力水平節(jié)點板6以及混凝土調(diào)平層7組成。
[0029]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100mm的矩形鋼板，加載梁腹板2-2是寬度為200mm，厚度為20mm,長度為100mm的矩形鋼板，下翼緣板2-3是寬度為400mm,厚度為40mm,長度為100mm的矩形鋼板，與上翼緣板2_1幾何形狀和尺寸相同，并關(guān)于加載梁腹板2_2對稱。為了便于將加載梁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制成的環(huán)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(huán)荷載。在加載梁2的下翼緣板2-3上靠近前后邊緣的位置均加工有螺孔，其通過安裝在螺孔內(nèi)的高強螺栓與連接組件3連接。
[0030]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，參見圖
3。本實施例的上角鋼3-1與下角鋼3-3均采用等肢單角鋼，上角鋼3-1水平設(shè)置，共4個，分為兩組,每組中兩個前后對稱分布,每個上角鋼的肢寬為160mm,肢厚為16mm,長為320mm。在兩兩對稱設(shè)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(cè)連接，通過連接板3-2將上角鋼3-1兩兩相對設(shè)置。在連接板3-2的下側(cè)用螺栓栓接有8個與上角鋼3-1垂直設(shè)置的下角鋼3-3，即下角鋼3-3是8個，4個一組，每組中兩兩呈T型連接，分布在連接板3-2的前后兩側(cè)，每個下角鋼3-3的肢寬為100mm，肢厚為10mm，長為250臟，其上端與連接板3-2緊固，下端與傳力水平節(jié)點板6栓接。
[0031]本實施例的傳力水平節(jié)點板6是2個，并列設(shè)置在測試件5加勁肋上，參見圖4，傳力水平節(jié)點板6是寬度為206mm，高度為160mm，厚度為8mm的矩形鋼板，在其兩側(cè)上加工有兩排螺孔，通過安裝在螺孔上的高強螺栓與下角鋼3-3栓接，在傳力水平節(jié)點板6上與測試件5連接的一側(cè)上加工有6mmX 120mm的矩形槽，試驗時該傳力水平節(jié)點板6放置在測試件5的加勁肋上，使加勁肋穿過該矩形槽與傳力水平節(jié)點板6相互垂直，且該傳力水平節(jié)點板6的下底邊與測試件5的腹板焊接、矩形槽處與測試件5的加勁肋焊接。為了方便焊接連接，在傳力水平節(jié)點板6與測試件5的加勁肋、腹板連接的端口處還加工有直角邊為40_的等腰直角三角形的過焊孔。
[0032]參見圖5和6，在試驗的混凝土調(diào)平層7上用螺栓緊固有兩個地錨4，測試件5的兩端翼緣板分別用高強螺栓固定在兩個地錨4上，本實施例的兩個地錨4結(jié)構(gòu)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(diào)平用的混凝土調(diào)平層7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800mm的矩形鋼板，在其上加工有螺孔，通過高強螺栓與測試件5的翼緣板緊固，在該臂的另一側(cè)即與測試件5相反的一側(cè)面上垂直焊接有兩個梯形結(jié)構(gòu)的加勁板4-3，長邊一側(cè)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是由水平頂板和豎直翼板組成，豎直翼板垂直焊接在水平頂板的兩端下方，用于鋼錨箱4-1的水平頂板是寬度為310mm,厚度為20mm,長度為500mm的矩形板,豎直翼板焊接在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的螺桿直徑為60mm，下端穿過底座4-4和混凝土調(diào)平層7延伸至混凝土基礎(chǔ)的地槽中，將鋼錨箱4-1與底座緊固在混凝土基礎(chǔ)上。
[0033]本實施例所采用的高強螺栓均是摩擦型M-22的高強螺栓。
[0034]本實施例的測試件5為工字型梁，在其左、右翼緣板之間的水平腹板上焊接有加勁肋。本實施例的左翼緣板是寬度為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,右翼緣板是寬度為300mm,厚度為24mm,長度為600mm的矩形鋼板,加勁肋是寬度為120mm,厚度為6mm,長度為870mm的矩形鋼板。
[0035]本實施例以該測試件5為例來模擬傳力水平節(jié)點板6處的腹板間隙面外變形疲勞試驗，通常將本實用新型的加載裝置與動態(tài)測試儀結(jié)合使用，其具體的工作原理是:
[0036]將地錨4通過地腳螺栓4-2固定在地面放置的混凝土調(diào)平層7上，測試件5通過高強螺栓固定在地錨4之間，并保證測試件5加勁肋的中心線與伺服液壓作動器I的加載中心線在同一條直線上。試驗開始前應(yīng)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I供油后，伺服液壓作動器I開始工作，對加載梁2施加荷載，通過連接組件3和傳力水平節(jié)點板6傳力對測試件5提供兩個集中的循環(huán)荷載，同時試驗時在測試件5與傳力水平節(jié)點板6連接處的腹板間隙疲勞測點周圍粘貼有應(yīng)變片，利用應(yīng)變片測試應(yīng)力變化，并將應(yīng)力測試數(shù)據(jù)通過導(dǎo)線傳送到動態(tài)測試儀，對測試點處的應(yīng)力進行實時監(jiān)測，并且每隔I?2小時需要觀察加勁肋在傳力水平節(jié)點板6間隙處的焊趾有無裂紋萌生以及裂紋的擴展情況。當(dāng)疲勞加載循環(huán)次數(shù)達到200萬次左右時，完成一個測試件5的試驗之后，拆下下角鋼3-3，松掉地腳螺栓4-2，松掉測試件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(shù)測試件5的試驗。
[0037]實施例2
[0038]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是寬度為250mm,厚度為16mm,長度為500mm的矩形鋼板。
[0039]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，豎直翼板是寬度為150mm,厚度為16mmm,長度為400mm的矩形板。
[0040]本實施例的傳力水平節(jié)點板6與加勁肋、腹板連接的端口處加工有直角邊長為20mm的等腰三角形過焊孔。
[0041]其他的部件及其連接關(guān)系與實施例1相同。
[0042]實施例3
[0043]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1500_的矩形鋼板,下翼緣板2-3是寬度為550_，厚度為60_，長度為1500_的矩形鋼板。
[0044]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，豎直翼板是寬度為450mm,厚度為22mmm,長度為600_的矩形板。
[0045]本實施例的傳力水平節(jié)點板6與加勁肋、腹板連接的端口處加工有直角邊長為80mm的等腰直角三角形過焊孔。
[0046]其他的部件及其連接關(guān)系與實施例1相同。
[0047]實施例4
[0048]本實施例的傳力水平節(jié)點板6上與測試件5連接的一側(cè)加工有槽深為163mm，槽寬為86mm,槽頂部半徑為43mm的倒U型槽,且傳力水平節(jié)點板6的下底板與測試件5的腹板焊接，參見圖7，該倒U型槽的槽壁距離加勁肋側(cè)壁的間隙是40mm。
[0049]其他的部件及其連接關(guān)系與實施例1?3中任意一個相同。
[0050]實施例5
[0051]本實施例的傳力水平節(jié)點板6上與測試件5連接的一側(cè)加工有槽深為140mm，槽寬為46mm,槽頂部半徑為23mm的倒U型槽,且傳力水平節(jié)點板6的下底板與測試件5的腹板焊接，該倒U型槽的槽壁距離加勁肋側(cè)壁的間隙是20mm。
[0052]其他的部件及其連接關(guān)系與實施例1?3中任意一個相同。
[0053]實施例6
[0054]本實施例的傳力水平節(jié)點板6上與測試件5連接的一側(cè)加工有槽深為300mm，槽寬為166mm,槽頂部半徑為83mm的倒U型槽,且傳力水平節(jié)點板6的下底板與測試件5的腹板焊接，該倒U型槽的槽壁距離加勁肋側(cè)壁的間隙是80mm。
[0055]其他的部件及其連接關(guān)系與實施例1?3中任意一個相同。
[0056]本實用新型的技術(shù)方案不僅限于上述的實施情形，各部件的尺寸規(guī)格可根據(jù)實際的使用情況進行調(diào)節(jié)。在本實用新型的基礎(chǔ)上進行簡單的組合或者變換均屬于本實用新型的實用新型構(gòu)思。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特征在于:在兩個相對的混凝土調(diào)平層(7)上各設(shè)置有用于固定測試件(5)的地錨(4)，在測試件(5)上并列設(shè)置有兩個傳力水平節(jié)點板出)，傳力水平節(jié)點板(6)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(I)； 所述地錨(4)是在L型底座(4-4)上相對設(shè)置有兩個加勁板(4-3),在兩加勁板(4-3)之間設(shè)置有鋼錨箱(4-1)，鋼錨箱(4-1)通過地腳螺栓(4-2)與底座(4-4)以及混凝土調(diào)平層⑵連接； 所述連接組件(3)是將水平設(shè)置的上角鋼(3-1)與縱向設(shè)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； 所述傳力水平節(jié)點板(6)與測試件(5)連接的一端加工有矩形槽或倒U型槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特征在于:所述加載梁(2)的兩端連接有環(huán)扣(2-4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特征在于:所述伺服液壓作動器(I)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(jù)權(quán)利要求1所述的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特征在于:相對的兩個地錨(4)之間的間距是300?2000mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特征在于: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)幾何形狀及尺寸與上翼緣板(2_2)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特征在于: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，豎直翼板是寬度為150?450mm、厚度為16?22mm、長度為400?600mm的矩形板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特征在于:所述水平節(jié)點板(6)與測試件(5)的加勁肋、腹板連接的端口處加工有過焊孔，該過焊孔是直角邊長為20?80mm等腰直角三角孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼橋水平節(jié)點板處的腹板間隙面外變形疲勞試驗加載裝置，其特征在于:所述傳力水平節(jié)點板(6)上的倒U型槽，槽壁與測試件(5)的加勁肋側(cè)壁之間的間隙為20?80mm。
【文檔編號】G01N3/36GK203981518SQ201420359657
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】王春生, 孫宇佳, 王茜, 段蘭, 魏孟春, 劉喆 申請人:長安大學(xué)