一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備及其實(shí)施方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及到一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞 破壞試驗(yàn)設(shè)備及其實(shí)施方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了滿足橋梁伸縮變形，在設(shè)計(jì)中加入了橋梁伸縮縫，使橋梁能夠在該處自由伸 縮，避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在伸縮縫處的材料不同于橋梁主體結(jié)構(gòu)材料，除了承受車輛載荷外 還要頻繁的被拉伸和壓縮，加之長期暴露在空氣中，使用環(huán)境惡劣，容易損壞且維護(hù)成本較 高。國內(nèi)目前普遍使用直接拉壓疲勞試驗(yàn)對伸縮縫材料進(jìn)行疲勞性能測試，并沒有考慮車 輛載荷對伸縮縫材料的作用，更加沒有考慮到二者的耦合作用產(chǎn)生的效果，對伸縮縫的設(shè) 計(jì)工作并不能有很準(zhǔn)確的參考價(jià)值。近年來，材料多軸疲勞損傷累積和壽命估算研究取得 了較大進(jìn)展，但由于加載條件和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的約束，混合料多軸疲勞損傷累積和壽命通常采 用估算的方法，主要有等效應(yīng)變發(fā)、能量法和等效應(yīng)力法。
[0003] 在混合材料分析領(lǐng)域，即便是單軸疲勞，何種因素可以準(zhǔn)確判斷疲勞趨勢，尚未形 成公斷。以等效應(yīng)變幅值作為損傷參量為例，對于疲勞試驗(yàn)Eq=K(2Nf)d。式中，為 主應(yīng)變幅值，K和d分別為常數(shù)。通過單軸疲勞數(shù)據(jù)擬合確定，附圖2中顯示為橡膠材料在 比例單軸路徑下和非比例菱形路徑下的疲勞壽命曲線，從途中可以看出同樣是單軸載荷， 疲勞壽命也會出現(xiàn)較大不同。當(dāng)混合材料受到多軸載荷時(shí)，從何種因素判斷疲勞趨勢更加 困難，目前并沒有設(shè)備能夠測試混合材料在不同頻率的多軸載荷下疲勞壽命的設(shè)備，附圖 3所示為最大主應(yīng)變法估算的金屬構(gòu)件在拉伸和扭轉(zhuǎn)同頻率多軸載荷下疲勞壽命和實(shí)測 壽命曲線，從圖中可以看出預(yù)測方法得出的疲勞壽命與實(shí)際疲勞壽命曲線并不能很好的重 合，對材料疲勞壽命實(shí)際測定具有非常重要的意義。當(dāng)材料所處的環(huán)境發(fā)生變化或者試驗(yàn) 試件不是標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)估算方法得出的壽命值和實(shí)際值很可能會出現(xiàn)更大的偏差，不能夠很 好的指導(dǎo)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，更加需要在接近實(shí)際工況下測定疲勞壽命。因此急需開發(fā)一套能夠真 實(shí)模擬伸縮縫材料實(shí)際工況的設(shè)備，在不同伸縮變形量和車輛載荷共同作用下獲得疲勞性 能參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能精確模擬實(shí)際工況的橋梁伸縮縫材料 疲勞破壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其實(shí)施方法。
[0005] 本發(fā)明所述的一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備，所述疲勞破壞實(shí)驗(yàn)設(shè) 備包括外構(gòu)架1、傳動裝置、混凝土構(gòu)件7、伸縮縫材料10、溫度傳感器11和法向加載裝置； 所述外構(gòu)架1的底部固定有底座2,頂部固定有頂部導(dǎo)軌15 ;所述混凝土構(gòu)件7包括固定混 凝土構(gòu)件702和移動混凝土構(gòu)件701 ;所述傳動裝置位于底座2之上，包括電動缸4、壓力 傳感器5、傳動軸6和位于底座2上的底座導(dǎo)軌9;所述傳動軸6的一端與移動混凝土構(gòu)件 701相連接，另一端通過壓力傳感器5與電動缸4連接；所述底座導(dǎo)軌9上設(shè)有滑塊A8,該 滑塊A8與移動混凝土構(gòu)件701相連，實(shí)現(xiàn)移動混凝土構(gòu)件701的水平方向運(yùn)動；所述固定 混凝土構(gòu)件702和移動混凝土構(gòu)件701高度相同，兩者之間保留有放置伸縮縫材料10的縫 隙；所述溫度傳感器11位于伸縮縫材料10附近；所述法向加載裝置包括實(shí)心橡膠輪12、氣 動增壓器13、滑塊B14、頂部導(dǎo)軌15、絲杠16和電機(jī)17 ;所述實(shí)心橡膠輪12位于伸縮縫材 料10上表面，處于混凝土構(gòu)件7縫隙之間；所述氣動增壓器13頂部與滑塊B14相連，其底 部與實(shí)心橡膠輪12相連；所述滑塊B14固定在頂部導(dǎo)軌15上，通過電機(jī)17帶動絲杠16轉(zhuǎn) 動實(shí)現(xiàn)氣動增壓器13的水平方向移動；所述壓力傳感器5和溫度傳感器11與計(jì)算機(jī)連接。
[0006] 本發(fā)明所述的一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備，所述電動缸4為帶編 碼器的伺服電機(jī)，采用位移控制模式，控制伸縮縫材料拉伸量。
[0007] 本發(fā)明所述的一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備，所述壓力傳感器5 - 端與電動缸連接，另一端與傳動軸6連接，壓力數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)3中。
[0008] 本發(fā)明所述的一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備，所述移動混凝土構(gòu)件 701和固定混凝土構(gòu)件702的材質(zhì)相同，上表面平整，用于放置和固定伸縮縫材料10。
[0009] 本發(fā)明所述的一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備，所述實(shí)心橡膠輪12 通過氣動增壓器13調(diào)節(jié)氣缸壓力實(shí)現(xiàn)對伸縮縫材料10的法向加壓，其水平移動距離大于 等于伸縮縫的距離。
[0010] 本發(fā)明所述的一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備，所述溫度傳感器11 每隔5分鐘測量一次溫度，將數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)3。
[0011] 本發(fā)明所述橋梁伸縮縫材料疲勞破壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)施方法，所述實(shí)施方法具體步 驟為：將混凝土構(gòu)件7固定在底座2和滑塊A8上，確?；炷翗?gòu)件7上表面處于同一個(gè)水 平面；開啟電動缸4,調(diào)節(jié)移動混凝土構(gòu)件701和固定混凝土構(gòu)件702之間的縫隙，然后停 止電動缸4運(yùn)行；制作橋梁伸縮縫材料10試樣，將其固定在混凝土構(gòu)件7上表面；啟動氣動 增壓器13,調(diào)節(jié)氣缸壓力，使實(shí)心橡膠輪12在橋梁伸縮縫材料10表面產(chǎn)生一定的法向載 荷；同時(shí)開啟電動缸3和電機(jī)17,并調(diào)節(jié)好移動混凝土構(gòu)件701的運(yùn)動速度和伸縮頻率，實(shí) 心橡膠輪12的運(yùn)動速度和往復(fù)頻率；每隔5分鐘溫度傳感器11記錄一次當(dāng)前溫度并傳送 至計(jì)算機(jī)3,壓力傳感器5實(shí)時(shí)將壓力數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)3,直至伸縮縫材料10出現(xiàn)破壞時(shí) 停止試驗(yàn)。
[0012]目前對材料伸縮疲勞性能的測試都是在一個(gè)方向施加載荷，即單軸載荷。本發(fā)明 為了更加接近真實(shí)工況，加載方式為多軸加載，即材料試件受拉伸的同時(shí)還受到彎矩載荷。 材料在不同加載路徑、周期以及幅值的彎矩和拉伸載荷下將表現(xiàn)出不同的疲勞性能。與單 軸疲勞有很大的區(qū)別，對設(shè)計(jì)工作具有非常重要的參考作用。水平加載裝置屬于常規(guī)加載， 法向加載通過氣缸和電機(jī)模擬了車輪對伸縮縫材料的作用力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所 述橋梁伸縮縫材料疲勞破壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備充分模擬了伸縮縫材料受到橋梁伸縮量變化和車輛 載荷共同作用的實(shí)際工況，可研究不同伸縮量和車輛載荷以及伸縮頻率下的材料疲勞性 能。
【附圖說明】
[0013]圖1為橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；圖2 :橡膠材料在比例單軸 路徑和非比例菱形路徑下的疲勞壽命曲線；圖3 :某金屬材料在拉伸和扭轉(zhuǎn)同頻率多軸載 荷下以最大主應(yīng)變幅值損傷模型估算疲勞壽命曲線和實(shí)測壽命曲線；圖4 :橋梁伸縮縫材 料的單軸拉伸疲勞壽命曲線和在本發(fā)明設(shè)備下的多軸疲勞壽命曲線；1-外構(gòu)架、2-底座、 3_計(jì)算機(jī)、4-電動缸、5-壓力傳感器、6-傳動軸、701 -移動混凝土構(gòu)件、702-固定混凝土構(gòu) 件、8-滑塊、9-底座導(dǎo)軌、10-伸縮縫材料、11-溫度傳感器、12-實(shí)心橡膠球、13-氣動增壓 器、14-滑塊、15-頂部導(dǎo)軌、16-絲杜、17-電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明所述的橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備 及其實(shí)施方法做進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0015] 實(shí)施例1
[0016] 參見圖1，本發(fā)明提供一種橋梁伸縮縫材料多軸疲勞破壞試驗(yàn)設(shè)備，包括外構(gòu)架 1、底座2、計(jì)算機(jī)3、電動缸4、壓力傳感器5、傳動軸6、移動混凝土構(gòu)件701、固定混凝土構(gòu) 件702、滑塊A8、底座導(dǎo)軌9、伸縮縫材料10、溫度傳感器11、實(shí)心橡膠球12、氣動增壓器13、 滑塊B14、頂部導(dǎo)軌15、絲杜16、電機(jī)17 ;電動缸4置于底座之上，與壓力傳感器5相連，傳 動軸6兩端分別與壓力傳感器5和移動混凝土構(gòu)件701相連，電動缸4、壓力傳感器5和傳 動軸6構(gòu)成了傳動裝置；底座導(dǎo)軌9固定在底座2上，滑塊A8與移動混凝土構(gòu)件701固定 連接，并置于底座導(dǎo)軌9上，實(shí)現(xiàn)移動混凝土構(gòu)件的水平方向運(yùn)動；移動混凝土構(gòu)件701和 固定混凝土構(gòu)件702