专利名称：预应力拼装桁梁自平衡式试验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种混凝土梁静载弯曲试验的试验装置，尤其是指一种采用试验加载力自平衡原理，具有预应力桁梁的可组拼成多种标准跨度便于拼装搬迁的混凝土桥梁静载试验台。
目前，受弯混凝土构件均需做静载弯曲试验，因而静载试验装置是必需的。例如，预应力混凝土铁路桥梁的静载试验装置通常是采用基坑(36m×3.5m×4m)钢筋混凝土配重式原理的静载试验台座，如
图12所示，它是用锚固在地基混凝土配重(18)上的五个龙门架(19)和千斤顶传递试验荷载的一种固定式试验台座(见图13)。这种配重式固定试验台座，其土方量504m3；污工量灌注钢筋混凝土512m3；配重(18)总重1280t；总投资40～50万元；每搬迁一次造成经济损失30～40万元。由此可见配重式固定试验台座建造耗费工时、材料较大，尤其是流动制梁场，每搬迁一次均要建造、炸毁，不仅污工大，废碴无处倒埋，而且浪费严重，损失巨大。因此，传统的配重式固定静载试验台座结构复杂，成本高，不适合搬迁，尤其难以满足新线铁路建设现场制梁的需要。
本实用新型的目的在于提供一种不需配重的、拼装式的、适合搬迁的预应力拼装桁梁自平衡式试验台。
本实用新型的目的是这样实现的，一种自平衡式试验台，它由桁梁、千斤顶、竖拉杆、支座横梁组成，所述桁梁位于试验梁上方，所述千斤顶位于试验梁与桁梁之间，所述支座横梁位于试验梁两端支座下方，所述竖拉杆用于桁梁与支座横梁联结。
在所述支座横梁下方放置底座。在所述桁梁与底座之间用斜撑杆联结。在所述桁梁下方设置千斤顶横梁，千斤顶位于千斤顶横梁下方，桁梁纵向中心线与千斤顶横梁中心、千斤顶、试验梁腹板中心在同一条直线上。
所述自平衡式试验台系采用通用标准杆件拼装而成，桁梁弦杆数量距跨中越近，其杆件数量越多，桁梁斜杆数量距跨中越近，其杆件数量越少。桁梁弦杆由标准模数4m杆件组成，可拼装成跨度为倍数4的各种试验台。桁梁的弦杆及斜杆采用高强螺栓联结，其余杆件用普通螺栓联结。
桁梁在其跨中附近区段，通过特制异形节点板，在紧靠原上、下弦杆的上、下方，增加上、下弦杆(20、20′)数量，使桁高增大。所述的特制异形节点板带有水平弦杆孔眼4排2组及斜向斜杆孔眼两组、铅垂竖杆孔眼一组。
桁梁(11)设有张拉的高强力筋(11)，且该力筋(11)锚固在绗梁(1)两端，通过施加预应力，使桁梁预设反拱，即减小了弯曲变形，同时又在加载时适量抵消了弦杆内力。
所述预应力高强力筋穿入双主绗之间按二次抛物线设置，其轨迹支承点分别设置在各竖杆之上。
由于采用上述技术方案，使静载试验加载力在桁梁、试验梁及竖拉杆组成的闭合力系中自我平衡，省去了基坑钢筋混凝土配重，简单轻便，改进了传统的靠基坑钢筋混凝土配重来解决加载力的反力平衡的落后方法。静载试验装备由固定式变为拼装式，使一次性使用变为可重复使用，避免了试验台座建造-炸毁-建造-炸毁的工、料费等搬迁损失。拆装方便、造价低廉、便于运输、可全部搬走，反复使用，尤其适合于新线铁路建设现场制梁的需要，从根本上解决了桥梁静载试验台座的搬迁问题，因此它的突出优势在可搬性。经济性、简便性是本试验台的重要特征。
以下结合附图以跨度为32米铁路梁的静载试验台为例对本实用新型做进一步的说明。
图1是本实用新型的组装示意图图2是本实用新型的桁梁立体图图3是图1的Ⅰ-Ⅰ截面图图4是图1的Ⅱ-Ⅱ截面图图5是图1的Ⅲ-Ⅲ截面图图6是本实用新型的桁梁主视图图7是本实用新型的桁梁俯视图图8是特制异形节点板联结图图9是图8的C-C截面图图10是特制异形节点板零件图图11是千斤顶横梁安装位置图图12是配重式固定试验台座示意图图中1．预应力桁梁 2．千斤顶横梁3．千斤顶横梁支承 4．加载千斤顶5．试验梁 6．竖拉杆7．斜撑杆 8．桥梁友座9．支座横梁 10．底座11．预应力弦拉力筋12．(12′)双层变截面上双层(下)弦杆13．(13′)万能杆件14．特制异形节点板15．特制异形节点板弦杆用孔眼16．特制异形节点板斜杆用孔眼17．特制异形节点板竖杆用孔眼18．配重式固定试验台座基坑混凝土
19．配重配重式固定试验台座龙门架20(20′)弦杆 21(21′)斜杆22(22′)竖杆 23高强螺栓如图1所示，预应力拼装桁梁自平衡式试验台，由应力拼装桁梁(1)、千斤顶横梁(2)千斤顶横梁支承(3)加载千斤顶(4)竖拉杆(6)斜撑杆(7)桥梁支座(8)、支座横梁(9)、底座(10)组成。以上各部件相互联结的位置关系为预应力拼装桁梁(1)两端分别与竖拉杆(6)和斜撑杆(7)的上端栓联。竖拉杆(6)和斜撑杆(7)的下端分别与支座横梁(9)和底座(10)栓联。置于桁梁(1)与底座(10)之间的试验梁(5)的两端分别压在桥梁支座(8)之上。桥梁支座(8)下方依次为支座横梁(9)和底座(10)。又如图11所示，加载千斤顶(4)放置于试验梁(5)桥面之上，其上方为千斤顶横梁(2)，桁梁(1纵向中心线与千斤顶横梁(2)中心、千斤顶(4)、试验梁(5)腹板中心在同一条直线上。千斤顶横梁(2)上方与千斤顶横梁支承用螺栓联结、或如图1跨中所示直接与桁梁下弦杆成栓联，千斤顶横梁支承(3)上平面与桁梁双层下弦杆(20′)栓联。
此预应力拼装桁梁自平衡式试验台的工作原理为针对试验台设计控制跨度32m试验梁，实施5点加载，加载点间距4m，加载吨位为60t/点×5点=300t.当试验荷载由加载千斤顶(4)传递给千斤顶横梁(2)，又由千斤顶横梁(2)将荷载力分配在内、外侧主桁梁节点上时，由桁梁(1)抵抗60t/点×5点=300t向上荷载产生的弯曲内力上与挠变形，再由桁梁(1)两端的竖拉杆(6)将外荷载力传递给支座横梁(9)，对竖拉杆(6)产生一个向上的拉力，(每端为
=150t)；加载千斤顶(4)对桁梁(1)产生向上的力的同时，对试验梁(5)产生向下的压力(60t/点×5点=300t)，试验梁(5)两端所承受的压力为
=150t，通过桥梁支座(8)传递给友座横梁(9)，对竖拉杆(6)产生一个向下的拉力(每端为
=150t)，向上和向下的两个等量反向的力，在闭合框架的力系中，相互抵消，自行平衡，从而实现了对试验梁(5)的静载弯曲试验。由于采用了新型的自平衡式设计原理，使其结构简单，无需配重；首次将传统配重式固定试验台座变为自平衡式试验台。
如图6、图7所示预应力拼装桁梁(1)的构造系采用M型(或N型)通用标准万能杆件(13、13′)拼装而成，其杆件材质为15MnVq(或16Mnq)。桁梁(1)由主桁架及上下平联、斜撑构成，桁架节间间距模数为2m。桁梁(1)采用单层双主桁(小跨度可用单主桁)双向变截面人字形腹杆钢桁梁。由于采用万能杆件拼装式，使试验台跨度可任意组合成4m的倍数，使其适用于铁路梁的各种标准跨度系列，如16m、20、24m、32m等等。由于实用新型的底座(10)竖拉杆(6)斜撑杆(7)桁梁(1)支撑横梁(9)都是拼装而成的，因而极易拆装搬迁，反复使用，将固定式试验台座变为可移动的试验台，尤其适用于新线铁路建设现场制梁的需要。
如前文所述，试验梁的加载吨位为300t，因而桁梁(1)所受的向上荷载也是300t，要使桁梁(1)承受这样大的荷载，就要将桁梁(1)加宽加高或增加桁架层数，然而这样会使桁梁自重增加，而且由于高度尺寸过大而使稳定性很差。在本实用新型中，采用了下述技术方案，使得不过多增大尺寸、自重的前提下，大大提高了桁梁抗弯强度。
如图3、图4、图5所示，桁梁(1)其横截面在纵向变化为弦杆(20、20′)及双层变截面弦杆(12、12′)的数量越接近跨中，每组杆件越多，即4M1→6M1→8M1→16M1；而斜杆(21)数量越接近跨中，每组杆件越少，即8M3→6M3→4M3。弦杆与斜杆数量的这种配置，即满足构造要求，又与桁梁杆件内力(拉、压)图相对应，完全满足了试验需要。因此，大量节省了用钢量，使整个结构轻便、简单、经济、实用。
如图6及图4、图5所示，桁梁(1)在跨中区段采用高度方向变截面。即上弦杆(20)在跨中12m区段和下弦杆(20′)在跨中8m区段各增加一倍弦杆，形成双层上弦杆(12)和双层下弦杆(12′)(注双层弦杆并非双层桁梁)。它加强了试验荷载作用下杆件的抗拉(上弦杆)和抗压(下弦杆)强度，提高了跨中截面的抗弯截面距量，减小了桁梁受力产生弯曲上挠度形，由于其桁高只增加一组弦杆高度，因而又不失其整体结构的稳定性。如图8、图9、图10所示，为实现双层弦杆的联结，通过自行设计的特制异形节板(14)，它带有水平方向弦杆孔眼(15)4排2组及斜杆孔眼(16)两组、沿铅垂方向竖杆孔眼(17)一组，可以将杆件联结在原弦杆上，而不必采用双层绗梁，节省了材料，并有利于绗梁的稳定，实现了双层弦杆这一万能杆件应用历史上新的实破，是解决自平衡式拼装试验台设计成功的技术关健。
如图1所示，桁梁(1)采用了预应力钢结构，即高强钢绞线(或高强钢线束)(11)对桁梁(1)内、外侧双主桁进行预施应力张拉，既为桁梁(1)预设反拱，目的在于减小试验荷载对桁梁(1)产生的弯曲上挠变形，满足加载千斤顶(4)最大行程的需要，同时又使预应力对上，下弦杆(20,20′)产生的压、拉内力去适量抵消试验荷载对上、下弦杆(20、20′)产生的拉、压内力，使弦杆(20、20′)用量大大减小。由于在钢桁梁中引入预应力，使桁梁(1)这一试验台成败的关健部件更加合理、经济。
如图8所示，桁梁(1)的上、下弦杆(20、20′)、双层变截面弦杆(12,12′)及斜杆(21)竖杆(22)均采用承压型(或摩擦型)高强螺栓(23)，并将杆端，节点板进行喷丸及涂富锌漆处理并对高强螺栓(23)预施紧力33t，使杆件联结的铰结点变为刚性节点，以减小节点转角变形，即减小桁梁弯曲上挠变形。
本实用新型不仅可以应用于32米铁路梁的静载试验，而可以应用于其他跨度的铁路梁，也可应用于其他受弯构件的静载试验。
综上所述预应力钢桁梁杆件拼装，自平衡式，双层弦杆变截面是本试验台的四大技术特征，可搬性是它的突出优势。经济性、简便性是它的重要特征。因此，本实用新型的预应力拼装桁梁自平衡式试验台，安全、经济、简单、实用，具有很高的推广价值。
权利要求1．一种自平衡式试验台，其特征是它由桁梁(1)、千斤顶(4)、竖拉杆(6)、支座横梁(9)组成，所述桁梁(1)位于试验梁(5)上方，所述千斤顶(4)位于试验梁(5)与桁梁(1)之间，所述支座横梁(9)位于试验梁(5)两端支座(8)下方，所述竖拉杆(6)用于桁梁(1)与支座横梁(9)联结。
2．如权利要求1所述的自平衡式试验台，其特征是在所述支座横梁(9)下方放置底座(10)。
3．如权利要求2所述的自平衡式试验台，其特征是在所述桁梁(1)与底座(10)之间用斜撑杆(7)联结。
4．如权利要求1、2或3所述的自平衡式试验台，其特征是在所述桁梁(1)下方设置千斤顶横梁(2)，千斤顶(4)位于千斤顶横梁(2)下方。
5．如权利要求1～4中任意一项所述的自平衡式试验台，其特征是所述自平衡式试验台的桁梁(1)系采用通用标准杆件拼装而成，可以组合成任意跨度。
6．如权利要求5所述的自平衡式试验台，其特征是桁梁弦杆(20)由标准模数为4m的杆件组成，可拼装成跨度为倍数4的各种试验台。
7．如权利要求5或6所述的自平衡式试验台，其特征是桁梁(1)弦杆(20)数量距跨中越近，其杆件数量越多，桁梁(1)斜杆(21)数量距跨中越近，其杆件数量越少。
8．如权利要求5、6或7所述的自平衡式试验台，其特征是桁梁(1)在其跨中附近区段，通过特制异形节点板(14)，在紧靠原上、下弦杆的上、下方，增加上、下弦杆(20、20′)数量，使桁高增大。
9．如权利要求8所述的自平衡式试验台，其特征是所述的特制异形节点板(14)带有水平方向弦杆孔眼(15)4排2组及斜杆孔眼(16)两组、沿铅垂方向竖杆孔眼(17)一组。
10．如权利要求5～9中任意一项所述的自平衡式试验台，其特征是桁梁的弦杆(20)及斜杆(21)采用高强螺栓(23)联结，其余杆件用普通螺栓联结。
11．如权利要求1～10中任意一项所述的自平衡式试验台，其特征是桁梁(11)设有张拉的高强力筋(11)，且该力筋(11)锚固在绗梁(1)两端，通过施加预应力，使桁梁预设反拱，即减小了弯曲变形，同时又在加载时适量抵消了弦杆内力。
12．如权利要求11所述的自平衡式试验台，其特征是所述预应力高强力筋(11)穿入双主绗之间按二次抛物线设置，其轨迹支承点分别设置在各竖杆(22)之上。
专利摘要本实用新型涉及一种混凝土梁静载弯曲试验的试验装备,它由桁梁(1)、千斤顶(4)、竖拉杆(6)、支座横梁(9)组成,所述桁梁(1)位于试验梁(5)上方,所述千斤顶(4)位于试验梁(5)与桁梁(1)之间,所述支座横梁(9)位于试验梁(5)两端支座(8)下方,所述竖拉杆(6)用于桁梁(1)与支座横梁(9)联结。它简单轻便,改进了传统的靠基坑钢筋混凝土配重来解决加载力的反力平衡的方法,拆装方便,便于运输,可反复使用,尤其适用于新线铁路建设现场制梁的需要。
文档编号G01M1/00GK2342365SQ9824861
公开日1999年10月6日 申请日期1998年11月5日 优先权日1998年11月5日
发明者孙金更 申请人:孙金更