测试偏心荷载作用下组合桥面板受力性能系统

1.本实用新型涉及组合桥面板偏载试验装置技术领域，尤其是涉及一种测试偏心荷载作用下组合桥面板受力性能系统。


背景技术：

2.桥面板是桥梁中直接承担车辆荷载的关键构件。将高性能混凝土与钢桥面板组合形成组合桥面板能够提升桥面板刚度及抗疲劳性能。然后，桥面板受力具有复杂性，它还是桥梁主梁抗弯的重要组成部分。随着高力学性能水泥基复合材料的不断涌现，组合桥面板构造在桥梁中的应用越来越多。
3.目前，针对组合桥面板受力性能的测试主要是集中在组合桥面板体系受力特点，主要包括局部疲劳、桥面板抗弯等问题。组合桥面板对桥梁主梁整体受力性能的影响规律则鲜有涉及。这其中的关键原因之一就在于相关的试验方法还不成熟。要对主梁中的组合桥面板受力性能进行试验研究，一般需考虑进行足尺节段主梁抗弯试验，试验规模大、成本高、效率低下。实际上组合桥面板在主梁中的受力状态类似于偏心受力，但目前针对组合桥面板偏心荷载下的受力性能测试方法十分少见。虽然已有的专利中存在不少结构柱的偏心加载装置和方法，但大多只适用于偏心受压、或者因装置较为复杂而导致加载吨位不能太大。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测试偏心荷载作用下组合桥面板受力性能系统，提供了一种大吨位偏拉及偏压荷载作用下的组合桥面板受力性能的测试方法，该方法可满足不同偏心加载吨位与偏心距的要求，试验方法简单且结果直观可信，适用范围广。
5.对于组合桥面板在大吨位偏心受力状态下试验装置技术、测试方法等并不成熟。另一方面，若通过数值有限元分析来进行模拟，则需要建立精确的非线性材料本构关系来模拟组合桥面板混凝土开裂、截面滑移等影响，在没有试验作为支撑的情况下，有限元分析结果的可靠性不高。要提升包含组合桥面板的桥梁结构的合理性和经济性，明确组合桥面板在主梁中的受力性能不容忽视。
6.因此，本技术方案提出了一种测试偏心荷载作用下组合桥面板受力性能的试验方法，是研究组合桥面板在主梁中受力性能的重要手段。
7.本技术方案可大幅减小组合桥面板试件尺寸，试件受力明确，试验过程简便且结果可信，对不同加载吨位、不同偏心距的偏心拉压试验均适用，工装构造简单且可重复使用，节约试验成本。
8.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.本技术方案的目的是保护一种测试偏心荷载作用下组合桥面板受力性能系统，包括加载组件、加载工装、组合桥面板试件、地锚工装，其中具体地：
10.加载组件包括反力架和设于所述反力架上的作动器，所述反力架固定于地面，作动器为拉力和/或压力输出设备；
11.加载工装与所述作动器连接；
12.组合桥面板试件上端与所述加载工装固定连接；
13.地锚工装锚固于地面，所述组合桥面板试件与所述地锚工装固定连接。
14.进一步地，所述组合桥面板试件包括组合板元、上部端板和下部端板，其中具体地：
15.上部端板和下部端板，分别设于所述组合板元的上端和下端，所述上部端板与所述加载工装固定连接，所述下部端板与所述地锚工装固定连接。
16.进一步地，所述组合板元包括钢筋网片、混凝土板、钢盖板、板肋，其中具体地：
17.混凝土板，包覆于所述钢筋网片外部；
18.钢盖板，与混凝土板通过焊钉连接；
19.板肋，同时与所述下部端板和钢盖板固定连接。
20.进一步地，所述组合桥面板试件还包括连接开孔板，所述连接开孔板嵌入所述混凝土板中并被所述钢筋网片中的部分钢筋贯穿；
21.连接开孔板与上部端板、钢盖板焊接或与下部端板、钢盖板焊接。
22.进一步地，所述组合桥面板试件还包括加劲板，所述加劲板与上部端板、钢盖板焊接或与下部端板、钢盖板焊接。
23.进一步地，所述作动器作动器自带铰结构，其铰结构末端与加载工装、桥面板上部端板通过长螺杆连接。
24.测试偏心荷载作用下组合桥面板受力性能的方法，包括以下步骤：
25.s1：构建组合桥面板试件；
26.s2：将组合桥面板试件通过地锚和加载工装竖直放置于加载组件中，并布置多个测点；
27.s3：根据试验需求控制加载组件中作动器加载速率与荷载值，通过加载工装将拉力或压力荷载传递至组合桥面板试件进行偏心拉压加载；
28.s4：根据组合桥面上测点获取组合桥面板试件力学响应，以此分析其偏心受力性能。
29.进一步度，s1中，试验偏心距在组合桥面板试件制作时，通过调解上下部端板与组合板元形心的相对距离确定。
30.进一步地，s2中，所述测点包括轴向位移计、侧向位移计、滑移计。
31.进一步地，s3中，加载每级荷载后持荷3～5分钟采集试验数据，再进行下一级加载，直至试件破坏。
32.进一步地，s4中，完成组合桥面板偏心受力试验后，通过试验数据与加载等级的关系获取其偏心受力性能。
33.从原理上，本实用新型提供一种测试偏心荷载作用下组合桥面板受力性能的试验方法，该方法主要包括1)小尺寸组合桥面板试件设计；2)将组合桥面板试件通过地锚和加载工装竖直放置于加载组件中并布置相关测点；3)根据试验需求控制加载组件中作动器加载速率与荷载值，通过简单可靠的加载工装将大吨位拉力、压力荷载传递至组合桥面板试
件进行偏心拉压加载；4)根据试件上所布置测量仪器获取组合桥面板试件力学响应，从而分析其偏心受力性能。
34.从原理上，组合桥面板试件包括组合板元、上下部端板、连接开孔板及加劲板，组合板元包括混凝土板、钢盖板、板肋、钢筋网片及焊钉，所述组合板元是通过分析实际组合桥面板相关力学响应(截面应力分布、剪力滞等)取出的能表征组合桥面板受力特性的带板肋的组合板元，在满足组合桥面板真实受力状态的同时大幅缩小试件尺寸，所述混凝土板与所述钢盖板通过所述焊钉连接，所述钢筋网片埋置于混凝土板中，所述上下部端板焊接于所述组合板元两端，试件制作时通过调节所述上下部端板形心与所述组合板元形心的相对距离设置偏心距，所述连接开孔板和所述加劲板均与所述上下部端板及所述钢盖板焊接，所述连接开孔板嵌入所述混凝土板中并有钢筋穿过，实现所述混凝土板与所述上下部端板可靠连接，使得所述组合板元与所述上下部端板间全截面传力稳定，所述加劲板可避免大吨位偏心加载时两端发生局部破坏，也有利于所述组合板元与所述上下部端板间全截面传力。
35.从原理上，地锚工装包括上下钢翼缘板和加劲腹板，所述上下钢翼缘板均设有螺孔，地锚工装与加载组件地面通过长螺杆连接及所述上部钢翼缘板与所述组合桥面板试件下部端板螺栓连接。
36.从原理上，加载工装包括上下钢翼缘板和加劲腹板，所述上下钢翼缘板均设有螺孔，用于所述组合桥面板试件上部端板、所述加载工装及所述加载组件通过长螺杆连接。
37.从原理上，加载组件包括作动器和反力架，所述作动器底部自带铰装置与螺孔，铰装置可释放偏载试验时所产生的面内变形，作动器底部设有螺孔，将所述组合桥面板试件上部端板、所述加载工装、所述作动器底部通过长螺杆紧密连接，长螺杆连接方式使得在大吨位拉压时所述加劲腹板均以受压为主，对钢结构焊缝有利。试验时作动器产生向上或向下位移便带动加载工装和组合桥面板试件产生相同位移，以此实现组合桥面板试件的大吨位拉压加载，荷载传递明确且传递效率高。试验前布置相关测点如轴向位移计、侧向位移计、滑移计等，最后控制作动器加载速率及加载值即可完成组合桥面板偏心受力性能测试。
38.从原理上，在加载过程中根据组合桥面板试件所布测点获取其力学响应，如试件轴向位移、侧向变形等，再通过所测力学响应与该时刻加载等级的关系便可得到偏载作用下组合桥面板轴向抗拉刚度、侧向抗弯刚度等重要力学特性指标，试验数据分析简单，试验结果直观可信。
39.与现有技术相比，本实用新型具有以下技术优势：
40.(1)通过提取实际组合桥面板力学响应特征，设计可表征其受力特性的组合板元，试件尺寸大幅度减小，试件受力明确，测试过程方便且结果直观可信，效率高。
41.(2)组合桥面板试件自带偏心设置，试件制作时通过调节上下端板形心与组合板元形心的相对距离设置偏心距。这种偏心距设置方式使得大吨位荷载经试件端板均匀分散后作用到组合板元上时仍为精确的偏心加载，同时避免局部应力集中。
42.(3)加载工装构造简单，与作动器和组合桥面板试件连接方便且可靠，作动器通过带动加载工装与组合桥面板试件共同变形实现荷载传递，大吨位拉、压荷载只需变化作动器加载方向即可施加，荷载传递明确且效率高，工装可重复使用，节约成本。
43.(4)试验方法安全可靠，试验中各部件均通过螺栓紧密连接，并整体通过地锚工装
与地面连接固定，试验时不存在因侧向变形过大而发生侧倾的风险。
附图说明
44.图1为本实用新型中测试偏心荷载下组合桥面板受力性能的工作状态示意图；
45.图2为本实用新型中组合桥面板试件结构示意图。
46.图3为本实用新型中钢结构主视图。
47.图4为本实用新型中钢结构侧视图。
48.图5为组合桥面板试件a-a剖面图。
49.图6为加载工装连接部位构造图。
50.图7为本实用新型中地锚工装结构示意图。
51.图8为本实用新型中加载工装结构示意图。
52.图中：1-加载组件、11-反力架、12-作动器、2-组合桥面板试件、21-钢盖板、22-板肋、23-混凝土板、24-焊钉、25-钢筋网片、26-上部端板、27-下部端板、28-连接开孔板、29-竖向加劲板、210-横向加劲板、3-地锚工装、31-上翼缘板、32-下翼缘板、33-加劲腹板、4-加载工装、41-上翼缘板、42-下翼缘板、43-加劲腹板、5-长螺杆、6-螺孔。
具体实施方式
53.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
54.本技术方案的第一个目的是保护一种测试偏心荷载作用下组合桥面板受力性能系统，包括加载组件1、加载工装4、组合桥面板试件2、地锚工装3，其中参见图1至图8。
55.加载组件1包括反力架11和设于所述反力架11上的作动器12，所述反力架11固定于地面，作动器12为拉力和/或压力输出设备，作动器12自带铰结构，其铰结构末端与加载工装、桥面板上部端板通过长螺杆连接。加载工装4与所述作动器12连接。
56.组合桥面板试件2包括组合板元、上部端板26和下部端板27，其中具体地：上部端板26和下部端板27，分别设于所述组合板元的上端和下端，所述上部端板26与所述加载工装4固定连接，所述下部端板27与所述地锚工装3固定连接。
57.组合桥面板试件2上端与所述加载工装4固定连接；组合板元包括钢筋网片25、混凝土板23、钢盖板21、板肋22，其中具体地：混凝土板23包覆于所述钢筋网片25外部；钢盖板24与所述混凝土板23通过焊钉24连接；板肋22同时与所述下部端板27和钢盖板24固定连接。组合桥面板试件2还包括连接开孔板28，所述连接开孔板28嵌入所述混凝土板23中并被所述钢筋网片25中的部分钢筋贯穿；连接开孔板28与上部端板26、钢盖板24焊接或与下部端板27、钢盖板24焊接。组合桥面板试件2还包括加劲板，所述加劲板与上部端板26、钢盖板24焊接或与下部端板27、钢盖板24焊接。
58.地锚工装3锚固于地面，所述组合桥面板试件2与所述地锚工装3固定连接。
59.图1为本实用新型大吨位偏心受拉(受压，只需调整作动器施加荷载方向)试验工作状态示意图，试验时将组合桥面板试件通过地锚和加载工装与加载组件相连，试验偏心距在组合桥面板试件制作时通过调解上下部端板与组合板元形心的相对距离确定，于本实施例中为15mm，通过设置加载组件中的作动器加载速率及荷载值对组合桥面板试件进行大吨位拉力(压力)加载，加载过程中通过试件上所布测点采集试验数据，直至试件破坏。具体
包括以下步骤：
60.(1)根据所研究实际组合桥面板截面应变分布与剪力滞效应等力学响应确定组合板元尺寸与偏心距，使组合板元在偏载作用下的力学响应能真实反映出实际组合桥面板受力特性，如图2～5所示，于本实施例中为一带板肋的组合板元，包括宽度为240mm钢盖板、高度为150mm板肋、厚度为80mm混凝土板、钢筋网片及焊钉，混凝土板通过焊钉与钢盖板连接，钢筋网片埋置于混凝土板中，焊钉根据实际组合桥面板设计情况布置。盖板宽度与板肋高度可用于调整组合板元的中性轴位置以适应不同偏心距，于本实施例中组合截面中性轴位于钢盖板形心。根据试验偏心距将上部端板和下部端板形心从组合板元形心沿偏心方向移动相应距离后与钢盖板和板肋焊接，于本实施例中上下部端板形心从钢盖板顶面朝混凝土板一侧偏移15mm。组合桥面板试件两侧端板及钢盖板上焊接有连接开孔板和横、竖向加劲板，其中连接开孔板布置于混凝土板一侧，嵌入混凝土板中并有钢筋穿过，实现混凝土板与上下部端板可靠连接，使得组合板元与上下部端板间全截面传力稳定；横、竖向加劲板可避免大吨位偏心加载时两端发生局部破坏，也有利于所述组合板元与所述上下部端板间全截面传力。
61.(2)如图1所示，将地锚工装与加载组件地面通过长螺杆连接固定，将组合桥面板试件吊置地锚工装上并通过螺栓连接，将加载工装吊至组合桥面板试件上部端板与加载组件作动器之间，用长螺杆将组合桥面板上部端板、加载工装、作动器底部紧密连接，长螺杆连接方式使得在大吨位拉压时所述加劲腹板均以受压为主，对钢结构焊缝有利。此后布置相关外部测点如轴向位移计、侧向位移计等以获取加载工程中组合桥面板试件力学响应(内部测点在试件制作时已布置)。
62.(3)试验时开启加载组件，根据试验需求控制作动器加载速率与荷载值，于本实施例中施加偏拉荷载(偏压荷载只需控制作动器施加反向荷载即可)，荷载等级为100kn一级。作动器加载部位构造如图6所示，作动器通过带动加载工装和组合桥面板试件上部端板发生相同位移实现荷载传递，荷载传递明确，传递效率高，且上部端板可使荷载均匀分布而避免局部应力集中。达到每级荷载后持荷3～5分钟采集试验数据后再进行下一级加载，直至试件破坏，本实施例中极限荷载达到180吨。
63.(4)完成上述组合桥面板偏心受拉试验后即可通过试验数据与加载等级的关系获取其偏心受力性能。如通过不同加载等级与该时刻所测轴向位移的比值可得其轴向抗拉刚度、通过荷载与偏心距之积(弯矩)与该时刻所测侧向位移拟合出的曲线曲率的比值可得其侧向抗弯刚度、通过截面应变分布即可判定其实际偏心受力情况等。上述试验数据获取容易，且所得力学性能指标直观可信，从而高效完成大吨位偏心荷载下组合桥面板受力性能测试。
64.本实用新型应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本实用新型可根据实际需要进行不同加载吨位、不同偏心距的组合桥面板偏心受力性能测试，只需应用相应吨位的加载组件加载以及在制作试件时按上述步骤(1)设置偏心距即可。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
65.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用
新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。