模拟拼宽桥梁接缝混凝土扰动的试验装置

1.本发明涉及桥梁拼宽接缝技术试验设备领域，具体涉及一种模拟拼宽桥梁接缝混凝土扰动的试验装置。


背景技术：

2.在我国，交通量不断增长与现有公路桥梁通行能力不足的矛盾日益突出，提高现有公路桥梁的通行能力是当前的一个重要而紧迫的任务，对现有公路桥梁的拓宽改造，能够有效提高公路桥梁的通行能力。常用的桥梁拓宽方法主要有以下3种：
①
新、旧桥上部结构与下部结构均不拼接；
②
新、旧桥上部结构与下部结构均拼接；
③
新、旧桥上部结构拼接、下部结构不拼接。除第一种扩宽方法外，其余两种拓宽方法都需要对新旧桥梁进行拼接处理，即新建桥梁与现有桥梁的桥面板之间需要设置拼宽接缝。当现有桥面板和新桥桥面板之间浇筑混凝土实现桥面拼宽时，通常需要保持交通不间断，因此拼宽接缝在硬化过程中会受到交通引起的振动，进而对接缝混凝土的强度、混凝土与钢筋的粘结强度、预制桥面板与接缝的粘结性能等造成影响，进一步影响拼宽接缝的施工质量及使用性能，导致拼宽桥梁接缝混凝土硬化后在运营阶段经常出现开裂、破损等病害。由于拼宽接缝混凝土强度形成时间较长，加之混凝土硬化期间对变形扰动极为敏感，但是目前并没有一个可以准确模拟在拼宽桥梁接缝处混凝土扰动对混凝土硬化成型影响程度进行测量的装置，因此难以量化在拼宽接缝混凝土强度形成周期中，外界扰动对拼宽接缝成型质量的影响。
3.因此，为解决以上问题，有必要研发一种用于模拟拼宽桥梁接缝混凝土扰动的试验装置，用于试验研究桥面交通振动对拼宽接缝混凝土的影响，该试验装置能够准确模拟拼宽接缝混凝土在交通扰动下的实际受力变形状态；能够实现不同扰动振幅、频率的模拟，可考察多种试验参数，设计模块化，拆装方便、可重复利用；该试验装置以期为拼宽接缝混凝土在硬化过程中的扰动研究提供解决思路。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供模拟拼宽桥梁接缝混凝土扰动的试验装置，能够准确模拟拼宽接缝混凝土在交通扰动下的实际受力变形状态；能够实现不同扰动振幅、频率的模拟，可考察多种试验参数，设计模块化，拆装方便、可重复利用；该试验装置以期为拼宽接缝混凝土在硬化过程中的扰动研究提供解决思路。
5.本发明的模拟拼宽桥梁接缝混凝土扰动的试验装置，包括用于模拟预制桥面板的混凝土预制块、为现浇拼接缝提供浇筑空间的模板及模拟变形扰动的作动器，所述模板的横截面具有开口向上的凹槽，所述混凝土预制块包括位于所述模板凹槽内的主动预制块和被动预制块，所述拼接缝位于所述主动预制块和被动预制块之间，所述作动器作用于所述主动预制块上，所述被动预制块固定连接于基座上，所述主动预制块固定设置于所述模板内，主动预制块和被动预制块用来模拟桥面板，制动预制块与被动预制块之间浇筑拼宽接缝，混凝土预制块为长方体形状，在夹紧固定时能有非常便于加持的夹紧面。
6.进一步，所述模板包括底模和侧模，所述侧模为l型板材其横板通过连接件与所述底模可拆卸固定连接，所述侧模的竖板与底模之间形成凹槽，两相对竖板的板面上开设多对用于装配对拉连接件的对拉孔，所述竖板的上边沿低于所述主动预制块及被动预制块的上表面，在实际模拟试验过程中，模板采用钢板制成，其中大部分连接采用螺栓连接，便于拆卸及重复使用，节约成本，两相对竖板之间通过对拉连接件形成对拉，增强拼宽接缝浇筑及凝固过程中模板的稳定性，保证模板在扰动过程中不产生横向弯曲变形。
7.进一步，还包括用于夹紧所述主动预制块的主动夹具组件，所述主动夹具组件包括贴合于所述主动预制块上表面的上主动夹板和贴合于所述底模下方的下主动夹板以及连接件，所述连接件用于上主动夹板、下主动夹板及模板之间的固定连接，试验过程中连接件一般采用螺栓和螺帽，上主动夹板、下主动夹板及模板上开设相应得通孔便于螺栓的装配，实现试验装置模块化装配，通用程度高，互换性强。
8.进一步，所述上主动夹板和下主动夹板上均设置有加强肋，所述加强肋均朝向远离所述主动预制块的方向且沿所述主动预制块的纵向延伸(该纵向为模拟桥面板的通行方向)，加强肋的设置可以提高上主动夹板及下主动夹板的强度和刚度，便于在作动器施加扰动时主动夹具组件能更好地将扰动传递给主动预制块。
9.进一步，还包括用于夹紧所述被动预制块的被动夹具组件，所述被动夹具组件包括设置于所述被动预制块上表面的上被动夹板、设置于所述底模下方的下被动夹板、设置于所述上被动夹板与所述被动预制块之间的上隔板、设置于所述下被动夹板与所述底模之间的下隔板以及连接件，所述上隔板与所述被动预制块之间还设置有滚轴，所述上隔板上设置有用于限位滚轴的限位加强筋，所述下隔板与所述底模之间设置有滚轴，所述下隔板上设置有用于限位滚轴的限位加强筋，这里的连接件依然采用螺栓，上被动夹板和下被动夹板上开设相对应的通孔便于螺栓装配，实现试验装置模块化装配，通用程度高，互换性强。
10.进一步，所述滚轴沿所述被动预制块的纵向设置(该纵向为模拟桥面板的通行方向)，且同一上隔板/下隔板上设置两组滚轴，所述滚轴的滚动方向沿所述被动预制块的横向(该横向与模拟桥面板的通行方向相垂直)，滚轴的设置可以为模板的位移提供空间，并将模板与被动夹紧组件之间的摩擦转化为滚动摩擦，从结构上减少对扰动变形的误差影响。
11.进一步，所述下被动夹板上还设置有用于限定底模最大位移的限位调节挡块，所述限位调节挡块通过螺栓与所述下被动夹板连接，所述限位调节挡块上设置有便于调节限位调节挡块位置的条形孔，通过调节条形孔与螺栓的接触位置实现限位调节挡块的限位调节。
12.进一步，所述基座通过锚杆固定于地面，所述基座包括与所述下被动夹板固定连接的顶板、与所述锚杆固定连接的底板以及固定连接于所述顶板与底板之间的腹板，所述腹板上设置有多道加强肋板，锚杆和基座的配合即实现了桥墩的模拟，同时也保证了对被动预制块的支撑，更能达到真实模拟实际桥面的效果。
13.进一步，所述侧模的竖板上开设有多条竖向延伸的变形缝，多条所述变形缝沿侧模的延伸方向阵列布置，变形缝的设置用于削弱侧模的刚度，允许扰动过程中侧模的变形。
14.进一步，所述主动预制块为一组，所述被动预制块为两组，所述主动预制块位于两
组所述被动预制块之间的中心位置，这样的设置方式可以同时实现两组拼宽接缝的模拟，提高试验准确性，所述作动器通过连接板与所述上主动夹板固定连接以此实现对主动预制块施加扰动，连接板上开设有用于固定连接作动器的中孔，所述连接板与主动夹板之间采用螺栓连接。
15.被动夹具通过螺栓固定在基座上，基座通过锚杆锚固在地面上；模板和其中的混凝土预制块分别通过主动夹具组件及被动夹具组件夹紧，主动夹具组件通过连接板与作动器相连；侧模上的变形缝能够减小侧模的刚度并避免扰动过程中的应力集中现象，从而实现模板的变形，这与实际工程中现浇拼接缝模板的实际变形状况一致；模板中的混凝土预制块用于模拟预制桥面板，新鲜混凝土浇筑在主动预制块与被动预制块之间，以此来模拟实桥上的现浇拼接缝；通过作动器对主动夹具组件施加荷载(位移控制或力控制)，可实现同时模拟两个拼接缝混凝土的变形扰动。扰动过程中，模板通过被动夹具组件中的滚轴实现平动，限位调节挡块可限制其平动位移值。
16.实际工程中，当新桥桥面板或旧桥桥面板通过交通荷载时，拼接缝两侧将产生相对位移差，从而对接缝混凝土造成剪切变形。模板两侧的被动预制块不会产生竖向位移和转动，而主动预制块在作动器的荷载作动下，能够实现竖向位移的变化，并且该位移值可通过作动器进行调整，从而实现了模板中现浇混凝段的剪切变形。因此，该装置能够很好的模拟实际工程中拼接缝的变形扰动状况和受力状况。
17.本发明的有益效果是：本发明公开的一种模拟拼宽桥梁接缝混凝土扰动的试验装置，通过设置混凝土扰动的剪切变形区，能够准确模拟拼宽接缝混凝土在交通扰动下的实际受力变形状态和边界条件，能够实现不同扰动振幅、频率的模拟，更加真实地反应活载扰动对接缝材料性能的影响，该装置具有设计模块化、拆装方便、可重复利用、可考察多种试验参数的优点，以期为拼宽接缝混凝土在硬化过程中的扰动研究提供解决思路。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
19.图1为本发明的爆炸结构示意图；
20.图2为本发明的模板结构示意图；
21.图3为本发明的组装结构示意图。
具体实施方式
22.图1为本发明的爆炸结构示意图，图2为本发明的模板结构示意图，图3为本发明的组装结构示意图，如图所示，本实施例中的模拟拼宽桥梁接缝混凝土扰动的试验装置包括用于模拟预制桥面板的混凝土预制块、为现浇拼接缝提供浇筑空间的模板及模拟变形扰动的作动器3，所述模板的横截面具有开口向上的凹槽，所述混凝土预制块包括位于所述模板凹槽内的主动预制块1a和被动预制块1b，所述拼接缝位于所述主动预制块1a和被动预制块1b之间，所述作动器3作用于所述主动预制块1a上，所述被动预制块1b固定连接于基座7上，所述主动预制块1a固定设置于所述模板内，主动预制块1a和被动预制块1b用来模拟桥面板，制动预制块与被动预制块1b之间浇筑拼宽接缝，混凝土预制块为长方体形状，在夹紧固定时能有非常便于加持的夹紧面。
23.本事实例中，所述模板包括底模2a和侧模2b，所述侧模2b为l型板材其横板通过连接件与所述底模2a可拆卸固定连接，所述侧模2b的竖板与底模2a之间形成凹槽，两相对竖板的板面上开设多对用于装配对拉连接件的对拉孔，所述竖板的上边沿低于所述主动预制块1a及被动预制块1b的上表面，在实际模拟试验过程中，模板采用钢板制成，其中大部分连接采用螺栓连接，便于拆卸及重复使用，节约成本，两相对竖板之间通过对拉连接件形成对拉，增强拼宽接缝浇筑及凝固过程中模板的稳定性，保证模板在扰动过程中不产生横向弯曲变形。
24.本事实例中，还包括用于夹紧所述主动预制块1a的主动夹具组件，所述主动夹具组件包括贴合于所述主动预制块1a上表面的上主动夹板4a和贴合于所述底模2a下方的下主动夹板4b以及连接件，所述连接件用于上主动夹板4a、下主动夹板4b及模板之间的固定连接，试验过程中连接件一般采用螺栓和螺帽，上主动夹板4a、下主动夹板4b及模板上开设相应的通孔便于螺栓的装配，实现试验装置模块化装配，通用程度高，互换性强。
25.本事实例中，所述上主动夹板4a和下主动夹板4b上均设置有加强肋4c，所述加强肋4c均朝向远离所述主动预制块1a的方向且沿所述主动预制块1a的纵向延伸(该纵向为模拟桥面板的通行方向)，加强肋4c的设置可以提高上主动夹板4a及下主动夹板4b的强度和刚度，便于在作动器3施加扰动时主动夹具组件能更好地将扰动传递给主动预制块1a。
26.本事实例中，还包括用于夹紧所述被动预制块1b的被动夹具组件，所述被动夹具组件包括设置于所述被动预制块1b上表面的上被动夹板5a、设置于所述底模2a下方的下被动夹板5b、设置于所述上被动夹板5a与所述被动预制块1b之间的上隔板5c、设置于所述下被动夹板5b与所述底模2a之间的下隔板5d以及连接件，所述上隔板5c与所述被动预制块1b之间还设置有滚轴5e，所述上隔板5c上设置有用于限位滚轴5e的限位加强筋5f，所述下隔板5d与所述底模2a之间设置有滚轴5e，所述下隔板5d上设置有用于限位滚轴5e的限位加强筋5f，这里的连接件依然采用螺栓，上被动夹板5a和下被动夹板5b上开设相对应的通孔便于螺栓装配，实现试验装置模块化装配，通用程度高，互换性强。
27.本事实例中，所述滚轴5e沿所述被动预制块1b的纵向设置(该纵向为模拟桥面板的通行方向)，且同一上隔板5c/下隔板5d上设置两组滚轴5e，所述滚轴5e的滚动方向沿所述被动预制块1b的横向(该横向与模拟桥面板的通行方向相垂直)，滚轴5e的设置可以为模板的位移提供空间，并将模板与被动夹紧组件之间的摩擦转化为滚动摩擦，从结构上减少对扰动变形的误差影响。
28.本事实例中，所述下被动夹板5b上还设置有用于限定底模2a最大位移的限位调节挡块6，所述限位调节挡块6通过螺栓与所述下被动夹板5b连接，所述限位调节挡块6上设置有便于调节限位调节挡块6位置的条形孔，通过调节条形孔与螺栓的接触位置实现限位调节挡块6的限位调节。
29.本事实例中，所述基座7通过锚杆8固定于地面，所述基座7包括与所述下被动夹板5b固定连接的顶板7a、与所述锚杆8固定连接的底板7b以及固定连接于所述顶板7a与底板7b之间的腹板7c，所述腹板7c上设置有多道加强肋4c板，锚杆8和基座7的配合即实现了桥墩的模拟，同时也保证了对被动预制块1b的支撑，更能达到真实模拟实际桥面的效果。
30.本事实例中，所述侧模2b的竖板上开设有多条竖向延伸的变形缝2c，多条所述变形缝2c沿侧模2b的延伸方向阵列布置，变形缝2c的设置用于削弱侧模2b的刚度，允许扰动
过程中侧模2b的变形。
31.本事实例中，所述主动预制块1a为一组，所述被动预制块1b为两组，所述主动预制块1a位于两组所述被动预制块1b之间的中心位置，这样的设置方式可以同时实现两组拼宽接缝的模拟，提高试验准确性，所述作动器3通过连接板9与所述上主动夹板4a固定连接以此实现对主动预制块1a施加扰动，连接板9上开设有用于固定连接作动器3的中孔，所述连接板9与主动夹板之间采用螺栓连接。
32.被动夹具通过螺栓固定在基座7上，基座7通过锚杆8锚固在地面上；模板和其中的混凝土预制块分别通过主动夹具组件及被动夹具组件夹紧，主动夹具组件通过连接板9与作动器3相连；侧模2b上的变形缝2c能够减小侧模2b的刚度并避免扰动过程中的应力集中现象，从而实现模板的变形，这与实际工程中现浇拼接缝模板的实际变形状况一致；模板中的混凝土预制块用于模拟预制桥面板，新鲜混凝土浇筑在主动预制块1a与被动预制块1b之间，以此来模拟实桥上的现浇拼接缝；通过作动器3对主动夹具组件施加荷载(位移控制或力控制)，可实现同时模拟两个拼接缝混凝土的变形扰动。扰动过程中，模板通过被动夹具组件中的滚轴5e实现平动，限位调节挡块6可限制其平动位移值。
33.实际工程中，当新桥桥面板或旧桥桥面板通过交通荷载时，拼接缝两侧将产生相对位移差，从而对接缝混凝土造成剪切变形。模板两侧的被动预制块1b不会产生竖向位移和转动，而主动预制块1a在作动器3的荷载作动下，能够实现竖向位移的变化，并且该位移值可通过作动器3进行调整，从而实现了模板中现浇混凝段的剪切变形。因此，该装置能够很好的模拟实际工程中拼接缝的变形扰动状况和受力状况。
34.本发明公开的一种模拟拼宽桥梁接缝混凝土扰动的试验装置，通过设置混凝土扰动的剪切变形区，能够准确模拟拼宽接缝混凝土在交通扰动下的实际受力变形状态和边界条件，能够实现不同扰动振幅、频率的模拟，更加真实地反应活载扰动对接缝材料性能的影响，该装置具有设计模块化、拆装方便、可重复利用、可考察多种试验参数的优点，以期为拼宽接缝混凝土在硬化过程中的扰动研究提供解决思路。
35.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。