一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置及测量方法

本发明涉及钢材的超低周疲劳，尤其涉及一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置及测量方法。

背景技术：

1、钢结构桥梁具有优良的力学性能和易于工业化发展的特点，随着我国钢材产能提高和劳动力成本的上升，近年来钢桥在我国交通工程建设中得到迅速发展。然而，由于我国地震频发的地理环境，地震严重威胁着钢桥的结构安全，但我国的钢桥抗震设计理论研究仍相对缺乏，钢桥抗震问题成为了亟待解决的难题。

2、不少钢桥墩在强震下发生类似脆性的断裂。研究表明，这种断裂主要是由于钢材开裂和裂纹扩展导致的宏观结果，破坏机理与传统的高周疲劳和低周疲劳断裂机理不同。在强震作用下钢材发生屈服且经历显著的塑性变形，其断裂机理接近于单调荷载作用下的延性断裂，被称之为超低周疲劳断裂。迄今，国内外学者关于钢桥墩超低周疲劳断裂的研究工作较少，现有的桥梁抗震设计规范也没有给出具体的验算方法。这表明，目前对钢桥墩超低周疲劳断裂验算方法尚未取得共识。

3、正是基于上述原因，本发明提供了一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置及测量方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置及测量方法，以钢桥的重要承重构件同时也是地震易损构件的钢桥墩作为实验对象，以建立钢桥墩的超低周疲劳断裂预测方法为主要目标，进行地震作用下钢桥墩的拟静力试验，研究超低周疲劳断裂行为和机理，用钢材超低周疲劳模型预测钢桥墩构件的超低周疲劳断裂。

2、为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：

3、本发明公开了一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置，包括竖向作动器、顶梁、水平作动器、顶板、钢桥墩和基座，所述顶板固定于所述钢桥墩的顶部，所述顶梁的底部与所述顶板的上表面相连，所述竖向作动器固定于所述顶梁的上表面中部，所述水平作动器固定于所述顶梁的右端；所述钢桥墩的底部与所述基座的顶部相连。

4、所述基座包括水平方向钢板、纵向钢板和横向钢板，上方的水平方向钢板与下方的水平方向钢板之间间隔连接有若干所述纵向钢板，所述纵向钢板的中间沿着所述水平方向钢板的长度方向贯穿有所述横向钢板。

5、上方的所述水平方向钢板的中部设有若干用于与底板连接的第一螺栓，上方的所述水平方向钢板通过底板与所述钢桥墩的底部相连；下方的水平方向钢板分散分布有若干第二螺栓，下方的水平方向钢板通过所述第二螺栓与地面上的螺栓孔配合固定于地面上。

6、所述顶梁包括钢板、竖直钢板和水平钢板，上方的水平钢板和下方的水平钢板的左端和后端之间连接有所述竖直钢板，左端的竖直钢板和右端的竖直钢板之间间隔设置有若干竖直钢板；所述竖直钢板的中间沿着所述水平钢板的长度方向贯穿有所述钢板。

7、下方的所述水平钢板的下表面设有若干用于与所述顶板连接的第三螺栓，若干所述第三螺栓组成方框形结构。

8、右端的竖直钢板的右侧壁通过作动器连接件与所述水平作动器相连，所述作动器连接件包括左侧板、连接钢梁和右侧板，所述左侧板与所述竖直钢板的相连且高度相等，所述左侧板的右侧壁与所述右侧板的左侧壁之间通过所述连接钢梁相连，所述右侧板的高度大于所述左侧板的高度，所述右侧板的右侧壁与所述水平作动器的左端相连。

9、本发明公开了一种钢桥墩的超低周疲劳损伤的测量方法，包括如下步骤：

10、步骤s，根据公路钢结构桥梁设计规范设计和加工制作钢桥墩，钢桥墩选用桥梁钢材 q345qc 为材料；

11、步骤s2，采用10000kn的大型多功能电液伺服结构试验系统对钢桥墩进行拟静力试验加载；竖向作动器对钢桥墩施加轴向荷载，水平作动器对钢桥墩施加水平方向的强制位移，竖向作动器跟随钢桥墩顶移动，以防止发生偏心；设置5个位移传感器编号为ⅰ-ⅴ，其中位移传感器ⅰ和ⅱ分别用来测量顶梁和基座的水平位移，位移传感器ⅲ-ⅴ 用来测量顶梁和基座是否发生翘曲变形；

12、步骤s3，竖向作动器对钢桥墩施加轴向荷载，荷载大小模拟钢桥墩实际受到的压力；水平作动器沿着钢桥墩顶部截面的水平方向进行加载，使钢桥墩在水平方向受到荷载；试验加载由位移控制。

13、本发明的有益效果在于：

14、（1）本发明以钢桥的重要承重构件同时也是地震易损构件的钢桥墩作为实验对象，以建立钢桥墩的超低周疲劳断裂预测方法为主要目标，进行地震作用下钢桥墩的拟静力试验，研究超低周疲劳断裂行为和机理，用钢材超低周疲劳模型预测钢桥墩构件的超低周疲劳断裂；

15、（2）本发明能够加固基座，因为预测超低周疲劳开裂首先发生在钢桥墩的墩底角部位置，所以用多块纵向钢板以及垂直并贯穿纵向钢板的横向钢板来加固基座，防止基座发生破坏；

16、（3）本发明能够加固顶梁，因为预测超低周疲劳开裂首先发生在钢桥墩的墩底角部位置，所以用多块竖直钢板以及垂直并贯穿竖直钢板的钢板来加固顶梁，防止顶梁发生破坏；

17、（4）本发明材料常见，结构简单，安装方便，操作简单等优点。

技术特征：

1.一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置，其特征在于：包括竖向作动器（1）、顶梁（2）、水平作动器（3）、顶板（5）、钢桥墩（6）和基座（8），所述顶板（5）固定于所述钢桥墩（6）的顶部，所述顶梁（2）的底部与所述顶板（5）的上表面相连，所述竖向作动器（1）固定于所述顶梁（2）的上表面中部，所述水平作动器（3）固定于所述顶梁（2）的右端；所述钢桥墩（6）的底部与所述基座（8）的顶部相连。

2.根据权利要求1所述的一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置，其特征在于：所述基座（8）包括水平方向钢板（9）、纵向钢板（10）和横向钢板（11），上方的水平方向钢板（9）与下方的水平方向钢板（9）之间间隔连接有若干所述纵向钢板（10），所述纵向钢板（15）的中间沿着所述水平方向钢板（9）的长度方向贯穿有所述横向钢板（11）。

3.根据权利要求2所述的一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置，其特征在于：上方的所述水平方向钢板（9）的中部设有若干用于与底板（7）连接的第一螺栓（13），上方的所述水平方向钢板（9）通过底板（7）与所述钢桥墩（6）的底部相连；下方的水平方向钢板（9）分散分布有若干第二螺栓（12），下方的水平方向钢板（9）通过所述第二螺栓（12）与地面上的螺栓孔配合固定于地面上。

4.根据权利要求1所述的一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置，其特征在于：所述顶梁（2）包括钢板（14）、竖直钢板（15）和水平钢板（16），上方的水平钢板（16）和下方的水平钢板（16）的左端和后端之间连接有所述竖直钢板（15），左端的竖直钢板（15）和右端的竖直钢板（15）之间间隔设置有若干竖直钢板（15）；所述竖直钢板（15）的中间沿着所述水平钢板（16）的长度方向贯穿有所述钢板（14）。

5.根据权利要求4所述的一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置，其特征在于：下方的所述水平钢板（16）的下表面设有若干用于与所述顶板（5）连接的第三螺栓（17），若干所述第三螺栓（17）组成方框形结构。

6.根据权利要求5所述的一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置，其特征在于：右端的竖直钢板（15）的右侧壁通过作动器连接件（4）与所述水平作动器（3）相连，所述作动器连接件（4）包括左侧板（41）、连接钢梁（42）和右侧板（43），所述左侧板（41）与所述竖直钢板（15）的相连且高度相等，所述左侧板（41）的右侧壁与所述右侧板（43）的左侧壁之间通过所述连接钢梁（42）相连，所述右侧板（43）的高度大于所述左侧板（41）的高度，所述右侧板（43）的右侧壁与所述水平作动器（3）的左端相连。

7.一种钢桥墩的超低周疲劳损伤的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及钢材的超低周疲劳技术领域，尤其涉及一种钢桥墩的超低周疲劳损伤实验装置及测量方法，包括竖向作动器、顶梁、水平作动器、顶板、钢桥墩和基座，所述顶板固定于所述钢桥墩的顶部，所述顶梁的底部与所述顶板的上表面相连，所述竖向作动器固定于所述顶梁的上表面中部，所述水平作动器固定于所述顶梁的右端；所述钢桥墩的底部与所述基座的顶部相连。本发明以钢桥的重要承重构件同时也是地震易损构件的钢桥墩作为实验对象，以建立钢桥墩的超低周疲劳断裂预测方法为主要目标，进行地震作用下钢桥墩的拟静力试验，研究超低周疲劳断裂行为和机理，用钢材超低周疲劳模型预测钢桥墩构件的超低周疲劳断裂。

技术研发人员：田钦,吴家睿,王琛,应嘉豪
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4