考虑钢桥面板焊缝横截面初始应力作用的试验装置

摘要

本发明公开了一种考虑钢桥面板焊缝横截面初始应力作用的试验装置，包括：初始应力齿轮调节模块、曲柄滑块传力模块、弹簧管架模块和橡胶作用头模块；初始应力齿轮调节模块与曲柄滑块传力模块利用轴承固定连接，曲柄滑块传力模块与弹簧管架模块通过连杆连接，连杆可在弹簧管架模块的连接板的滑槽的槽口上直线移动，橡胶作用头模块与弹簧管架模块通过连杆连接。本发明通过橡胶作用头传递焊缝横截面初始应力，能够较好地模拟钢桥面板在斜拉索等作用下，焊缝局部区域的实际受力情况，显著提高了试验的效率，降低了试验成本。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁结构疲劳试验仪器技术领域，尤其是一种考虑钢桥面板焊缝横截面初始应力作用的试验装置。

背景技术

正交异性钢桥面板因其重量轻、强度高、抗弯抗扭刚度大等优势，广泛应用于大跨度缆索桥梁建设。但由于纵横加劲肋设置以及焊接操作不可避免带来的焊接残余应力等原因，钢桥面板常发生疲劳损伤现象，这将对桥梁的安全和工作性能带来不利影响。斜拉桥作为一种典型的钢桥面板桥梁体系，其斜拉索带来的轴向应力通过锚固区传递至钢箱梁，导致箱梁焊缝轴向初始应力不可忽视。目前，国内外学者已针对钢桥面板的疲劳损伤开展了大量理论与试验研究。但现阶段研究大都仅考虑了拉索的轴向力对索梁锚固区等节点部位的疲劳性能的影响。试验中钢箱梁仅作为模拟实桥的边界条件而设置，未分析轴向力对钢桥面板疲劳性能的影响。而实际上力从斜拉索传至锚固区，最终还是由钢箱梁来承受。根据圣文南原理，此时应力集中效应已不明显，在考虑斜拉索轴向对钢箱梁疲劳性能影响时，更多的时将其作为一种成桥特定的受力状态，而没有将其作为影响因素深入考虑。

目前为模拟钢桥面板的疲劳损伤，多使用MTS伺服液压控制系统装置以及振动型疲劳试验装置，前者主要应用于钢桥面板节段模型或其他尺寸较大的试件，且试验成本较高。后者主要适用于钢桥面板局部模型试件的疲劳试验，经济节约。但两者均难以直接在试验试件上施加焊缝横截面初始应力。

可见，如何设计一种新型的、较为经济的且能够模拟钢桥面板焊缝横截面初始应力作用的试验装置，就成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种考虑钢桥面板焊缝横截面初始应力作用的试验装置，能够显著提高试验的效率，降低试验成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑钢桥面板焊缝横截面初始应力作用的试验装置，包括：初始应力齿轮调节模块、曲柄滑块传力模块、弹簧管架模块和橡胶作用头模块；初始应力齿轮调节模块与曲柄滑块传力模块利用轴承固定连接，曲柄滑块传力模块与弹簧管架模块通过连杆连接，连杆可在弹簧管架模块的连接板的滑槽的槽口上直线移动，橡胶作用头模块与弹簧管架模块通过连杆连接。

优选的，初始应力齿轮调节模块的下端设有纵竖两个齿轮，通过调节旋转阀门使得下端两齿轮转动，并通过连杆带动上部四个齿轮转动，从而带动两侧曲柄滑块传力模块工作。

优选的，初始应力齿轮调节模块上下两端的齿轮利用连杆调节，该连杆为两根钻有空洞的套筒，通过螺栓调节搞连杆长度。

优选的，曲柄滑块传力模块一端与初始应力齿轮调节模块上部外侧齿轮利用轴承固定连接，与齿轮同步转动。

优选的，曲柄滑块传力模块中滑槽设有滚珠，方便滑块在槽口上的直线运动。

优选的，曲柄滑块传力模块中滑槽杆设有刻度，可根据弹簧伸缩量标出所夹荷载大小。

优选的，弹簧管架模块与曲柄滑块传力模块固定连接，曲柄滑块传力模块的滑块上设有另一端连接弹簧的连杆，可控制弹簧伸缩。

优选的，弹簧管架模块的弹簧中轴线上设有保护杆，防止弹簧发生过大变形。

优选的，橡胶作用头模块与弹簧管架模块固定连接，可通过调节螺栓调整橡胶作用头的水平和竖向位置。

优选的，橡胶作用头模块内部设有电磁铁，可通过橡胶作用头模块上开关控制其工作状态。

本发明的有益效果为：本发明提出的试验装置通过橡胶作用头传递焊缝横截面初始应力，能够较好地模拟钢桥面板在斜拉索等作用下，焊缝局部区域的实际受力情况，显著提高了试验的效率，降低了试验成本；本发明的装置可对需考虑焊缝横截面初始应力的钢桥面板局部模型试件施加初始应力，为斜拉桥等体系下钢桥面板的受力性能研究提供了切实可行的方法。

附图说明

图1为本装置的装置结构示意图。

图2为初始应力齿轮调节模块的拆解图。

图3为初始应力齿轮调节模块示意图。

图4为初始应力齿轮调节模块调节杆拆解图。

图5为初始应力齿轮调节模块上部齿轮传动示意图。

图6为初始应力齿轮调节模块上部齿轮传动拆解图。

图7为曲柄滑块传力模块示意图。

图8为曲柄滑块传力模块拆分图。

图9为曲柄滑块传力模块与弹簧管架模块协同作用部分拆分图。

图10为曲柄滑块传力模块与弹簧管架模块的传力杆示意图。

图11为弹簧管架模块拆解示意图。

图12为橡胶作用头模块示意图。

图13为橡胶作用头模块拆解示意图。

图14为橡胶作用头模块水平位置调节部分示意图1。

图15为橡胶作用头模块水平位置调节部分示意图2。

图16为橡胶作用头模块内部示意图.

图17为无弯矩初始应力施加试件的装置安装示意图。

图18为有弯矩初始应力施加试件的装置安装示意图。

具体实施方式

如图1所示，考虑钢桥面板焊缝横截面初始应力作用的试验装置，包括：初始应力齿轮调节模块、曲柄滑块传力模块、弹簧管架模块和橡胶作用头模块；初始应力齿轮调节模块与曲柄滑块传力模块利用轴承固定连接，曲柄滑块传力模块与弹簧管架模块通过连杆连接，连杆可在弹簧管架模块的连接板的滑槽的槽口上直线移动，橡胶作用头模块与弹簧管架模块通过连杆连接。

初始应力齿轮调节模块的下端设有纵竖两个齿轮，通过调节旋转阀门使得下端两齿轮转动，并通过连杆带动上部四个齿轮转动，从而带动两侧曲柄滑块传力模块工作。初始应力齿轮调节模块上下两端的齿轮利用连杆调节，该连杆为两根钻有空洞的套筒，通过螺栓调节搞连杆长度。

曲柄滑块传力模块一端与初始应力齿轮调节模块上部外侧齿轮利用轴承固定连接，与齿轮同步转动。曲柄滑块传力模块中滑槽设有滚珠，方便滑块在槽口上的直线运动。曲柄滑块传力模块中滑槽杆设有刻度，可根据弹簧伸缩量标出所夹荷载大小。

弹簧管架模块与曲柄滑块传力模块固定连接，曲柄滑块传力模块的滑块上设有另一端连接弹簧的连杆，可控制弹簧伸缩。弹簧管架模块的弹簧中轴线上设有保护杆，防止弹簧发生过大变形。

橡胶作用头模块与弹簧管架模块固定连接，可通过调节螺栓调整橡胶作用头的水平和竖向位置。橡胶作用头模块内部设有电磁铁，可通过橡胶作用头模块上开关控制其工作状态。

以顶板-U肋试件为例，如图17和图18所示，该试验装置包括旋转阀门部分1，旋转阀门1a，旋转阀门与下部传力齿轮连接杆1b，下部传力齿轮部分2，与连接杆1b固定连接的下部传力齿轮2a，与下部传力齿轮2a垂直向的齿轮2b，初始应力齿轮调节模块调节杆3，调节杆内套筒3a，调节杆外套筒3b，调节螺栓3c，上部传力齿轮4a-4d，上部传力齿轮连接杆4f、4h，上部传力齿轮固定杆4e、4g、4i，上部传力齿轮连接杆固定端头4j-4q，曲柄滑块模块传力杆件5，连接齿轮的传动板5a，另一个传动板5c，固定杆5e、5f、5g，固定端头5b、5d、5h、5i、5j，曲柄滑块模块6，滑杆端头6a，滑杆端杆6b，滑槽杆6c，滑槽滚珠6d，连接杆6f，推杆大端头6g，滑槽杆刻度6h，弹簧管架模块7，通过推杆的弹簧底座7a，推杆7b，推杆小端头7c，弹簧7d，弹簧外罩7e，弹簧底座7f，橡胶作用头模块8，滑槽板8a，滑槽片8b，橡胶作用头外壳8c，电磁铁开关8d，固定螺杆8e、8f，电磁铁8g，挤压橡胶块8h，橡胶头8i，螺母8j。

如图12至图18所示，根据试验所需确定装置安装位置(主要是调整橡胶作用头的位置)，并调整固定螺杆8e长度和滑槽片8b的位置，分别使其固定于滑槽片8b和滑槽板8a上，从而使得橡胶头8i表面紧贴试件表面。调节橡胶作用头模块8使其固定于固定螺杆8e上。打开电磁铁开关8d，使装置吸附于试件上。

如图1至图6所示，根据试验所需施加的轴向力大小，旋转旋转阀门1a，使其带动下部传力齿轮2a、2b转动，继而带动初始应力齿轮调节模块调节杆3和上部传力齿轮4b转动。同时带动上部传力齿轮4a、4c、4d转动。

如图7至图11所示，上部传力齿轮4a、4d通过带动传动板5a和5c调节滑杆端头6a的位置，并推动推杆7b压缩或拉伸弹簧7d。通过滑槽杆6c上刻度6h读出荷载数据。

本发明提出的试验装置通过橡胶作用头传递焊缝横截面初始应力，能够较好地模拟钢桥面板在斜拉索等作用下，焊缝局部区域的实际受力情况，显著提高了试验的效率，降低了试验成本；本发明的装置可对需考虑焊缝横截面初始应力的钢桥面板局部模型试件施加初始应力，为斜拉桥等体系下钢桥面板的受力性能研究提供了切实可行的方法。