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CN114252218A - 钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法及反力加载系统 - Google Patents

钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法及反力加载系统 Download PDF

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CN114252218A CN202111385518.8A CN202111385518A CN114252218A CN 114252218 A CN114252218 A CN 114252218A CN 202111385518 A CN202111385518 A CN 202111385518A CN 114252218 A CN114252218 A CN 114252218A
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蒋相华
吴冲
曾明根
苏庆田
周文骏
杨梓
牛伟迪
李扬帆
闫康健
龚强
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Abstract

本发明涉及一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法及反力加载系统，试验方法包括：预制并准备加载装置的各部件，并准备钢结构部分；构建整体试验构件；设置底部垫梁，并将钢承台固定于底部垫梁上方；吊装，固定连接得到钢混混合结构桥墩整体试验试件在所述钢混混合结构桥墩整体试验试件上设置型钢分配梁，并匹配设置支座垫块，在型钢分配梁的上分配梁和下分配梁之间设置液压式千斤顶；将预应力钢束的两端通过预应力锚具分别锚固于所述上分配梁和钢承台上，构成反力加载系统，通过千斤顶进行加载，直至结构破坏。与现有技术相比，本发明预制化程度高，小体积构件运输方便，且组装过程简易、安全，可用于独柱/双柱等多种结构桥墩。

Description

钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法及反力加载系统
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，尤其是涉及钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法及反力加载系统。
背景技术
目前混合结构桥墩的静力加载试验常用钢结构反力架进行，反力架主要由横梁、立柱、底座、升降系统、液压系统及垫块组成，这些组成部分单体体积大、质量大，运输较困难。在所有部件运输到场地后，利用螺栓连接拼装完成的反力架形态较为固定，须通过立柱与横梁的螺栓连接来改变整体高度，而宽度则无法改变，造成了适用性差，可动性差的缺点。
同时，由于反力架整体形态固定，试验试件放入反力架的过程存在一定的困难，且放入后由于立柱、横梁与底座形成框架结构，操作空间较小，不利于后续贴应变片、拉位移计等工作。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法及反力加载系统，预制化程度高，小体积构件运输方便，且组装过程简易、安全，可用于独柱/双柱等多种结构桥墩。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本技术方案的第一个目的是保护一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，包括以下步骤：
S1：预制并准备加载装置的各部件，并准备钢混混合结构桥墩试验试件中的钢结构部分，所述加载装置包括支座垫块、型钢分配梁、液压式千斤顶、预应力钢束、锚具、钢承台连接件、钢承台与底部垫梁；
S2：制备混凝土承台、立柱与钢混承台连接件，并构建整体试验构件；
S3：设置底部垫梁，并将钢承台固定于底部垫梁上方；
S4：吊装整体试验构件于钢承台上，并在整体试验构件上安装钢结构部分，固定连接得到钢混混合结构桥墩整体试验试件；
S5：在所述钢混混合结构桥墩整体试验试件上设置型钢分配梁，并匹配设置支座垫块，在型钢分配梁的上分配梁和下分配梁之间设置液压式千斤顶；
S6：将预应力钢束的两端通过预应力锚具分别锚固于所述上分配梁和钢承台上，构成反力加载系统，通过千斤顶进行加载，直至结构破坏。
进一步地，S1中，所述钢结构部分包括钢盖梁、钢筋、螺栓、螺帽。
进一步地，S2中，所述构建整体试验构件的过程包括：
绑扎混合结构桥墩内立柱与承台的钢筋为倒“T”形钢筋笼，将倒“T”钢筋笼放于钢混承台连接件中，并立模板浇筑混凝土承台及立柱，待混凝土养护完成后拆模，混凝土承台、立柱与钢混承台连接件形成整体构件。
进一步地，S3中，所述设置底部垫梁的过程为：
将底部垫梁平行间隔放置于地面，将钢承台放于底部垫梁上方且二者长度方向垂直布置，之后移动底部垫梁至钢承台的横隔板位置，通过螺栓将底部垫梁与钢承台固定连接。
进一步地，S4中，包括S4-1：吊装整体试验构件并放置于钢承台上，对齐钢混承台连接件底板的螺栓孔与钢承台顶板的螺栓孔，拧紧螺栓使得钢混承台连接件与钢承台锚固连接。
进一步地，S4中，还包括S4-2：将钢盖梁吊装至混凝土立柱上方对齐放置，并固定连接为钢混混合结构桥墩整体试验试件，钢盖梁的长度方向与钢承台的长度方向一致。
进一步地，S5中，包括：
S5-1：将支座垫块根据加载工况需要，放置于钢盖梁顶板的各隔板位置处；
S5-2：将带竖向加劲肋的型钢分配梁分为上下两部分，其中下分配梁的长度方向平行于钢盖梁长度方向，布置在支座垫块上方，在下分配梁顶板中心处放置垫片及上分配梁，千斤顶顶部依次放置垫片及上分配梁，上分配梁的长度方向垂直于钢盖梁长度方向，且长度方向超出钢盖梁宽度的延伸部分开有圆孔，所述圆孔的孔径小于预应力锚具。
进一步地，S6中，预应力锚具的一端锚固在上分配梁顶部圆孔处，预应力束穿过上分配梁的圆孔与钢承台外侧翼缘的槽口，另一端锚固于钢承台腹板加劲肋的槽口处，整体试验系统形成自反力加载系统。
进一步地，所述混合结构桥墩试验试件为包括独柱墩或双柱墩结构。
本技术方案的第二个目的是保护一种用于钢混混合结构桥墩抗弯承载力试验的反力加载系统，包括上锚固端、下锚固端、预应力钢束、液压式千斤顶，其中具体地：
上锚固端设于静力加载试验装置的上分配梁上；
下锚固端设于静力加载试验装置的钢承台上，钢混混合结构桥墩试验试件设于钢承台与静力加载试验装置的下分配梁之间；
预应力钢束两端分别固定于上锚固端和下锚固端；
液压式千斤顶设于静力加载试验装置的上分配梁与下分配梁之间。
较为关键地，本技术方案还包括以下技术要点：
(1)钢承台放在底部垫梁上方且底部垫梁位于钢承台横隔板附近，更有利于承受上面结构的自重荷载；二者长度方向垂直布置，防止整体试验装置在试验时发生侧翻。
(2)将混合结构桥墩内立柱与承台的倒“T”形钢筋笼放于钢混承台连接件中，并立模板浇筑混凝土承台及立柱；待混凝土养护完成后拆模，混凝土承台、立柱与钢混承台连接件形成整体构件；再将该整体构件放置于钢承台上，对齐钢混承台连接件底板的螺栓孔与钢承台顶板的螺栓孔，拧紧螺栓锚固连接。
(3)盖梁上方有两部分带竖向加劲肋的型钢分配梁，其中下分配梁的长度方向平行于钢盖梁长度方向，布置在支座垫块上方，在下分配梁顶板中心处放置正方形垫片及液压式千斤顶，千斤顶顶部依次放置垫片及上分配梁，上分配梁的长度方向垂直于钢盖梁长度方向，且长于钢盖梁的宽度。这样就通过一对长度方向垂直布置的分配梁，将预应力束及锚固装置布置在了试验试件宽度方向的外侧，不仅安装方便，而且操作空间也更大。
(4)预应力锚具的一端锚固在上分配梁顶部圆孔处(钢盖梁宽度方向的外侧)，预应力束穿过上分配梁的圆孔与钢承台外侧翼缘的槽口，另一端锚固于钢承台腹板加劲肋的槽口处，整体试验装置由此形成自反力加载系统。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
1)本技术方案中的测试钢混混合结构桥墩抗弯承载力的方法中，试验系统预制程度高，小体积构件运输方便，且组装过程简易、安全性优异。
2)本技术方案中的测试钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法可用于独柱/双柱等多种结构桥墩，适用性好。
3)本技术方案中的测试钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法使得试验过程中操作空间大，可通过简易操作更换试验试件反复进行试验。
附图说明
图1为本技术方案中双柱桥墩实验系统立面布置图；
图2为本技术方案中独柱桥墩实验系统立面布置图；
图3为本技术方案中独柱/双柱桥墩实验系统侧面布置图；
图4为本技术方案中以钢混承台连接件为模板浇筑混凝土立柱与承台的结构示意图；
图5为本技术方案中安装钢承台与底部垫梁的结构示意图；
图6为本技术方案中安装试验装置于钢承台上的结构示意图。
图中：1、钢垫梁，2、钢承台，3、钢混承台连接件，4、支座垫块，5、钢盖梁，6、下分配梁，7、液压式千斤顶，8、上分配梁，9、预应力锚具，10、预应力束，11、混凝土立柱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
从研发基础构思上，本技术方案中利用反力架进行大型构件的压弯试验主要步骤为：(1)预制、运输反力架各组成部分至试验场地并拼装成完整反力架结构，(2)调节横梁高度并将试验试件放在底座上，再将液压系统依据加载工况放在试验试件指定位置处，通过调节横梁高度及升降系统将试验试件与液压系统固定，并进行抗弯承载力试验。
本发明测试混凝土开裂情况下的焊钉抗剪承载力的试验方法，包括如下步骤：
(1)预制并准备支座垫块、型钢分配梁、液压式千斤顶、预应力钢束、锚具、钢混承台连接件、钢承台与底部垫梁等加载装置，以及混合结构桥墩试验试件中的钢盖梁、钢筋、螺栓、螺帽等钢结构部分。
(2)绑扎混合结构桥墩内立柱与承台的钢筋成倒“T”形钢筋笼，将钢筋笼放于钢混承台连接件中，并立模板浇筑混凝土承台及立柱。待混凝土养护完成后拆模，混凝土承台、立柱与钢混承台连接件形成整体构件。
(3)将底部垫梁平行间隔放置于地面，将钢承台放于底部垫梁上方且二者长度方向垂直布置，移动底部垫梁至钢承台横隔板附近，对齐垫梁顶板螺栓孔与钢承台底板螺栓孔，拧紧螺栓锚固连接。
(4)吊装混凝土立柱、承台及钢混承台连接件整体结构并放置于钢承台上，对齐钢混承台连接件底板的螺栓孔与钢承台顶板的螺栓孔，拧紧螺栓锚固连接。将钢盖梁吊装至混凝土立柱上方对齐放置，固定连接为混合结构桥墩整体试验试件，钢盖梁的长度方向与钢承台的长度方向一致。
(5)将支座垫块依照加载工况需要，放置于钢盖梁顶板各隔板位置处，将带竖向加劲肋的型钢分配梁分为上下两部分，其中下分配梁的长度方向平行于钢盖梁长度方向，布置在支座垫块上方，在下分配梁顶板中心处放置正方形垫片及液压式千斤顶，液压式千斤顶顶部依次放置垫片及上分配梁，上分配梁的长度方向垂直于钢盖梁长度方向，且长度方向超出钢盖梁宽度的部分开有圆孔，孔径略小于预应力锚具。
(6)最后，预应力锚具的一端锚固在上分配梁顶部圆孔处，预应力束穿过上分配梁的圆孔与钢承台外侧翼缘的槽口，另一端锚固于钢承台腹板加劲肋的槽口处，整体实验系统由此形成自反力加载系统，并通过千斤顶进行加载，直至结构破坏。
本实施例中的用于钢混混合结构桥墩抗弯承载力试验的反力加载系统，包括上锚固端、下锚固端、预应力钢束10、液压式千斤顶7，其中具体地参见图1至图6。
上锚固端设于静力加载试验装置的上分配梁8上；下锚固端设于静力加载试验装置的钢承台2上，钢混混合结构桥墩试验试件设于钢承台2与静力加载试验装置的下分配梁6之间；预应力钢束10两端分别固定于上锚固端和下锚固端；液压式千斤顶7设于静力加载试验装置的上分配梁8与下分配梁6之间。
本实施例中下分配梁放置于支座垫块上方，其长度方向与钢盖梁长度方向一致。上分配梁的长度方向垂直于钢盖梁长度方向，且其长度超出钢盖梁宽度的部分开有圆孔，孔径略小于预应力锚具。预应力锚具一端锚固在上分配梁顶板圆孔处，预应力束穿过上分配梁的圆孔及钢承台外侧翼缘的槽口，另一端锚固在钢承台腹板加劲肋的槽口处。
本技术方案中混合结构桥墩静力加载试验装置最下方是型钢垫梁1，型钢垫梁1布置在钢承台2的横隔板下方，二者通过螺栓锚固连接，螺栓锚长度方向垂直于钢承台的长度方向，且长度远长于钢承台的宽度，以防整体结构在试验中侧翻。钢承台2采用H型钢翼缘对接焊接而成，腹板1/3高度位置处焊有纵向加劲肋，且设有多道横隔板。横隔板附近的底板处开有小孔并通过螺栓锚固连接底部垫梁，钢承台2的顶板靠近腹板位置处也开有小孔，并通过螺栓锚固连接上方钢混承台连接件3，钢承台2的顶板外侧翼缘及腹板纵向加劲开有多个半圆形槽口，孔径略小于预应力锚具，用于穿过预应力钢束。钢承台2上方是钢混承台连接件3，该连接件是采用四块钢板在矩形底板的中心区域焊接而成的无盖长方体结构，结构底面及箱体的内侧焊有焊钉，以该无盖长方体结构为模板浇筑得到混凝土承台；箱体外侧焊有牛腿加劲，钢承台2的底板位于箱体外侧的部分开有小孔，与钢承台2的顶板处的小孔一一对应，并通过螺栓锚固连接。
本技术方案中混合结构桥墩试验试件底部与钢混承台连接件3相连，顶部则有正方形的支座垫块4，放置于钢盖梁5顶板各隔板位置处，模拟实际结构传力作用。带竖向加劲的型钢分配梁分为上下两部分，其中下分配梁6的长度方向平行于钢盖梁5长度方向，布置在支座垫块4上方，在下分配梁6顶板中心处放置正方形垫片及液压式千斤顶7，液压式千斤顶7顶部依次放置垫片及上分配梁8，上分配梁8的长度方向垂直于钢盖梁5长度方向，且上分配梁8长度方向超出钢盖梁5宽度的部分开有圆孔，孔径略小于预应力锚具9。最后，预应力锚具9的一端锚固在上分配梁8顶部圆孔处，预应力钢束10穿过上分配梁8的圆孔与钢承台2外侧翼缘的槽口，另一端锚固于钢承台2腹板加劲肋的槽口处，整体试验装置由此形成自反力加载系统，并通过千斤顶进行加载。
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发明。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，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预制并准备加载装置的各部件，并准备钢混混合结构桥墩试验试件中的钢结构部分，所述加载装置包括支座垫块、型钢分配梁、液压式千斤顶、预应力钢束、锚具、钢承台连接件、钢承台与底部垫梁；
S2：制备混凝土承台、立柱与钢混承台连接件，并构建整体试验构件；
S3：设置底部垫梁，并将钢承台固定于底部垫梁上方；
S4：吊装整体试验构件于钢承台上，并在整体试验构件上安装钢结构部分，固定连接得到钢混混合结构桥墩整体试验试件；
S5：在所述钢混混合结构桥墩整体试验试件上设置型钢分配梁，并匹配设置支座垫块，在型钢分配梁的上分配梁和下分配梁之间设置液压式千斤顶；
S6：将预应力钢束的两端通过预应力锚具分别锚固于所述上分配梁和钢承台上，构成反力加载系统，通过千斤顶进行加载，直至结构破坏。
2.根据权利要求1所述的一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，S1中，所述钢结构部分包括钢盖梁、钢筋、螺栓、螺帽。
3.根据权利要求1所述的一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，S2中，所述构建整体试验构件的过程包括：
绑扎混合结构桥墩内立柱与承台的钢筋为倒“T”形钢筋笼，将倒“T”钢筋笼放于钢混承台连接件中，并立模板浇筑混凝土承台及立柱，待混凝土养护完成后拆模，混凝土承台、立柱与钢混承台连接件形成整体构件。
4.根据权利要求1所述的一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，S3中，所述设置底部垫梁的过程为：
将底部垫梁平行间隔放置于地面，将钢承台放于底部垫梁上方且二者长度方向垂直布置，之后移动底部垫梁至钢承台的横隔板位置，通过螺栓将底部垫梁与钢承台固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，S4中，包括S4-1：吊装整体试验构件并放置于钢承台上，对齐钢混承台连接件底板的螺栓孔与钢承台顶板的螺栓孔，拧紧螺栓使得钢混承台连接件与钢承台锚固连接。
6.根据权利要求5所述的一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，S4中，还包括S4-2：将钢盖梁吊装至混凝土立柱上方对齐放置，并固定连接为钢混混合结构桥墩整体试验试件，钢盖梁的长度方向与钢承台的长度方向一致。
7.根据权利要求1所述的一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，S5中，包括：
S5-1：将支座垫块根据加载工况需要，放置于钢盖梁顶板的各隔板位置处；
S5-2：将带竖向加劲肋的型钢分配梁分为上下两部分，其中下分配梁的长度方向平行于钢盖梁长度方向，布置在支座垫块上方，在下分配梁顶板中心处放置垫片及上分配梁，千斤顶顶部依次放置垫片及上分配梁，上分配梁的长度方向垂直于钢盖梁长度方向，且长度方向超出钢盖梁宽度的延伸部分开有圆孔，所述圆孔的孔径小于预应力锚具。
8.根据权利要求1所述的一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，S6中，预应力锚具的一端锚固在上分配梁顶部圆孔处，预应力束穿过上分配梁的圆孔与钢承台外侧翼缘的槽口，另一端锚固于钢承台腹板加劲肋的槽口处，整体试验系统形成自反力加载系统。
9.根据权利要求2所述的一种钢混混合结构桥墩抗弯承载力的试验方法，其特征在于，所述混合结构桥墩试验试件为包括独柱墩或双柱墩结构。
10.一种用于钢混混合结构桥墩抗弯承载力的反力加载系统，其特征在于，包括：
上锚固端，设于静力加载试验装置的上分配梁(8)上；
下锚固端，设于静力加载试验装置的钢承台(2)上，钢混混合结构桥墩试验试件设于钢承台(2)与静力加载试验装置的下分配梁(6)之间；
预应力钢束(10)，其两端分别固定于上锚固端和下锚固端；
液压式千斤顶(7)，设于静力加载试验装置的上分配梁(8)与下分配梁(6)之间。
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