检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置及检测方法，包括框架，所述框架相对应两侧均设有边界条件模拟系统、底部设有位移传感器固定装置，所述框架上还设有拍摄系统。检测方法包括步骤：(1)钢桥面板试件的固定及压力传感片的布置；(2)浇筑铺装层；(3)预加载实现边界条件的模拟；(4)设置位移传感器；(5)设置拍摄系统；(6)连接应力记录仪并加载；(7)铺装层应力扩展角度的计算。本发明专利技术的试件固定装置及检测方法能够根据实桥约束条件实现对小型钢桥面板与铺装试件边界条件的模拟，实现对铺装层应力扩散角度的检测，为钢桥结构及铺装层的优化设计提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置及检测方法
本专利技术属于检测装置领域，特别涉及一种检测铺装层应力扩展角度的固定装置及检测方法。
技术介绍
铺装层是钢桥桥面系的主要组成部分之一，除保证行车的舒适性以外，还起到保护钢桥面板免遭雨水侵蚀的作用。由于焊接残余应力、焊接缺陷、车轮荷载反复作用等因素的影响，钢桥面板极易产生疲劳病害，其中疲劳开裂是病害的主要表现形式。钢桥面板疲劳问题影响因素众多，铺装层是不可忽略的因素之一。铺装层使钢桥面板免受车轮荷载的直接作用，其较厚的结构层还起到一定的分散车轮荷载应力的作用，及车轮荷载通过铺装层可以更为均匀地传递给钢桥面板，避免局部应力集中。目前对钢桥面板疲劳问题的应对措施之一便是增加钢桥面板的厚度，但这导致了桥梁结构的笨重，对于大跨径、超大跨径钢结构桥梁而言，更是如此。若充分考虑铺装层的改善作用，在钢桥设计时即可减小钢桥面板的厚度以进一步优化设计的经济性与适用性，避免对资源的浪费。车轮荷载在铺装层内的传递路径(通常用应力扩展角度表征)是设计时的重要参考指标之一。但对于车轮荷载在铺装层内的扩展角度，尚无统一的参考标准及可靠的试验结果。例如，欧洲Eurocode设计规范建议的应力扩展角度为45°，英国BS5400设计规范建议的应力扩展角度近似为26.5°，而我国的《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)等规范则未给出相应的建议值。鉴于没有统一的参考标准，我国在钢桥设计时仍仅将铺装层作为桥梁结构恒载的一部分来考虑，而忽略了铺装层对桥梁结构疲劳性能的影响。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置及检测方法，能够对钢桥面板与铺装层耦合试件进行固定，并进一步考虑铺装层弹性模量改变对试件边界条件的影响，实现实际桥梁荷载作用环境下铺装层内部应力扩展的模拟，为研究铺装层对钢桥面板疲劳性能的影响提供试验资料，为大跨径、超大跨径钢桥结构的优化设计提供参考。技术方案：本专利技术的检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置，包括框架，所述框架相对应两侧均设有边界条件模拟系统、底部设有位移传感器固定装置，所述框架上还设有拍摄系统。所述框架为组合式承力框架，由若干可拆卸的钢条组成，各钢条之间通过高强螺栓连接，所述的钢条上等间距分布有螺栓孔。所述边界条件模拟系统包括第一滑动装置、能够沿所述第一滑动装置运动并能够模拟铺装层和钢桥面板试件边界条件的铺装层边界条件模拟组件和钢桥面板边界条件模拟组件。所述位移传感器固定装置包括第二滑动装置、能够沿所述第二滑动装置水平运动的固定机构。为保证检测的真实性，通过边界条件模拟系统模拟真实条件，并通过位移传感器对其位移的测定，实现铺装层应力扩展角度的检测。其中，所述铺装层边界条件模拟组件包括能够与铺装层粘接的若干层粘接板、与各所述粘接板连接的传力板、能够使所述传力板保持竖直的限位组件；所述限位组件包括弹性件、通过所述弹性件与传力板连接的液压装置，液压装置为阵列式的小型液压杆，所述小型液压杆通过移动硬件上的客户端控制，以达到对弹性件施加初始拉力的目的。其中，所述粘结板材料可为FRP材料、钢材、复合橡胶材料等抗拉强度较大的材料，所述粘结板表面可经处理以增大粗糙度，以增强与铺装层的粘接力度。为了进一步保证铺装层边界条件模拟的真实性，所述传力板与各粘接板之间通过插销式连接件连接，所述插销式连接件包括设于所述传力板上的若干弧形卡扣、设于各所述粘接板侧边并能够与所述弧形卡扣配合使用的凸缘。其中，第一滑动装置包括设于所述框架上的滑槽、与所述滑槽匹配的第一滑块，所述滑槽与框架通过螺栓连接，所述第一滑块通过与传力板平行设置的竖板与铺装层边界条件模拟组件和钢桥面板边界条件模拟组件连接，且阵列式的液压杆穿设过竖板与弹性件连接。其中，所述钢桥面板边界模拟组件包括能够夹持钢桥面板试件的夹持机构，钢桥面板试件可为横隔板-顶板焊缝、横隔板-U肋-顶板焊缝、纯钢板试件等。为了满足不同厚度钢板的需要，所述夹持机构包括夹持厚度可调节的上夹板和下夹板，其中，所述上夹板和下夹板侧边分别与所述竖板连接，且所述下夹板能够相对竖板滑动来调节上夹板与下夹板之间的距离。所述上、下夹板设有与钢桥面板上预留的螺栓孔内径相配合螺栓孔，并通过高强螺栓使上、下夹板与钢桥面板之间紧密贴合。其中，所述固定机构包括竖向设置的若干传感器固定磁铁、与各所述传感器固定磁铁同极相对的限位磁铁，且各传感器固定磁铁均穿设有能够使其保持竖直的限位板，所述限位板包括两个并平行设置，各所述限位板开设的用于传感器固定磁铁穿设的圆孔内径略大于传感器固定磁铁的直径。通过磁悬浮原理使上方的传感器固定磁铁群上浮一段距离，以保证在放置位移传感器时，位移传感器底部下方的传感器固定磁铁能够下移，并通过周围无位移变化的位移传感器磁铁实现对位移传感器的固定。其中，第二滑动装置包括设于所述框架底部的滑轨、能够相对所述滑轨滑动的第二滑块，所述滑槽与框架通过螺栓连接，所述第二滑块通过底座与固定机构连接，且限位板、限位磁铁底部与底座固定连接。为了满足不同位置的拍摄，所述拍摄系统包括拍摄设备夹持端、能够调整拍摄设备角度的转动台和能够调整拍摄设备长度的伸缩杆。其中，所述拍摄设备夹持端内部设有橡胶垫，所述伸缩杆可自由改变长度；所述转动台设有角度调整旋钮，可实现拍照设备在平面内的转动并固定位置。基于上述固定装置的检测方法，包括以下步骤：(1)钢桥面板试件的固定(1-1)将纯钢桥面板试件置于钢桥面板夹持机构的上、下夹板之间，使面板两端的螺栓孔与上、下夹板上的螺栓孔的圆心重合。在螺栓孔内置入高强螺栓并拧紧，使上、下夹板与纯钢桥面板试件的面板之间紧密贴合。(1-2)压力传感片的布置考虑到规范规定的45°扩散角，偏保守地假设铺装层的真实扩散角为60°，依据《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)规定的疲劳轮载模型的单轮接地面积(200mm×300mm)，选定加载区域宽度为300mm，由此得到所布置最左侧与最右侧压力传感片间的距离不低于300+2Tsin60°(mm)。用笔在试件表面绘制压力传感片布置位置示意线，即：先绘制三条与试件长边方向平行的线，确保三条线将试件的短边四等分；绘制试件长边的对称轴线；以对称轴线为中心，向两侧等间距绘制与试件短边平行的线(间距10mm)，直至最外侧线间的距离超过300+2Tsin60°(mm)。(1-3)粘贴压力传感片利用胶水将压力传感片粘贴在钢桥面板表面，使传感器的中心与横线、纵线的交点重合，粘贴完成后将压力传感片的导线与应力记录仪的导线相连，并用胶带临时固定在承力支架上，防止扯动。(2)浇筑铺装层采用分层浇注的方式实现沥青铺装层的浇筑成型。首先，在试件四周设置临时模板，并通过夹持器将模板固定于试件上；其次，浇筑第一层铺装层，第一层铺装层的厚度与最下层粘结板的高度相平齐；然后，在最下方的粘结板表面涂抹粘结剂(如环氧树脂)，然后将站街板与传力板固定连接，涂抹完成后浇筑第二层(中间层)沥青铺装层，该层铺装层的厚度等同于最下方与中间位置两粘结板的间距；浇筑完成后在中间铺装层粘结板的表面涂抹粘结剂；接下来，浇筑第三层沥青铺装层，该铺装层的厚度与中间层的铺装层厚度一致，并在最上方粘结板的表面涂抹粘结剂；最后，浇筑第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置，其特征在于：包括框架(1)，所述框架(1)相对应两侧均设有边界条件模拟系统(2)、底部设有位移传感器固定装置(3)，所述框架(1)上还设有拍摄系统(4)；所述边界条件模拟系统(2)包括第一滑动装置(21)、能够沿所述第一滑动装置(21)运动并能够模拟铺装层(5)和钢桥面板试件(6)边界条件的铺装层边界条件模拟组件(22)和钢桥面板边界条件模拟组件(23)；所述位移传感器固定装置(3)包括第二滑动装置(31)、能够沿所述第二滑动装置(31)水平运动的固定机构(32)。

【技术特征摘要】
1.一种检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置，其特征在于：包括框架(1)，所述框架(1)相对应两侧均设有边界条件模拟系统(2)、底部设有位移传感器固定装置(3)，所述框架(1)上还设有拍摄系统(4)；所述边界条件模拟系统(2)包括第一滑动装置(21)、能够沿所述第一滑动装置(21)运动并能够模拟铺装层(5)和钢桥面板试件(6)边界条件的铺装层边界条件模拟组件(22)和钢桥面板边界条件模拟组件(23)；所述位移传感器固定装置(3)包括第二滑动装置(31)、能够沿所述第二滑动装置(31)水平运动的固定机构(32)。2.根据权利要求1所述的检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置，其特征在于：所述铺装层边界条件模拟组件(22)包括能够与铺装层(5)粘接的若干层粘接板(221)、与各所述粘接板(221)连接的传力板(222)、能够使所述传力板(222)保持竖直的限位组件(223)。3.根据权利要求2所述的检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置，其特征在于：所述限位组件(223)包括弹性件(2231)、通过所述弹性件(2231)与传力板(222)连接的液压装置(2232)。4.根据权利要求2所述的检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置，其特征在于：所述传力板(222)与各粘接板(221)之间通过插销式连接件(224)连接。5.根据权利要求4所述的检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置，其特征在于：所述插销式连接件(224)包括设于所述传力板(222)上的若干弧形卡扣(2241)、设于各所述粘接板(221)侧边并能够与所述弧形卡扣(2241)配合使用的凸缘(2242)。6.根据权利要求1所述的检测铺装层应力扩展角度的试件固定装置，其特征在于：所述钢桥面板边界模拟组件(23)包括能够夹持钢桥面板...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉伯海，王秋东，王昊，傅中秋，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32