一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统及其实施方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统及其实施方法，包括：锚固在地锚系统之上的反力墙，安装在反力墙后的千斤顶，安装在模型加载端的加载梁，所述的千斤顶和加载梁通过横向加载钢绞线进行连接，还包括用于传递荷载用的加载垫块、分载板；用于防止加载位置偏离和保证实验安全的安全限位装置和安全保护装置，所述的反力墙、千斤顶、横向加载钢绞线、加载梁组成自平衡加载框架；试验模型安装在分载板与反力墙之间。本发明专利技术优点在于：以张拉横向钢绞线的方式实现加载，并且可以通过施加偏心轴力的方式实现正负弯矩和轴力的加载，加载力大，安装方便，操作简单，适用于室内及室外模型试验，满足工程实践及科研工作所需要的荷载条件。

A large tonnage cantilever self balance test loading system and its implementation method

The invention discloses a large tonnage cantilever type self balance test loading system and an implementation method thereof, which comprises: a reaction wall anchored on the ground anchor system, a jack installed behind the reaction wall, a loading beam installed on the loading end of the model, the jack and the loading beam are connected by a transverse loading steel strand, and also comprises a loading pad block and a load distributing plate for transferring the load; The safety limit device and safety protection device for preventing the loading position from deviating and ensuring the safety of the experiment. The reaction wall, Jack, transverse loading steel strand and loading beam constitute a self balanced loading frame; the test model is installed between the sub load plate and the reaction wall. The invention has the advantages that: the loading is realized by tensioning the transverse steel strand, and the loading of positive and negative bending moment and axial force can be realized by applying the eccentric axial force, the loading force is large, the installation is convenient, the operation is simple, it is suitable for indoor and outdoor model test, and meets the load conditions required by the engineering practice and scientific research work.

【技术实现步骤摘要】
一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统及其实施方法
本专利技术涉及自平衡试验
，特别涉及一种桥梁主梁、桥墩、主塔等内力较大的钢-混结构或混凝土结构的模型试验加载系统，还涉及该大吨位自平衡试验加载系统的实施方法。
技术介绍
近年来，我国公路和铁路线路里程迅猛增长，桥梁的数量也随之增加。据我国《2018年交通运输行业发展统计公报》显示，年末全国公路桥梁85.15万座，高铁桥梁总里程超过1.13万公里。桥梁作为国家重要的基础设施，在复杂多变的自然环境中长期服役，其可靠性、耐久性及安全性是桥梁设计及运营阶段关注的焦点。探明重要的桥梁结构在荷载作用下的受力性能、变形性能、传力机理、承载能力等是保障桥梁结构可靠性、耐久性及安全性的重要步骤。同时，采用新材料、新方法、新工艺设计制造的桥梁结构其力学性能也需要进一步研究，而能够表征桥梁结构全部或部分特征的足尺或缩尺模型试验是探明结构力学反应的重要手段之一，也是基础理论研究或论证重点工程设计合理性简单、直接、有效的方法之一。然而对于桥梁结构，尤其是大跨度桥梁结构而言，结构本身往往体量较大，且承受着巨大的内力，如何有效实现桥梁结构工作状态加载仍然是模型试验面临的技术难题。现有的试验设备和技术水平主要存在如下一些问题：(1)加载能力有限，难以达到模拟大比例或足尺试验模型受力状态所需的加载力；由于加载能力的限制而采用小比例模型试验时，模型的失真程度将会加剧；(2)由于加载力巨大，每次试验往往需要制作多个的反力装置，制作成本高；(3)模型常采用简支支撑等类型的支撑方式，模型受支座的影响较大；(4)传统加载系统采用独立的方式施加轴力和弯矩，所需加载装置和反力装置均较多，试验费用较高。综上所述，提供一种加载能力大，安装便捷、试验效率高的试验系统对承受较大内力的重要桥梁结构试件进行加载具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术面临的问题，提供了一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统及其实施方法，解决了现有技术中存在的缺陷。为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统，包括：锚具1、加载梁2、加载垫块3、分载板4、横向加载钢绞线5、模型6、反力墙7、竖向锚固预应力筋8、千斤顶9、千斤顶油泵9-1、地锚系统10、钢垫板11、第一竖向千斤顶12、竖向加载钢绞线13、第二竖向千斤顶14、支座15、安全限位装置16和安全保护装置17；所述反力墙7设置在地锚系统10之上，竖向锚固预应力筋8贯穿过反力墙7和地锚系统10，竖向锚固预应力筋8的两端设有锚具1用于固定反力墙7；反力墙7前端安装模型6，后端安装千斤顶9；反力墙7与千斤顶9接触位置预埋有钢垫板11；以避免千斤顶在混凝土中产生过大的局部应力；所述分载板4一面与模型6连接，另一面安装加载垫块3，一个加载垫块3与一根加载梁2焊接；模型6安装在分载板4与反力墙7之间；加载垫块3焊接在加载梁2中部，加载梁2中心与分载垫块3对齐。分载垫块3与分载板4的相对位置应根据模型6所受的弯矩进行确定，弯矩通过施加偏心轴力获得；第一竖向千斤顶12安装在模型6顶面并通过张拉一端锚固在地锚系统10上的竖向加载钢绞线13对模型6施加向下的剪力，第一竖向千斤顶12仅在需要对模型提供向下的剪力时安装；支座15设置在地锚系统10上，第二竖向千斤顶14安装支座15上并接触模型6底面，用以对模型6提供向上的剪力，支座15的高度可根据模型(6)的最小离地间隙和第二竖向千斤顶(14)的高度进行确定，第二竖向千斤顶14仅在需要对模型提供向上的剪力时安装；横向加载钢绞线5两端通过锚具1分别锚固在加载梁2和千斤顶9上，并沿横向加载钢绞线5长度方向每隔1m安装1个安全保护装置17，防止意外情况下横向加载钢绞线5中的高强钢绞线断裂弹出而威胁试验安全。进一步地，反力墙7为现浇钢筋混凝土墙，其尺寸根据模型尺寸及加载力大小进行确定，反力墙7沿模型6长度方向及竖向分别预留有供横向加载钢绞线5及竖向锚固预应力筋8通过的孔道。进一步地，模型6为混凝土试件或钢-混结合试件，且试件6与反力墙7一同浇筑，形成整体。当模型6为钢-混结合试件时，模型6左端为钢结构、右端为混凝土，分载板4为加劲厚钢板，且与模型6左端焊接成为整体；当模型6为混凝土结构时，分载板4为钢筋混凝土厚板，且与模型6浇筑在一起。进一步地，横向加载钢绞线5、竖向锚固预应力筋8、竖向加载钢绞线13均由直径15.2mm的高强钢绞线组成，单根高强钢绞线理论上最大可承受25.8t的力，所使用的高强钢绞线根数应根据加载力确定。进一步地，加载系统所使用的锚具1具有不同规格，根据所使用的横向加载钢绞线5、预应力筋8和竖向加载钢绞线13的根数确定。位于不同位置的加载梁2具有不同尺寸；加载梁2采用厚钢板制作，为加劲箱形截面，其承载能力应进行专门计算。加载梁2两端均各开有一个圆孔，供横向加载钢绞线5穿过和锚固。进一步地，分载板4与加载垫块3接触位置附近设置有安全限位装置16，防止分载板4与加载垫块3产生过大的相对滑动而产生危险。进一步地，安全限位装置16由四根矩形钢条组成，当模型6为混凝土试件时，安全限位装置16焊接在分载板4中的预埋件中，当模型6为钢-混结合试件时，安全限位装置16直接焊接在分载板4上。进一步地，单个加载梁2与两台同规格的千斤顶9相连。千斤顶9中心位置与加载梁2两端圆孔的中心位置重合，且通过脚手架固定位置。进一步地，与单根加载梁2相连的两台千斤顶9通过同一台千斤顶油泵9-1进行同步控制，两台千斤顶9为加载梁2提供的加载力相同，单根加载梁2提供2倍千斤顶9加载能力的力。所需加载梁2的数量及规格应根据试验所需进行设计。所需千斤顶9的数量为加载梁2数量的2倍。通过单根加载梁2施加的力的大小应根据计算获得。进一步地，横向加载钢绞线5长度可根据模型长度进行调整，可适应不同尺寸的模型。本专利技术还公开了一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统的实施方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，在预定位置搭设支架，安装模型6的模板以及反力墙7的模板；步骤2，绑扎钢筋，在模型6内预留供竖向加载钢绞线13通过的孔道，在反力墙7内预留供横向加载钢绞线5及竖向锚固预应力筋8通过的孔道；步骤3，浇筑模型6及反力墙7；步骤4，养护完成后，张拉竖向锚固预应力筋8，以将反力墙7固定在地锚系统10上，锚固完成后拆除支架及模板；步骤5，在分载板4上定位加载位置，并在加载位置四周安装安全限位装置16；步骤6，将加载垫块3焊接在加载梁2上，将每个加载梁2吊装到预定位置后固定在在脚手架平台上；步骤7，安装千斤顶9，并用脚手架将其固定在相应位置上，与单根加载梁2连接的2台千斤顶采用同一台千斤顶油泵9-1进行驱动；步骤8，横向加载钢绞线5依次穿过加载梁2、模型6、反力墙7、千斤顶9后，两端分别锚固在千斤顶9及加载梁2上，并沿横向加载钢绞线5长度方向每隔1m安装1个安全保护装置17；步骤9，调试加载系统根据加载工况启动相对应的千斤顶9及第一竖向千斤顶12或第二竖向千斤顶14为模型6施加荷载。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)仅需在一侧浇筑反力墙，且与模型一同浇筑，大大减少了试验加载所需的反力装置或支撑装置；(2)对模型的一端进行加载就能实现弯矩、剪力、轴力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统，其特征在于，包括：锚具(1)、加载梁(2)、加载垫块(3)、分载板(4)、横向加载钢绞线(5)、模型(6)、反力墙(7)、竖向锚固预应力筋(8)、千斤顶(9)、地锚系统(10)、钢垫板(11)、第一竖向千斤顶(12)、竖向加载钢绞线(13)、第二竖向千斤顶(14)、支座(15)和安全限位装置(16)和安全保护装置(17)；所述反力墙(7)设置在地锚系统(10)之上，竖向锚固预应力筋(8)贯穿过反力墙(7)和地锚系统(10)，竖向锚固预应力筋(8)的两端设有锚具(1)用于固定反力墙(7)；反力墙(7)前端安装模型(6)，后端安装千斤顶(9)；反力墙(7)与千斤顶(9)接触位置预埋有钢垫板(11)，以避免千斤顶在混凝土中产生过大的局部应力；所述分载板(4)一面与模型(6)连接，另一面安装加载垫块(3)，一个加载垫块(3)与一根加载梁(2)焊接；模型(6)安装在分载板(4)与反力墙(7)之间；所述分载板(4)所起的作用在于将千斤顶施加的集中力分散到模型中，以模拟原始结构实际的受力状态；所述的加载垫块(3)为矩形厚钢板，厚度为40mm～60mm；加载垫块(3)焊接在加载梁(2)中部，加载梁(2)中心与分载垫块(3)对齐；分载垫块(3)与分载板(4)的相对位置应根据模型(6)所受的弯矩进行确定，模型(6)所受弯矩通过施加偏心轴力获得；第一竖向千斤顶(12)安装在模型(6)顶面并通过张拉一端锚固在地锚系统(10)上的竖向加载钢绞线(13)对模型(6)施加向下的剪力；支座(15)设置在地锚系统(10)上，其高度可根据模型(6)的最小离地间隙和第二竖向千斤顶(14)的高度进行确定，第二竖向千斤顶(14)安装在支座(15)上并接触模型(6)的底面，用以提供向上的剪力；横向加载钢绞线(5)两端通过锚具(1)分别锚固在加载梁(2)和千斤顶(9)上；圆形的安全限位装置(17)由螺纹钢筋制作而成，沿横向加载钢绞线(5)长度方向每1m布置一个，将横向加载钢绞线(5)卡住并限制在装置内，防止意外情况下横向加载钢绞线(5)中的高强钢绞线断裂弹出而威胁试验安全。...

【技术特征摘要】
1.一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统，其特征在于，包括：锚具(1)、加载梁(2)、加载垫块(3)、分载板(4)、横向加载钢绞线(5)、模型(6)、反力墙(7)、竖向锚固预应力筋(8)、千斤顶(9)、地锚系统(10)、钢垫板(11)、第一竖向千斤顶(12)、竖向加载钢绞线(13)、第二竖向千斤顶(14)、支座(15)和安全限位装置(16)和安全保护装置(17)；所述反力墙(7)设置在地锚系统(10)之上，竖向锚固预应力筋(8)贯穿过反力墙(7)和地锚系统(10)，竖向锚固预应力筋(8)的两端设有锚具(1)用于固定反力墙(7)；反力墙(7)前端安装模型(6)，后端安装千斤顶(9)；反力墙(7)与千斤顶(9)接触位置预埋有钢垫板(11)，以避免千斤顶在混凝土中产生过大的局部应力；所述分载板(4)一面与模型(6)连接，另一面安装加载垫块(3)，一个加载垫块(3)与一根加载梁(2)焊接；模型(6)安装在分载板(4)与反力墙(7)之间；所述分载板(4)所起的作用在于将千斤顶施加的集中力分散到模型中，以模拟原始结构实际的受力状态；所述的加载垫块(3)为矩形厚钢板，厚度为40mm～60mm；加载垫块(3)焊接在加载梁(2)中部，加载梁(2)中心与分载垫块(3)对齐；分载垫块(3)与分载板(4)的相对位置应根据模型(6)所受的弯矩进行确定，模型(6)所受弯矩通过施加偏心轴力获得；第一竖向千斤顶(12)安装在模型(6)顶面并通过张拉一端锚固在地锚系统(10)上的竖向加载钢绞线(13)对模型(6)施加向下的剪力；支座(15)设置在地锚系统(10)上，其高度可根据模型(6)的最小离地间隙和第二竖向千斤顶(14)的高度进行确定，第二竖向千斤顶(14)安装在支座(15)上并接触模型(6)的底面，用以提供向上的剪力；横向加载钢绞线(5)两端通过锚具(1)分别锚固在加载梁(2)和千斤顶(9)上；圆形的安全限位装置(17)由螺纹钢筋制作而成，沿横向加载钢绞线(5)长度方向每1m布置一个，将横向加载钢绞线(5)卡住并限制在装置内，防止意外情况下横向加载钢绞线(5)中的高强钢绞线断裂弹出而威胁试验安全。2.根据权利要求1所述的一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统，其特征在于：反力墙(7)为现浇钢筋混凝土墙，其尺寸根据模型尺寸及加载力大小进行确定，反力墙(7)沿模型(6)长度方向及竖向分别预留有供横向加载钢绞线(5)及竖向锚固预应力筋(8)通过的孔道。3.根据权利要求2所述的一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统，其特征在于：模型(6)为混凝土试件或钢-混结合试件，且试件(6)与反力墙(7)一同浇筑，形成整体；当模型(6)为钢-混结合试件时，模型(6)左端为钢结构、右端为混凝土，分载板(4)为加劲厚钢板，且与模型(6)左端焊接成为整体；当模型(6)为混凝土结构时，分载板(4)为钢筋混凝土厚板，且与模型(6)浇筑在一起。4.根据权利要求3所述的一种大吨位悬臂式自平衡试验加载系统，其特征在于：加载系统所使用的锚具(1)具有不同规格，根据所使用的横向加载钢绞线(5)、竖向锚固预应力筋(8)和竖向加载钢绞线(13)的根数确定；位于不同位置的加载梁(2)具有不同尺寸；加载梁(2)采用厚钢板制作，为加劲箱形截面，其承载能力应进行专门计算；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨仕力，蒲黔辉，施洲，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51