CN102914470B - 一种用于混凝土试件梁刚度试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁工程领域，具体涉及一种用于混凝土试件梁刚度试验装置及其试验方法，用于推断出桥梁结构的名义刚度EI。其具体方案如下：首先在试件梁两端上表面垂直固定钢牛腿，在试件梁和钢牛腿上分别设置纵向预应力钢筋，并在钢牛腿和试件梁上设置贯穿两者的竖向预应力筋；其后将试件梁放置于现场混凝土垫层的支座上，在试件梁底部安装位移测量计和应变片；待安装完成之后，先张拉竖向预应力筋固定钢牛腿，再进行试件梁内纵向预应力钢筋的张拉，然后张拉钢牛腿上纵向预应力钢筋对试件梁加载，同时进行数据采集。本发明的优点是，试验步骤简便，可高精度测量出试件梁刚度，同时可推断出桥梁的名义刚度EI，从而更好地对桥梁进行施工线性的控制。

Description

一种用于混凝土试件梁刚度试验装置及其试验方法

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，具体涉及一种用于混凝土试件梁刚度试验装置及其试验方法。

背景技术

传统的桥梁挠度测量大都采用百分表或位移计直接测量，目前在我国桥梁维护、旧桥安全评估或新桥验收中仍广泛应用。该方法的优点是设备简单，可以进行多点检测，直接得到各测点的挠度数值，测量结果稳定可靠。但是直接测量方法存在很多不足，该方法需要在各个测点拉钢丝或者搭设架子，所以桥下有水时无法进行直接测量；对于跨线桥，由于受铁路或公路行车限界的影响，该方法也无法使用；跨越峡谷等的高桥也无法采用直接方法进行测量；另外采用直接方法进行挠度测量，无论布设还是撤消仪表，都比较繁杂耗时较长。

在新建桥梁时，对梁体施加预压力及在施工荷载作用下跨中挠度会不断变化，为了更好地对桥梁进行施工线型的控制，有必要对桥梁结构的名义刚度EI进行试验研究。为了方便试验操作，节约成本，将实桥截面等效为构造较为简单的混凝土试件梁进行试验。常用的试件梁一般采用在试验室内的反力架加载，这种方法要求把试件梁运输至试验室，操作起来非常不方便。而且，试验室的条件会对试件梁尺寸会有所限制。

为分析实际混凝土桥梁的刚度特性，可以按一定比例把实际桥梁缩小制作试件梁，对试件梁进行荷载试验，测试桥梁的挠度与荷载的关系。因此本领域技术人员急需一种可在试件梁上施加预应力进行加载、可在施工现场操作、避免试验室加载的限制的技术方案。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于混凝土试件梁刚度试验装置及其试验方法，该试验装置及其试验方法通过纵向、竖向张拉预应力钢筋，同时通过在试件梁的底部布设位移传感器，以观测在荷载及预应力作用下试件梁的挠度变化，并根据此推断出桥梁结构的名义刚度EI。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种用于混凝土试件梁刚度试验装置，其特征在于所述试件梁的上表面两端垂直固定设置有钢牛腿，在所述试件梁和钢牛腿上分别贯穿设置纵向预应力钢筋，在所述试件梁的底部沿纵向均匀间隔安装有位移传感器，同时在所述试件梁的底部及侧面沿纵向均匀间隔贴有应变片。

在所述试件梁和钢牛腿上分别设置纵向预应力钢筋，其中在所述试件梁底板上至少设置有两根纵向预应力钢筋用于模拟实际预应力钢筋混凝土梁，并在所述设置于试件梁两端的钢牛腿顶端至少对称设置有两根纵向预应力钢筋用于对试件梁施加荷载。

在所述试件梁上设置竖向预应力筋用于将钢牛腿固定在试件梁。

所述纵向预应力钢筋两端分别通过螺母和垫板拧紧固定连接。

一种混凝土试件梁刚度试验方法，涉及上述试验装置，其特征在于至少包括如下步骤：将所述混凝土试件梁刚度试验装置放置于现场的平整混凝土垫层的支座上；其后设置竖向预应力筋固定钢牛腿；张拉试件梁的纵向预应力钢筋，再通过千斤顶进行钢牛腿上纵向预应力的张拉；在进行张拉的同时，通过各位移传感器采集混凝土试件梁的变形数据，通过应变片采集混凝土试件梁的应力数据。

本发明的优点是，可避免把试件梁运送至试验室，采用在外置钢牛腿上施加预应力方法对试件梁加载，试验操作更加简便，可高精度测量出试件梁刚度，来推断出桥梁的名义刚度EI，更能够反映施工现场情况，从而更好地对桥梁进行施工线性的控制。

附图说明

图1为本发明的混凝土试件梁刚度试验装置立面图；

图2为本发明的混凝土试件梁刚度试验装置的A—A剖面图；

图3为本发明的试件梁侧视图；

图4为本发明的钢牛腿结构示意图；

图5为本发明的钢牛腿A—A剖面图；

图6为本发明的预应力钢筋及波纹管结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-6，图中标记1-14分别为：钢牛腿1、纵向预应力钢筋2、试件梁3、竖向预应力钢筋4、位移传感器5、纵向预应力钢筋6、试验加载台7、钢筋通孔8、三角形钢板9、钢筋通孔10、螺母11、垫板12、螺旋筋13、波纹管14。

实施例1：如图1和2所示，本实施例属于桥梁工程领域，具体涉及一种用于混凝土试件梁刚度试验装置及其试验方法，用于推断出桥梁结构的名义刚度EI。混凝土试件梁刚度试验装置主要由试件梁3以及设置于试件梁3上表面两端的钢牛腿1组成，钢牛腿1用于辅助张拉；在试件梁3的底板上设置有两根纵向预应力钢筋6，在钢牛腿1的顶端设置两根纵向预应力钢筋2，并在钢牛腿1和试件梁3上设置贯穿两者的竖向预应力钢筋4；在试件梁3底部沿纵向均匀间隔125cm安装位移传感器5，同时在纵向预应力钢筋2、纵向预应力钢筋6以及竖向预应力钢筋4上均匀间隔安装有位移传感器；在试件梁3的底部及侧面沿纵向均匀间隔贴有应变片。其中在试件梁3底板上设置有两根纵向预应力钢筋6用于模拟实际预应力钢筋混凝土梁，并在设置于试件梁3两端的钢牛腿1顶端对称设置有两根纵向预应力钢筋2用于对试件梁施加荷载。

如图3-6所示，试件梁3为T形梁体，当混凝土试件梁3的强度达到设计强度的90%以上且混凝土的龄期达到28天时，方可进行模型加载试验，混凝试件梁3进行刚度试验时采用的钢筋、混凝土及预应力钢筋，应与施工本桥的钢筋、混凝土及预应力钢筋要求保持一致。在钢牛腿1和试件梁3之间设置有四道三角形钢板9用以作为加强肋，在其顶端开设有竖直方向的两个钢筋通孔8以及水平方向的两个钢筋通孔10。钢筋通孔8和10分别用于通过竖向预应力钢筋4和纵向预应力钢筋2，介于所述的预应力钢筋和钢筋通孔之间设置有波纹管14，各预应力钢筋的两端均通过垫板12和螺母11固定，并在其两端部设有螺旋筋13；其中所述的各预应力钢筋采用JL25精轧螺纹高强粗钢筋。

如图1-6所示，上述混凝土试件梁刚度试验装置的试验方法具体包括如下步骤：

①    施工现场准备两台预应力张拉设备以及试验加载台7，试验加载台7具体为施工现场平整混凝土垫层的支座，其中所述的张拉设备采用YCW60B型千斤顶；

②    待混凝土试件梁3加载龄期达到28天之后，通过吊车把试件梁3吊装至水平的试验加载台7上；

③    待试验装置放置完毕之后，先对竖向预应力钢筋4进行单端张拉，即张拉其上端；其后通过千斤顶对试件梁3底板上的纵向预应力钢筋6进行两端张拉，再通过千斤顶对钢牛腿1顶端的纵向预应力钢筋2进行两端张拉；其中张拉后的钢筋严禁碰击或踩踏；

④    在进行张拉的同时，通过各位移传感器采集混凝土试件梁3的变形数据，最后进行数据处理。

实施例2：本实施例将通过实施例1中所述的混凝土试件梁刚度试验装置及其试验方法来研究截面尺寸对结构名义刚度的影响，其具体步骤如下：本次试验共选取三组试件梁3（第一组、第二组、第三组），每组试验的试件梁3都是T形梁，每个试件梁3的梁长均为5.5m，这三组试件梁3的配筋率相同，但截面尺寸不同，截面尺寸梁高分别为50cm、60cm和70cm；并将梁高为60cm的试件梁作为标准试件梁。在试验场地上按照图纸绑扎钢筋，并立模使用于实际桥梁相同批次的混凝土浇筑三组试件梁3，然后按要求进行混凝土养护；在制作试件梁3的同时，按图纸要求制作加载***，即在试件梁3上设置钢牛腿1、纵向预应力钢筋2、6以及竖向预应力钢筋4；当试件梁混凝土的强度达到设计强度的90%以上且混凝土的龄期达到28天时，方可进行试验；其后按照“混凝土试件梁刚度试验装置的试验方法”步骤①—④中所述的分别对三组试件梁3进行刚度试验，通过位移传感器5所采集的数据来研究截面尺寸对结构名义刚度的影响。

实施例3：本实施例将通过实施例1中所述的混凝土试件梁刚度试验装置及其试验方法来研究配筋率对结构名义刚度的影响，其具体步骤如下：本次试验共选取三组试件梁3（第四组、第五组、第六组），每组试验的试件梁3都是T形梁，每个试件梁3的梁长均为5.5m，这三组试件梁3的截面尺寸相同均为60cm，但配筋率不同；在试验场地上按照图纸绑扎钢筋，并立模使用相同批次的混凝土浇筑三组试件梁3，然后按要求进行混凝土养护；在制作试件梁3的同时，按图纸要求制作加载***，即在试件梁3上设置钢牛腿1、纵向预应力钢筋2、6以及竖向预应力钢筋4；当试件梁混凝土的强度达到设计强度的90%以上且混凝土的龄期达到28天时，方可进行试验；其后按照“混凝土试件梁刚度试验装置的试验方法”步骤①—④中所述的分别对三组试件梁3进行刚度试验，通过位移传感器5所采集的数据来研究配筋率对结构名义刚度的影响。

Claims (5)

1.一种用于混凝土试件梁刚度试验装置，其特征在于所述试件梁的上表面两端垂直固定设置有钢牛腿，在所述试件梁和钢牛腿上分别贯穿设置纵向预应力钢筋，在所述试件梁的底部沿纵向均匀间隔安装有位移传感器，同时在所述试件梁的底部及侧面沿纵向均匀间隔贴有应变片。

2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土试件梁刚度试验装置，其特征在于在所述试件梁底板上至少设置有两根纵向预应力钢筋用于模拟实际预应力钢筋混凝土梁，并在所述设置于试件梁两端的钢牛腿顶端至少对称设置有两根纵向预应力钢筋用于对试件施加荷载。

3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土试件梁刚度试验装置，其特征在于在所述试件梁上设置竖向预应力筋用于将钢牛腿固定在试件梁。

4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土试件梁刚度试验装置，其特征在于所述纵向预应力钢筋两端分别通过螺母和垫板拧紧固定连接。

5.一种混凝土试件梁刚度试验方法，使用权利要求1-4任一所述装置，其特征在于至少包括如下步骤：将所述混凝土试件梁刚度试验装置放置于现场的平整混凝土垫层的支座上；其后设置竖向预应力筋固定钢牛腿；张拉试件梁的纵向预应力钢筋，再通过千斤顶进行钢牛腿上纵向预应力钢筋的张拉；在进行张拉的同时，通过各位移传感器采集混凝土试件梁的变形数据，通过应变片采集混凝土试件梁的应力数据。