CN104122023B - 桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置 - Google Patents

Abstract

一种桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，包括底座、桥梁模型、小车以及感应器组，桥梁模型设置在所述底座上并包括主桥、第一引桥及第二引桥，第一引桥、第二引桥设置在主桥的两端且主桥的两端分别通过铰支座和滚动支座与底座连接，所述第一引桥、第二引桥及主桥上部形成有一直通的桥面；小车放置在所述桥面上并能在其上以一定速度行驶，感应器组，包括用于测量的垂直于桥面方向的冲击力的第一感应器和用于测量顺桥面方向的冲击力的第二感应器，设置于主桥与第一引桥、第二引桥的接缝处。与现有技术相比，该测试装置结构简单，有效模拟车辆上下桥时对桥梁伸缩缝结构的冲击作用，准确测试冲击力，可为高性能桥梁伸缩缝设计、施工与维护提供理论依据。

Description

桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置

技术领域

本发明涉及土木与交通工程领域，尤其涉及一种桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置。

背景技术

桥梁在温度等因素作用下，将产生纵向的膨胀和收缩，为了满足这种变形，需要在两梁端之间或梁端与桥台之间设置伸缩缝。由于伸缩缝长期承受车辆的动力荷载，因此伸缩缝是桥梁结构的薄弱部位，也是当前桥梁上的主要破坏位置，而车辆车轮的动力荷载则是伸缩缝设计、施工、维护的关键参数。当前的桥梁规范中，尚没有针对伸缩缝，提出作用于其上的车轮动力荷载的理论计算方法和实验测试方法。由于车辆对伸缩缝的冲击荷载与车辆的运动、车辆和桥梁的振动相关，因此这是一个复杂的冲击动力学问题，设计一套精细的伸缩缝所受冲击力的测试装置，对于桥梁伸缩缝设计荷载的实验与理论研究，具有重要的实用价值，对于当前桥梁工程的技术进步，则具有现实的紧迫性。

伸缩缝位于两梁端之间，或者桥梁与桥台之间。伸缩缝冲击力测试装置要能够反映车辆上桥前、后的行驶状态与振动，以及桥梁的振动。利用该装置进行实验时，需要获取伸缩缝受到的车轮冲击力，以及桥梁和车辆的振动数据，然后以实验数据作为研究基础，获取伸缩缝冲击力的分析理论，为桥梁结构，特别是其中伸缩缝的设计和维护奠定基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种能真实模拟车辆经过桥梁(包括伸缩缝)全过程、有效测量车辆在上桥和下桥时对伸缩缝结构冲击力的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于包括：底座；桥梁模型，设置在所述底座上，包括主桥、第一引桥及第二引桥，所述主桥包括第一端部和第二端部并分别通过第一支座和第二支座与底座相连，所述第一引桥设置在主桥的第一端部并通过第三支座与底座相连，所述第二引桥设置在主桥的第二端部并通过第四支座与底座相连，所述第一引桥与主桥以及第二引桥与主桥之间分别形成伸缩缝结构，所述第一引桥、第二引桥及主桥上部形成有一直通的桥面，小车放置在所述桥面上并能在其上行驶；以及感应器组，用于测量所述小车对伸缩缝结构的冲击力，包括用于测量垂直于桥面方向的冲击力的第一感应器和用于测量顺桥面方向的冲击力的第二感应器，并且分别设置于所述第二支座和第三支座上。

所述第一支座为滚动支座而第二支座为铰支座，使得主桥在负荷下，主桥的端部能自由的转动和滑动，消除挠度对主桥内部结构的影响。

为测量小车在主桥桥梁行驶过程中主桥的挠度变化，所述主桥底部间隔设置有多个用于测量主桥挠度的测量工具。

作为优选，所述感应器组包括一个第一感应器和两个第二感应器，且两个第二感应器相对设置在第一感应器的两侧，这样能较好地采集所需要的冲击力数据。

为使小车在桥面上以一定速度平稳行驶，使得测试结果较准确，所述桥梁模型两侧的底座上分别设有用于牵引小车的牵引组件，该牵引组件包括牵引轮和绕设在牵引轮上的牵引绳，所述小车通过牵引绳与牵引轮联动。

所述小车的具体实现方式可有多种，作为优选，所述小车包括小车支架和设置在小车支架底部且用于小车在桥面上行驶的四个行走轮，所述小车支架的内部设置有用于调节小车整体重量的调重组件而外部四周设置有与桥面两侧的侧壁贴合的导向轮，调重组件可根据测试需要对小车重量及其分布进行调整，而导向轮可引导小车在桥面上按照设计路线正常行驶。

进一步，所述小车支架包括上板和下板，所述调重组件包括设置在下板上的支撑柱以及套设在该支撑柱上的砝码，如此设计使得调重组件功能的实现十分简单，轻松增减砝码即可实现小车重量的改变。

为反映测试过程中小车内部结构的振动对伸缩缝所受冲击力的影响，需要设置车辆的悬架体系，具体地，行走轮的轮轴上设置有轴杆，该轴杆的一端通过一杆座套设在轮轴上并邻近行走轮内侧，另一端穿过下板而露于小车支架中且设置有外螺纹，该轴杆上套设有一弹簧且该弹簧分别与下板底面和杆座顶面相抵。

作为优选，所述上板为绝缘轻质板，如有机玻璃板等，不仅可以减轻小车的整体重量，使得整个测试装置结构更稳定，而且绝缘轻质板上可加设其他电测元件，如加速传感器、振动传感器等，从而可扩展该装置的测试范围，使其测试功能更多元化，从而更好地应用于桥梁性能检测试验中。

所述桥面两端部分别设置有沿桥面宽度方向延伸的缓冲垫，避免小车行驶至桥面末端时因惯性作用而掉落。

与现有技术相比，本发明的优点在于：设置桥梁模型和小车，模拟真实桥梁中车辆上桥和下桥通过主桥和引桥间的伸缩缝时对主桥和引桥的冲击，通过感应器组采集主桥和引桥之间的伸缩缝受冲击时的垂直于桥面方向的冲击力和顺桥面方面的冲击力；该测试装置结构简单，有效模拟车辆上下桥时对桥梁及其伸缩缝的冲击作用，测试结果准确可靠，可为高性能桥梁与伸缩缝设计提供理论依据。

附图说明

图1为本发明实施例中桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置立体结构示意图；

图2为本发明实施例中桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置局部分解图；

图3为图2中Ⅰ部分放大图；

图4为图2中Ⅱ部分放大图；

图5为本发明实施例中小车立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如权利要求1～5所示，桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置包括底座2、桥梁模型1中的主桥11和引桥、小车3以及感应器组20，其中主桥11两端分别为第一端部111和第二端部112，引桥包括第一引桥12和第二引桥13且分别设置在主桥11的第一端部111和第二端部112，即第一引桥12与第一端部111间形成伸缩缝结构而第二引桥13与第二端部112间形成伸缩缝结构，并且，引桥与主桥11上部形成一直通的桥面14。本实施例中，底座2为两个并分别设置在桥梁模型1的两端，第一引桥12的自由端通过一第五支座10与底座2连接而另一端通过第三支座7与底座2相连，同样，第二引桥13的自由端也通过一第六支座16与底座2连接而另一端通过第四支座9与底座2相连，第三支座7为铰支座，而上述第五支座10、第六支座16以及第四支座9均为固定支座；主桥11的第一端部111和第二端部112分别通过第一支座6和第二支座8与底座2相连，其中第一支座6为滚动支座而第二支座8为铰支座，第一支座6包括支座架61和设置在支座架61上的双滚轮62，主桥11的第一端部111放置在双滚轮62轮面上，当主桥11因负荷而使桥梁跨中产生挠度时，桥梁静止时的中心轴线弯曲，从而使得桥梁的水平方向距离缩短，因此将主桥11两端的支座分别设计成铰支座和滚动支座，使得主桥11在负荷下，主桥11的端部能自由的转动和滑动，消除挠度对主桥11内部结构的影响。

上述桥面14上放置有小车3，桥梁模型1两侧的底座2上分别设置有一用于牵引小车3的牵引组件4，该牵引组件4包括基座41、设置在基座41上的牵引轮42以及绕设在牵引轮42上的牵引绳(未示出)，小车3通过牵引绳与牵引轮42联动，从而使得该小车3能一定速度在桥面14上行驶。本实施例中的小车3包括小车支架31和设置在小车支架31底部且用于小车3在桥面14中行驶的四个行走轮32，左右两侧的行走轮32间穿设有轮轴35且两轮间的轮距按工程车的轮距同比例缩小。小车支架31呈长方体状，包括上下设置的上板311和下板312以及连接在上板311和下板312之间的连接柱313，其中，下板312上设置有用于调整小车3整体重量的调重组件33，本实施例中调重组件33为两个，均布在下板312的前后两端，分别包括设置在下板312上的支撑柱331以及套设在该支撑柱331上的砝码332，测试过程中可根据需要增减砝码332从而改变小车3整体重量，十分方便；本实施例中上板311为绝缘轻质板，如有机玻璃板等，这样不仅可以减轻小车3的整体重量，使得整个测试装置结构更稳定，而且绝缘轻质板上可加设其他电测元件，如加速传感器、振动传感器等，从而可扩展该装置的测试范围，使其测试功能更多元化，从而更好地应用于桥梁性能检测试验中。下板312的四角处分别安装有一导向轮34且各导向轮34分别与桥面14两侧的侧壁贴合，导向轮34可引导小车3在桥上沿着设计路线正常行驶，由于小车3在桥面14中以一定速度行驶，为防止小车3行驶至桥面14末端时因惯性作用而掉落，桥面14的两端部分别设置有沿桥面宽度方向延伸的缓冲垫15。行走轮32的轮轴35上设置有轴杆362，该轴杆362的一端通过一杆座361套设在轮轴35上并邻近行走轮32内侧，另一端穿过下板312而露于小车支架31中且设置有外螺纹(未示出)，该轴杆362上套设有一弹簧363且该弹簧363分别与下板312底部和杆座361顶部相抵，如此设计可反映车辆的悬架***对其振动的影响，如图5所示，当小车3内部结构整合度较高未受悬架***影响时，可在轴杆362的外螺纹上旋上螺母364，使得车体直接支撑在行走轮32上。

为测试小车3经过引桥和主桥11的伸缩缝时对桥梁模型1的冲击荷载，该装置上安装有用于测量主桥11或引桥冲击力的感应器组20，该感应器组20安装在第二支座8和第三支座7上，分别用于测量第一引桥12和主桥11之间的伸缩缝受到的车辆轮胎的冲击力，每一感应器组20均包括用于测量的垂直于桥面14方向的冲击力的第一感应器22和用于测量顺桥面方向的冲击力的第二感应器21，本实施例中每一感应器组20包括一个第一感应器22和两个第二感应器21，且两第二感应器21相对设置在第一感应器22的两侧，这样能较好地采集所需的冲击力数据。

当小车3在主桥11桥梁上行驶时，桥梁在弯矩作用下因挠曲而引起的垂直于轴线的线位移，为了反映这种桥梁结构的振动情况，在主桥11底部间隔设置多个用于测量主桥11挠度的测量工具，本实施例中，测量工具为千分表5，千分表5为4个，分别设置于主桥11底部的中心和四分之一处，从而准确获取小车3行驶过程中，主桥11桥梁中心和四分之一处的挠度。

测试时，将小车3放置于第二引桥13处，在牵引轮42的牵引下小车3驶过第二引桥13与主桥11的接缝处，第三支座7上的第一感应器22与第二感应器21分别采集小车3驶上主桥11时对主桥11的垂直于桥面14方向冲击力和顺桥面14方向的冲击力，小车3驶入主桥11桥梁后，主桥11底部的千分表5分别记录在小车3负荷下主桥11桥梁在中心处以及四分之一处的挠度，随后小车3驶过主桥11与第一引桥12的接缝处，第二支座8上的第一感应器22与第二感应器21分别采集小车驶入第一引桥12时第一引桥12的垂直于桥面14方向的冲击力和顺桥面14方向的冲击力，最后小车3在缓冲垫15的缓冲下停止，分析采集的数据为桥梁设计提供理论依据。

Claims (9)

1.一种桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于包括：

底座(2)；

桥梁模型(1)，设置在所述底座(2)上，包括主桥(11)、第一引桥(12)及第二引桥(13)，所述主桥(11)包括第一端部(111)和第二端部(112)并分别通过第一支座(6)和第二支座(8)与底座(2)相连，且该第一支座(6)为滚动支座而第二支座(8)为铰支座，所述第一引桥(12)设置在主桥(11)的第一端部(111)并通过第三支座(7)与底座(2)相连，所述第二引桥(13)设置在主桥(11)的第二端部(112)并通过第四支座(9)与底座(2)相连，所述第一引桥(12)与主桥(11)以及第二引桥(13)与主桥(11)之间分别形成伸缩缝结构，所述第一引桥(12)、第二引桥(13)及主桥(11)上部形成有一直通的桥面(14)；

小车(3)，放置在所述桥面(14)上并能在桥面上行驶；以及

感应器组(20)，用于测量所述小车(3)对伸缩缝结构的冲击力，包括用于测量垂直于桥面(14)方向的冲击力的第一感应器(22)和用于测量顺桥面(14)方向的冲击力的第二感应器(21)，并且分别设置于所述第二支座(8)和第三支座(7)上。

2.如权利要求1所述的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于：所述主桥(11)底部间隔设置有多个用于测量主桥(11)挠度的测量工具。

3.如权利要求1或2所述的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于：所述感应器组(20)包括一个第一感应器(22)和两个第二感应器(21)，且两个第二感应器(21)相对设置在第一感应器(22)的两侧。

4.如权利要求1或2所述的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于：所述桥梁模型(1)两侧的底座(2)上分别设有用于牵引小车(3)的牵引组件(4)，该牵引组件(4)包括牵引轮(42)和绕设在牵引轮(42)上的牵引绳，所述小车(3)通过牵引绳与牵引轮(42)联动。

5.如权利要求1或2所述的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于：所述小车(3)包括小车支架(31)和设置在小车支架(31)底部且用于小车(3)在桥面(14)中行驶的四个行走轮(32)，所述小车支架(31)的内部设置有用于调节小车(3)整体重量的调重组件(33)而外部四周设置有与桥面(14)左右侧壁贴合的导向轮(34)。

6.如权利要求5所述的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于：所述小车支架(31)包括上板(311)和下板(312)，所述调重组件(33)包括设置在下板(312)上的支撑柱(331)以及套设在该支撑柱(331)上的砝码(332)。

7.如权利要求6所述的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于：所述行走轮(32)的轮轴(35)上设置有轴杆(362)，该轴杆(362)的一端通过一杆座(361)套设在轮轴(35)上并邻近行走轮(32)内侧，另一端穿过下板(312)而露于小车支架(31)中且设置有外螺纹，该轴杆(362)上套设有一弹簧(363)且该弹簧(363)分别与下板(312)底部和杆座(361)顶部相抵。

8.如权利要求5所述的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于：所述上板(311)为绝缘轻质板。

9.如权利要求1或2所述的桥梁伸缩缝跳车冲击力测试装置，其特征在于：所述桥面(14)的两端部分别设置有沿桥面(14)宽度方向延伸的缓冲垫(15)。