一种连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置及试验方法与流程

1.本发明属结构工程、基础工程与地震工程技术领域，具体涉及一种连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置及试验方法。


背景技术：

2.预应力混凝土连续刚构桥是目前大跨径桥梁的主要桥型之一。连续刚构桥的主要承重结构是梁与桥墩固结的刚架结构，采用墩梁固结使得梁和桥墩整体受力，桥墩不仅承受梁上荷载引起的竖向压力，还承担弯矩和水平推力，连续刚构桥的整体结构比较细长，在服役期间可能产生较大的变形。连续刚构桥的抗震性能是评估其结构安全性的核心因素，由于其主跨的两个桥墩往往分跨与河流两岸，其地质条件往往不同，在地震作用下，主跨桥墩位置的地震荷载可能存在一定差异，尤其是水平异位动力荷载对桥梁结构的影响更为。目前，对于基础水平异位荷载作用下连续刚构桥的动力特性，无法开展全尺寸现场试验，由于其结构的复杂性，理论与数值研究尚不充分，有必要开展缩尺模型试验，需要提出新的模型装置与试验方法，填补这一领域的空白。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于研究水平异位荷载作用下连续刚构桥的动力变形与损伤特性，填补现有测试技术的空缺，提供一种连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置及其试验方法。
4.为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：
5.本发明提出的一种连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置，由连续刚构桥缩尺模型、水平异位荷载施加装置组成。
6.所述连续刚构桥缩尺模型为真实连续刚构桥的缩尺模型，其缩小比例按试验要求与试验能力综合设定，由连续梁结构1、主跨桥墩2、主跨桥墩基础3、边跨桥墩4、边跨桥墩基础5组成。所述连续梁结构1、主跨桥墩2上下连接为刚构桥整体，为缩小尺寸的预应力钢筋混凝土结构，连续梁结构1为水平的三跨连续梁构件。主跨桥墩2为竖向的承重构件，两个主跨桥墩2位于连续梁结构1下方的对称位置。主跨桥墩基础3位于主跨桥墩2下方，起支撑刚构桥结构中部重力荷载的作用。边跨桥墩4为竖向的承重构件，位于连续梁结构1的两端，边跨桥墩基础5位于边跨桥墩4下方，起支撑刚构桥结构两端重力荷载的作用。
7.所述水平异位荷载施加装置包括两个相同的水平动力荷载施加装置，可分别施加不同步的水平异位荷载，两个装置均由台面7、底座8、作动器9、作动器支架10、主动卡扣11、从动卡扣12、直线滑轨13、滑块14、位移传感器15组成。底座8为支撑直线滑轨13、作动器支架10的钢制平台。直线滑轨13为直线形滑动轨道，两根直线滑轨13对称安装于台面7上，多个滑块14套装于直线滑轨13 上，可在外力的作用下沿直线滑轨13进行线性往复滑动，滑块14沿直线滑轨13 滑动的阻尼较低。作动器支架10为支撑作动器9的三角形钢制支架，作动器支架 10的竖板上留有供作动器9伸缩杆穿过的圆孔，作动器支架10的下底板固定于底座
8上。作动器9为电控的动力荷载施加单元，通过控制系统可精确控制作动器9 的伸缩距离与轴力的大小，作动器9固定在作动器支架10的竖板上，作动器9伸缩杆的前端连接固定主动卡扣11，作动器9尾部设有位移传感器15，监测作动器 9的伸缩距离，作动器9内部设有轴力传感器，监测作动器9输出的轴力大小，通过实时监测位移传感器15与轴力传感器的数据，可实现对作动器9的精确控制。
8.水平荷载施加装置的台面7为固定模型装置的钢制矩形平台，其上留有等距分布的螺孔18，通过固定螺栓17可将模型装置与螺孔18锁紧，从而将模型固定于台面7上，台面7的底部安装有线性分布的多个滑块14，滑块14套装于直线滑轨13上，台面7可沿直线滑轨13做线性往复运动。台面连杆10垂直固定于台面 7侧边，台面连杆10为钢制套杆结构，具有一定程度的伸缩能力，台面连杆10的端部连接固定从动卡扣12。主动卡扣11、从动卡扣12通过高强螺栓固定在一起构成传动装置，将作动器9提供的伸缩运动转变为台面7的线性往复运动。
9.本发明提出装置的主跨桥墩基础3固定于台面7上。
10.本发明提出装置的边跨桥墩基础5固定于边跨桥墩固定座6上。
11.基于本发明提出的连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置，其试验方法包括四个步骤：
12.第一步、模型制作：按真实连续刚构桥的设计方案，综合考虑试验要求与试验能力，确定比例尺，制作连续刚构桥的缩尺模型；
13.第二步、试验准备：将连续刚构桥缩尺模型的两个主跨桥墩基础3牢固固定在台面7的中心位置上，将两个边跨桥墩基础5固定在边跨桥墩固定座6上，将连续梁结构1两端搭放在两个边跨桥墩4上部，在连续刚构桥缩尺模型的关键位置布置多个加速度传感器，在一定距离处的不同角度安设多台高清摄像机；
14.第三步、试验进行：控制两台水平荷载施加装置，使对连续刚构桥缩尺模型的两个边跨桥墩基础5施加不同步的水平动力荷载，在动力荷载施加过程中，实时监测加速度传感器的数据，用高清摄像机拍摄连续刚构桥缩尺模型的振动与变形情况；
15.第四步、试验结束：停止施加水平异位荷载，待模型振动停止后，拆除已变形或损坏的模型，分析试验过程中获得的数据。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
17.1、针对连续刚构桥的结构特点，可同时施加异位的水平荷载；
18.2、试验装置的构造比较简单，便于试验的准备开展、试验人员的培训与仪器的维护保养；
19.3、采用缩尺模型，能够以较低的成本开展连续刚构桥的基础移位荷载试验。
附图说明
20.图1为本发明所述模型装置的整体示意图。
21.图2为本发明所述模型装置的正视图。
22.图3为本发明所述模型装置的俯视图。
23.图4为主跨桥墩2固定于台面7上的示意图。
24.图5为直线滑轨13安装于底座8上的示意图。
25.附图标记说明
26.1为连续梁结构，2为主跨桥墩，3为主跨桥墩基础，4为边跨桥墩，5为边跨桥墩基础，6为边跨桥墩固定座，7为台面，8为底座，9为作动器，10为作动器支架，11为主动卡扣，12为从动卡扣，13为直线滑轨，14为滑块，15为位移传感器，16为固定螺栓，17为螺孔。
具体实施方式
27.下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的一种连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置及其试验方法的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。
28.本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。
29.本发明提供一种连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置及其试验方法。
30.如图1～图5所示，本实施例提供的连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置由连续刚构桥缩尺模型、水平异位荷载施加装置组成。
31.连续刚构桥缩尺模型为真实连续刚构桥的缩尺模型，真实桥梁主跨跨径为 300m，边跨跨径为150m，桥面宽30m，净高60m，其缩小比例为1/100。模型的连续梁结构1、主跨桥墩2上下连接为刚构桥整体，由钢筋混凝土材质制成，连续梁结构1为水平的三跨连续梁构件，连续梁结构1内部的设计位置设置有张拉钢丝，模拟预应力结构，主跨跨径3.00m，边跨跨径1.50m，桥面宽0.30m，净高0.60m。
32.水平异位荷载施加装置包括两个相同的水平荷载施加装置，两个装置构造相同，由同一台控制器操控。底座8为1.20m
×
0.80m
×
0.40m尺寸的钢制平台。两根直线滑轨13为长1.20m的直线滑动轨道，6个滑块14套装于两根直线滑轨13上。作动器支架10为三角形钢制支架，固定于底座8上。作动器9为电控的动力荷载施加单元，最大作动轴力为
±
30kn，最大作动距离为
±
100mm，最大作动频率为5hz，作动器9固定在作动器支架10的竖板上，作动器9伸缩杆的前端连接固定主动卡扣11。水平荷载施加装置的台面7为0.80m
×
0.80m
×
0.05mm的钢制平台，其上留有6cm
×
6cm等距分布的螺孔18，台面7的底部安装有线性分布的6个滑块14。从动卡扣12连接固定于台面7的端部。
33.本实施例的主跨桥墩基础3固定于台面7上。
34.本实施例的边跨桥墩基础5固定于边跨桥墩固定座6上。
35.基于本实施例的连续刚构桥基础水平异位荷载模型装置，其试验方法包括四个步骤：
36.第一步、模型制作：按真实连续刚构桥的设计方案，制作连续刚构桥的精细化缩尺模型；
37.第二步、试验准备：将连续刚构桥缩尺模型的两个主跨桥墩基础3牢固固定在台面7的中心位置上，将两个边跨桥墩基础5固定在边跨桥墩固定座6上，将连续梁结构1两端搭放在两个边跨桥墩4上部，在连续刚构桥缩尺模型的主跨中心位置布置4个加速度传感器，在距离装置8m的正前方处设置1台高清摄像机，在距离装置4m的正上方设置1台高清摄像机；
38.第三步、试验进行：控制两台水平荷载施加装置，使对连续刚构桥缩尺模型的两个边跨桥墩基础5施加相位差为0.05s的正弦式水平动力荷载，水平动荷载的振幅为10mm，频率为0.5hz，持续时间为60s，在动力荷载施加过程中，实时监测加速度传感器的数据，用高清摄像机拍摄连续刚构桥缩尺模型的振动与变形情况；
39.第四步、试验结束：停止施加水平异位荷载，待模型振动停止后，拆除已变形或损坏的模型，分析试验过程中获得的数据。
40.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。