一种可滑动钢锚箱组合索塔模型试验装置

1.本发明属于桥梁技术领域，具体涉及一种用于测试相邻钢锚箱节段间设置有滑动副的可滑动钢锚箱组合索塔受力性能的试验装置。


背景技术：

2.斜拉桥索塔的拉索锚固段是将斜拉索的集中力安全、均匀地传递到塔柱的重要受力构件。相邻钢锚箱节段间设置有滑动副的可滑动钢锚箱组合索塔是一种新型组合索塔，目前已有的试验装置及方法均不适用于此类组合索塔。对此类组合索塔工作性能及受力性能开展试验研究时，为了获得滑动副的工作状态及性能、组合索塔的受力性能，要求试验模型、加载及测试装置必须能够对不同节段的钢锚箱进行模拟，本发明所提出的试验模型能够通过调节各节钢锚箱所受竖向索力与水平索力，实现对不同节段钢锚箱受力状态的模拟，本发明提出的试验模型及加载、测试装置能实现上述所有要求。
3.已有类似组合索塔模型试验均无针对可滑动钢锚箱组合索塔工作及受力性能进行研究的，且基本都只研究1个节段的钢锚箱，而且由于模型中钢锚箱的锚板按照所选定的1个节段的锚板角度进行设计，因此加载时竖向索力与水平索力的比值是一个定值，因此只能模拟1个组合索塔节段的受力状态，无法实现对不同节段组合索塔受力状态的模拟。而可滑动钢锚箱组合索塔的受力状态必须关注以下两类钢锚箱节段
①
水平索力/竖向索力比值最小的钢锚箱节段，
②
索力最大的2节钢锚箱节段，因此传统的试验模型均无法实现上述试验目的。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可滑动钢锚箱组合索塔模型试验装置，其目的在于：通过调节各节钢锚箱所受竖向索力与水平索力，实现对不同节段钢锚箱受力状态的模拟，从而获得滑动副的工作状态及性能以及组合索塔的受力性能。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种可滑动钢锚箱组合索塔模型试验装置，其特征在于，包括自平衡锚座和设置在自平衡锚座上的混凝土塔柱节段，所述混凝土塔柱节段内部从下到上依次设置有钢结构底节、两个钢锚箱节段以及钢结构顶节，相邻节段之间设置有滑动副，所述钢锚箱节段上设置有水平加载装置、竖向加载装置和测试装置。
7.采用该技术方案后，本发明通过水平加载装置和竖向加载装置可以调节各节段锚箱所受竖向索力与水平索力，从而实现对不同节段的钢锚箱受力状态的模拟，包括对水平索力/竖向索力比值最小的钢锚箱节段以及索力最大的钢锚箱节段受力状态的模拟。从而获得滑动副的工作状态及性能以及组合索塔的受力性能，便于对组合索塔工作性能及受力性能的试验研究。
8.作为优选，所述自平衡锚座中预埋有用于施加钢锚箱节段所受的斜拉索索力竖向分力的预应力钢绞线，所述预应力钢绞线与竖向加载装置连接。
9.作为优选，所述钢结构底节包括底节埋入区和底节承托区，所述底节埋入区设置有底节埋入区端板和底节埋入区腹板，所述底节埋入区端板上设置有剪力钉连接件，所述底节埋入区腹板上设置有开孔钢板剪力连接件，所述底节承托区设置有底节承托板、底节承托区腹板和底节水平隔板，所述底节承托板为u形钢板，底节承托板的上表面为滑动副的下副，所述底节承托区腹板与底节承托板以及底节埋入区端板固定连接；所述底节水平隔板与底节承托区腹板固定连接，且底节水平隔板在与自平衡锚座中预应力钢绞线对应位置开有圆孔。
10.作为优选，所述可滑动钢锚箱节段包括固结端、滑动端、拼接板、滑动端预埋区及横隔板；所述固结端由侧拉板、侧拉板加强板、节段间连接板、端板、埋入区腹板、钢锚箱腹板、钢锚箱腹板加劲肋和锚板组成；所述滑动端由侧拉板、节段间连接板、端隔板、钢锚箱腹板、钢锚箱腹板加劲肋和锚板组成。
11.作为优选，位于下方的钢锚箱节段的侧拉板外侧设有用于施加下层斜拉索竖向索力的加载牛腿，所述加载牛腿包括牛腿腹板、牛腿端板、牛腿盖板和牛腿底板，所述牛腿腹板与钢锚箱侧拉板固定连接，所述牛腿端板与牛腿腹板固定连接，所述牛腿盖板、牛腿底板与钢锚箱节段的侧拉板、牛腿腹板及牛腿端板固定连接，所述牛腿盖板及牛腿底板开有供预应力钢绞线穿过的圆孔。
12.作为优选，所述侧拉板为上、下均带有开槽的矩形钢板，并在滑动端一侧的端部开有高强螺栓孔；所述节段间连接板为带有螺栓孔的矩形钢板，所述连接板与侧拉板固定连接，在钢锚箱底部的节段间连接板下表面设有滑动副的上副，在钢锚箱顶部的节段间连接板上表面设有滑动副的下副；所述端板与侧拉板及节段间连接板固定连接，所述端板在埋入混凝土一侧设置有剪力钉；所述埋入区腹板上设置有开孔钢板连接件，埋入区腹板与所述端板固定连接；所述钢锚箱腹板为与所述两道侧拉板固定连接，所述钢锚箱腹板上开有圆孔；所述钢锚箱腹板设置有顺桥向的钢锚箱腹板加劲肋；所述锚板与所述两道钢锚箱腹板固定连接；所述端隔板与两道侧拉板及节段间连接板固定连接；所述滑动端预埋区包括：预埋区腹板、预埋区端板、预埋区连接侧拉板；所述预埋区腹板设有开孔板抗剪连接件，所述预埋区端板与预埋区腹板固定连接，在靠近混凝土一侧设置有剪力钉抗剪连接件；所述预埋区连接侧拉板为与预埋区端板焊接为整体、并与滑动端的侧拉板位置对应的矩形钢板，其端部开有高强螺栓孔；所述拼接板上开设有高强螺栓孔，所述螺栓孔分别与侧拉板及预埋区连接侧拉板上的高强螺栓孔对应；所述横隔板固定安装于两道侧拉板之间，所述横隔板底面固定设置有横隔板加劲肋。
13.作为优选，所述钢结构顶节由顶节埋入区端板、顶节埋入区腹板及顶节节段间连接板组成；所述顶节埋入区端板上焊接有剪力钉连接件，所述顶节埋入区腹板上设置有开孔钢板剪力连接件，所述顶节节段间连接板上开有螺栓孔，所述顶节节段间连接板底面设有滑动副的上副。
14.作为优选，所述竖向加载装置为竖向加载千斤顶，所述水平加载装置为水平加载千斤顶；所述竖向加载千斤顶设置有两组，分别施加上层和下层钢锚箱受到的斜拉索竖向索力；所述预应力钢绞线与竖向加载千斤顶连接；所述水平加载千斤顶为两个，分别对上层和下层钢锚箱节段施加水平索力。
15.作为优选，所述滑动副的上副为镜面级不锈钢，所述滑动副的下副为双组份石墨
烯改性氟碳漆涂层。
16.进一步优选的，所述混凝土塔柱节段为单箱单室截面，箱室内壁交界处设直倒角，箱室外壁交界处设圆倒角。
17.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
18.本发明通过调节各节段锚箱所受竖向索力与水平索力，能够对可滑动钢锚箱组合索塔在钢锚箱滑动端锁定前、后钢锚箱间滑动副的工作状态、组合索塔结构的受力状态进行测试，包括：
①
钢锚箱滑动端锁定前，水平索力/竖向索力比值最小的钢锚箱节段在斜拉索张拉阶段滑动副的工作状态；
②
钢锚箱滑动端锁定前，索力最大的2节钢锚箱在斜拉索张拉阶段钢锚箱主要受力板件的应力状态、钢锚箱滑动端的滑移量、混凝土塔柱应力状态；
③
钢锚箱滑动端锁定后，索力最大的2节钢锚箱在活载索力增量作用下，钢锚箱主要受力板件的应力状态、混凝土塔柱应力状态。从而获得滑动副的工作状态及性能以及组合索塔的受力性能，便于对组合索塔工作性能及受力性能进行准确评价。
附图说明
19.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
20.图1是本发明的可滑动钢锚箱组合索塔试验模型立面布置图；
21.图2是可滑动钢锚箱组合索塔试验模型侧面布置图；
22.图3是本发明的可滑动钢锚箱组合索塔试验模型平面布置图；
23.图4是本发明钢结构底节的结构示意图；
24.图5是图4中a-a剖面图；
25.图6是图4中b-b剖面图；
26.图7是图4中的c-c剖面图；
27.图8是钢锚箱节段的结构示意图；
28.图9是上层锚箱侧拉板的测点布置图；
29.图10是上层锚箱端板的测点布置图；
30.图11是下层锚箱端板的测点布置图；
31.图12是下层锚箱预埋区腹板的测点布置图；
32.图13是混凝土塔壁的测点布置图；
33.图14是钢锚箱节段的位移计布置图。
34.其中，1-自平衡锚座，2-钢结构底节，201-底节埋入区端板，202-底节埋入区腹板，203-底节承托板，204-底节承托区腹板，205-底节水平隔板，3-钢锚箱节段，301-侧拉板，302-节段间连接板，303-端板，304-埋入区腹板，305-钢锚箱腹板，306-钢锚箱腹板加劲肋，307-锚板，308-端隔板，309-侧拉板加强板，310-拼接板，311-横隔板，312-预埋区腹板，313-预埋区端板，314-预埋区连接侧拉板，4-钢结构顶节，401-顶节埋入区端板，402-顶节埋入区腹板，403-顶节节段间连接板，5-滑动副，6-预应力钢绞线，7-竖向加载千斤顶，8-水平加载千斤顶，9-加载牛腿，10-混凝土，11-应变花，12-应变片，13-位移计。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例
中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.下面结合图1-图14对本发明作详细说明。
37.一种可滑动钢锚箱组合索塔模型试验装置，如图1和图2所示，包括自平衡锚座1和设置在自平衡锚座上的混凝土塔柱节段，所述混凝土塔柱节段内部从下到上依次设置有钢结构底节2、两个钢锚箱节段3以及钢结构顶节4，相邻节段之间设置有滑动副5，所述钢锚箱节段上设置有水平加载装置、竖向加载装置和测试装置。
38.本实施例中，所述自平衡锚座中预埋有8束预应力钢绞线，用于施加钢锚箱所受的斜拉索索力竖向分力。
39.本实施例中，所述混凝土塔柱节段为单箱单室截面，箱室内壁交界处设直倒角，箱室外壁交界处设圆倒角。
40.本实施例中，所述钢结构底节2包括底节埋入区和底节承托区，所述底节埋入区设置有底节埋入区端板201和底节埋入区腹板202，所述底节埋入区端板201上焊接有剪力钉连接件，所述底节埋入区腹板202上设置有开孔钢板剪力连接件，所述底节承托区设置有底节承托板203、底节承托区腹板204和底节水平隔板205，所述底节承托板203为u形钢板，底节承托板203的上表面为滑动副5的下副，所述底节承托区腹板204与底节承托板203以及底节埋入区端板201焊接固定；所述底节水平隔板205与底节承托区腹板204焊接固定，且底节水平隔板205在与自平衡锚座1中预应力钢绞线6对应位置开有圆孔。
41.本实施例中，所述两个可滑动钢锚箱节段，每个钢锚箱节段都包括固结端、滑动端、拼接板310、滑动端预埋区及横隔板311；所述固结端由侧拉板301、侧拉板加强板309、节段间连接板302、端板303、埋入区腹板304、钢锚箱腹板305、钢锚箱腹板加劲肋306和锚板307组成；所述滑动端由侧拉板301、节段间连接板302、端隔板308、钢锚箱腹板305、钢锚箱腹板加劲肋306和锚板307组成。
42.位于下方的钢锚箱节段3的侧拉板301外侧设有用于施加下层斜拉索竖向索力的加载牛腿9，所述加载牛腿9包括牛腿腹板902、牛腿端板903、牛腿盖板901和牛腿底板904，所述牛腿腹板902与钢锚箱侧拉板焊接连接，所述牛腿端板903与牛腿腹板902焊接连接，所述牛腿盖板901、牛腿底板与钢锚箱节段3的侧拉板301、牛腿腹板902及牛腿端板903焊接连接，所述牛腿盖板901及牛腿底板904开有供预应力钢绞线6穿过的圆孔。所述牛腿腹板为三道与侧拉板301焊接为整体的矩形钢板。所述牛腿端板903为与三道牛腿腹板902焊接为整体的矩形钢板。所述牛腿盖板901和牛腿底板904为与侧拉板301、牛腿腹板902及牛腿端板903焊接为整体的矩形钢板。
43.所述侧拉板301为上、下均带有开槽的矩形钢板，所述开槽设有圆倒角，并在滑动端一侧的端部开有高强螺栓孔。所述节段间连接板302为带有螺栓孔的矩形钢板，所述节段间连接板302与所述侧拉板301焊接为整体，在钢锚箱底部的节段间连接板302下表面设有滑动副5的上副，在钢锚箱顶部的节段间连接板302上表面设有滑动副5的下副。所述滑动副
5的上副为镜面级不锈钢，所述滑动副5的下副为双组份石墨烯改性氟碳漆涂层。所述端板303为矩形钢板，与侧拉板301及节段间连接板302焊接为整体，在埋入混凝土一侧焊接有剪力钉。所述埋入区腹板304为设有开孔钢板连接件的矩形钢板，与所述端板303焊接为整体。如图3所示，所述侧拉板301设置有两道，所述钢锚箱腹板305为与所述两道侧拉板301焊接为整体的钢板，所述钢锚箱腹板305上开有圆孔。所述钢锚箱腹板加劲肋306为焊接在钢锚箱腹板305上的顺桥向加劲钢板。所述锚板307为与所述两道钢锚箱腹板305焊接为整体的钢板。所述端隔板308为滑动端与两道侧拉板301及节段间连接板302焊接为整体的矩形钢板。
44.所述滑动端预埋区包括：预埋区腹板312、预埋区端板313、预埋区连接侧拉板314；所述预埋区腹板312为设有开孔板抗剪连接件的矩形钢板，所述预埋区端板313为矩形钢板并与预埋区腹板312焊接为整体，且在靠近混凝土10的一侧设置有剪力钉抗剪连接件；所述预埋区连接侧拉板314为与预埋区端板313焊接为整体、并与固定端的侧拉板301位置对应的矩形钢板，其端部开有高强螺栓孔；所述拼接板310为开设有两列高强螺栓孔的矩形钢板，所述螺栓孔分别与侧拉板301及预埋区连接侧拉板314上的高强螺栓孔对应；所述横隔板311为焊接固定于两道侧拉板301之间的矩形钢板，所述横隔板311底面焊接有横隔板加劲肋，横隔板加劲肋为与横隔板311焊接的矩形钢板。
45.所述钢结构顶节4由顶节埋入区端板401、顶节埋入区腹板402及顶节节段间连接板403组成；所述顶节埋入区端板401上焊接有剪力钉连接件，所述顶节埋入区腹板402上设置有开孔钢板剪力连接件，所述顶节节段间连接板403上开有螺栓孔，所述顶节节段间连接板403底面设有滑动副的上副。
46.所述竖向加载装置为竖向加载千斤顶7，所述水平加载装置为水平加载千斤顶8；所述竖向加载千斤顶设置有两组，分别施加上层和下层钢锚箱受到的斜拉索竖向索力；所述预应力钢绞线6与竖向加载千斤顶7连接；所述水平加载千斤顶8为两个，分别对上层和下层钢锚箱节段施加水平索力。所述预应力钢绞线由8根或10根公称直径为15.24mm的钢绞线组成。
47.本实施例中，所述测试装置包括应变花11、应变片12和位移计13。
48.本实施例中的测点布置如下：
49.(1)上层锚箱侧拉板(以下简称n1，注：由于每层锚箱布设应变测点的板件是成对的，在测点设置时，一块指只在其中一块板件上布设，两块指在两块板件上都布设)。如图9所示，n1板中，左侧埋入区布设应变花，且埋入区的应变花仅布设于一块n1，3列共计18个。上层锚箱两块侧拉板底部均布设10个竖向应变片，共计20个。
50.(2)上层锚箱端板(包括一块板件n2和一块板件n10))，均于板件底部布设3个竖向应变片，共计6个。
51.(3)下层锚箱侧拉板(以下简称n1a)，如图10所示，n1a板中，板件左侧以及右侧倒角处布设应变花，两块共计2
×
(3
×
8 8) 6 5＝75。板件中部布设水平应变片，一块共计3
×
6＝18个，板件底部布设竖向应变片，两块共计2
×
(2
×
5)＝20个。
52.(4)下层锚箱端板(包括两块板件n2和一块板件n10)，如图11所示，n2板件布设竖向应变片，两块板件共计2
×3×
15＝90个。n10板底部布设3个竖向应变片。
53.(5)下层锚箱预埋区腹板。如图12所示，下层锚箱预埋区腹板中，板件布设应变花，
两块板件共计2
×3×
3＝18个。
54.(6)混凝土塔壁。如图13所示，混凝土塔壁上布置水平应变片3
×
4＝12个。
55.本实施例中，位移计布置如下：
56.如图14所示，上层锚箱固定端布设7个滑移位移计，滑动端布设4个，侧拉板斜向位移计4个。层间布设水平位移计1
×
2个，竖向位移计1
×
2个。下层锚箱固定端布设7
×
2个滑移位移计，滑动端布设4
×
2个，侧拉板布设4
×
2个。模型位移计共计49个。
57.在试验过程中，通过应变片可测得可滑动钢锚箱组合索塔在各种受力状态下主应变的大小和方向。通过位移计可测得可滑动钢锚箱组合索塔结构的变形。
58.以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。