一种体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置及方法转让专利
申请号 : CN202110327903.0
文献号 : CN113092290B
文献日 : 2022-05-20
发明人 : 王永宝 , 孟麟 , 张翛 , 高阳 , 李倩 , 郎利鹏 , 张俊 , 董银品 , 林春 , 韩丽琴 , 高海贵
申请人 : 太原理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置，其特征在于，包括对称安装在受弯混凝土梁横截面两侧的横向限位组件；
所述横向限位组件包括刚性底座、刚性架、定位插板和限位梁；
两组所述刚性架相对固定在刚性底座上；
所述定位插板固定在两组刚性架之间，定位插板上由上到下设置有多组定位插孔，每组定位插孔均包括中间孔以及对称设置在中间孔两侧的侧向孔；
所述限位梁包括两组相对设置的限位插板、连接两组限位插板的固定杆以及转动安装在两组限位插板端部的抗摩擦轮；
所述限位插板穿过侧向孔；
所述固定杆穿过中间孔，位于中间孔两侧的杆体上螺纹配合有自锁螺母；
所述抗摩擦轮朝向受弯混凝土梁的纵截面；
所述横向限位组件还包括定位杆和定位杆固定锁；
所述刚性架朝向受弯混凝土梁的侧面设置有锯齿状卡槽；
所述限位插板上设置有条形孔；
所述定位杆穿过条形孔，位于限位梁两侧的杆体位于锯齿状卡槽中，端部螺纹配合有定位杆固定锁。
2.根据权利要求1所述的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置，其特征在于，还包括设置在试验场地基础上的滑轨，滑轨沿着受弯混凝土梁的纵向设置；
刚性底座与滑轨滑动配合，刚性底座背离受弯混凝土梁的侧面设置有具有自锁功能的移动滚轮；
抗摩擦轮为抗摩擦橡胶轮。
3.根据权利要求2所述的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置，其特征在于，还包括安装在受弯混凝土梁底部的位移计保护组件；
所述位移计保护组件包括刚性保护盒、调节刻度尺、刚性平台、示数指针、自锁旋钮和弹簧；
所述刚性保护盒包括顶板、底板以及连接顶板和底板的侧板，底板上设置有通孔，侧板上设置有滑槽；
所述调节刻度尺设置在刚性保护盒的侧板上；
所述示数指针固定在刚性平台上；
所述自锁旋钮螺纹安装在刚性平台上；
所述刚性平台的底面设置有接触柱，刚性平台放置在刚性保护盒内，示数指针朝向调节刻度尺，自锁旋钮穿过滑槽位于刚性保护盒外，接触柱对准刚性保护盒的通孔；
所述弹簧位于刚性保护盒内，两端分别顶板和刚性平台连接。
4.根据权利要求3所述的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置，其特征在于，刚性保护盒的侧板上设置有刻度尺安装槽；
所述调节刻度尺滑动安装在刻度尺安装槽内，朝向刚性保护盒内部的背面固定有螺杆安装块，螺杆安装块内螺纹穿设有调节螺杆；
调节螺杆穿过刚性保护盒的底板，位于刚性保护盒底板下方的杆体上固定有调节螺母。
5.根据权利要求4所述的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置，其特征在于，刚性保护盒包括刚性盒盖以及顶部开口的刚性盒体，刚性盒盖和刚性盒体上均设置有预留螺栓孔。
6.根据权利要求5所述的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置，其特征在于，还包括安装在受弯混凝土梁体外预应力钢索转向位置的钢索转向组件；
所述钢索转向组件包括固定板、固定轴和双滑轮阔角组；
两块固定板的上部固定在受弯混凝土梁横截面的两侧，底部通过固定轴连接；
所述双滑轮阔角组包括滑轮安装板、滑轮和可旋调角杆；
两个滑轮转动安装在两块滑轮安装板之间；
可旋调角杆与两块滑轮安装板均固定连接；
两组双滑轮阔角组通过可旋调角杆与固定轴的两端转动连接。
7.根据权利要求6所述的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置，其特征在于，固定轴的端部设置有内螺纹，可旋调角杆的端部设置有与内螺纹配合的外螺纹。
8.根据权利要求7所述的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置，其特征在于，还包括用于支撑受弯混凝土梁的支座以及电液压伺服控制的加载机构，加载机构放置于受弯混凝土梁的上侧，用于为受弯混凝土梁提供持续的疲劳动力荷载，同时也能进行静力加载试验。
9.一种体外预应力加固混凝土梁疲劳试验方法，其特征在于，基于权利要求8所述的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置实施，包括下述步骤：S1. 采用吊车吊装事先预制好的受弯混凝土梁，将受弯混凝土梁的两端放置在支座上，安装电阻应变片、连接线和测试箱，在受弯混凝土梁体外预应力钢索转向位置安装钢索转向组件；
S2. 在受弯混凝土梁两侧安装体外预应力钢索，体外预应力钢索在转向位置穿过双滑轮阔角组上的滑轮，从而保证体外预应力钢索在滑轮两侧的受力相同，且不至于在疲劳荷载作用下发生破坏；
S3. 在试验场地基础上安装滑轨，将两侧的横向限位组件安装在滑轨上，调节限位梁的高度，用于传递受弯混凝土梁侧向偏移产生的不利荷载；
S4. 根据受弯混凝土梁的位置，调节限位梁的伸长量，使限位梁端部的抗摩擦轮与受弯混凝土梁纵截面之间的间隙在预设范围内，保证正常疲劳荷载作用时，抗摩擦轮不与受弯混凝土梁纵截面接触，但当受弯混凝土梁发生侧偏时，则可限制其变形；
S5. 将位移计保护组件安装到受弯混凝土梁跨中截面下侧，在刚性保护盒下方安装位移计，移动刚性平台至接触柱与位移计接触，记录示数指针所指示数，拧紧自锁旋钮；
S6. 通过程序控制加载机构的加载频率和荷载，进行静力荷载试验，读取位移和应变；
S7. 移动刚性平台至接触柱与位移计分离，拧紧自锁旋钮，避免疲劳荷载对位移计产生损坏，通过电脑程序设置疲劳上限、下限荷载大小及作用频率，进行疲劳试验加载；
S8. 移动刚性平台至接触柱与位移计接触，示数指针所指示数与步骤S5中一致，拧紧自锁旋钮，进行第一次疲劳试验后的静力荷载试验，读取位移和应变。
说明书 :
一种体外预应力加固混凝土梁疲劳试验装置及方法
技术领域
背景技术
伤，严重影响结构的安全性。另外，由于目前尚未有成熟的理论模型研究体外预应力加固后
钢筋混凝土梁的疲劳性能，一般通过在实验室开展混凝土梁的累积疲劳损伤试验研究。但
现有疲劳试验对横截面尺寸较小、高宽比较大的梁，容易在多次重复荷载作用下出现侧偏
等现象，严重影响结构的安全性。其次，在疲劳试验过程中，为有效保护位移计在往复循环
加载过程中不发生破坏，需在疲劳试验加载过程中将位移计与梁体分离，而在相应疲劳加
载次数结束后，再次静载过程中保持位移计原有位置不变，保证位移测试的一致性，现有装
置不能达到上述效果。第三，现有体外预应力转向装置不能有效传递钢绞线左右两侧的受
力，在循环往复疲劳荷载作用下，体外预应力钢索容易出现累积疲劳损伤破坏。
发明内容
尺寸的体外预应力加固混凝土梁疲劳试验，既能有效避免疲劳试验梁发生侧翻，也能快速
准确地测试跨中截面的竖向位移，不受疲劳作用次数对位移计初值变化的影响，还能减少
疲劳试验加载过程对体外预应力钢索的疲劳损伤。
架、定位插板和限位梁；两组所述刚性架相对固定在刚性底座上；定位插板固定在两组刚性
架之间，定位插板上由上到下设置有多组定位插孔，每组定位插孔均包括中间孔以及对称
设置在中间孔两侧的侧向孔；限位梁包括两组相对设置的限位插板、连接两组限位插板的
固定杆以及转动安装在两组限位插板端部的抗摩擦轮；限位插板穿过侧向孔；固定杆穿过
中间孔，位于中间孔两侧的杆体上螺纹配合有自锁螺母；抗摩擦轮朝向受弯混凝土梁的纵
截面。
侧的杆体位于锯齿状卡槽中，端部螺纹配合有定位杆固定锁。
离受弯混凝土梁的侧面设置有具有自锁功能的移动滚轮；抗摩擦轮为抗摩擦橡胶轮。
数指针、自锁旋钮和弹簧；刚性保护盒包括顶板、底板以及连接顶板和底板的侧板，底板上
设置有通孔，侧板上设置有滑槽；调节刻度尺设置在刚性保护盒的侧板上；示数指针固定在
刚性平台上；自锁旋钮螺纹安装在刚性平台上；刚性平台的底面设置有接触柱，刚性平台放
置在刚性保护盒内，示数指针朝向调节刻度尺，自锁旋钮穿过滑槽位于刚性保护盒外，接触
柱对准刚性保护盒的通孔；弹簧位于刚性保护盒内，两端分别顶板和刚性平台连接。
调节螺杆；调节螺杆穿过刚性保护盒的底板，位于刚性保护盒底板下方的杆体上固定有调
节螺母。
轮阔角组；两块固定板的上部固定在受弯混凝土梁横截面的两侧，底部通过固定轴连接；双
滑轮阔角组包括滑轮安装板、滑轮和可旋调角杆；两个滑轮转动安装在两块滑轮安装板之
间；可旋调角杆与两块滑轮安装板均固定连接；两组双滑轮阔角组通过可旋调角杆与固定
轴的两端转动连接。
于为受弯混凝土梁提供持续的疲劳动力荷载，同时也能进行静力加载试验。
索转向组件；
劳荷载作用下发生破坏；
与受弯混凝土梁纵截面接触，但当受弯混凝土梁发生侧偏时，则可限制其变形；
前后移动，能适用各种尺寸的受弯混凝土梁的疲劳加载试验；
荷载试验过程中受弯混凝土梁对位移计施力测量位移，仅通过调节刚性平台的位置即可实
现上述功能；
低了钢索在疲劳循环过程中断裂的风险；
效避开跨中截面应变测点，能同时提供竖向位移测点；
测试数据。
附图说明
杆固定锁；1.7‑移动滚轮；2‑滑轨；3‑位移计保护组件；3.1‑调节刻度尺；3.2‑刚性平台；
3.2.1‑接触柱；3.3‑示数指针；3.4‑自锁旋钮；3.5‑弹簧；3.6‑调节螺杆；3.7‑调节螺母；
3.8‑刚性盒盖；3.9‑刚性盒体；3.10‑预留螺栓孔；4‑钢索转向组件；4.1‑固定板；4.2‑固定
轴；4.3‑双滑轮阔角组；4.3.1‑滑轮安装板；4.3.2‑滑轮；4.3.3‑可旋调角杆；4.4‑固定螺
栓；5‑支座；6‑加载机构；101‑受弯混凝土梁；102‑体外预应力钢索。
具体实施方式
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
索102加固，包括对称安装在受弯混凝土梁101横截面两侧的横向限位组件1，用于限制受弯
混凝土梁101在疲劳荷载作用发生侧向失稳；横向限位组件包括刚性底座1.1、刚性架1.2、
定位插板1.3和限位梁1.4；两组所述刚性架1.2相对固定在刚性底座1.1上；定位插板1.3固
定在两组刚性架1.2之间，定位插板1.3上由上到下设置有多组定位插孔，每组定位插孔均
包括中间孔以及对称设置在中间孔两侧的侧向孔；限位梁1.4包括两组相对设置的限位插
板1.4.1、连接两组限位插板1.4.1的固定杆1.4.2以及转动安装在两组限位插板1.4.1端部
的抗摩擦轮1.4.3；限位插板1.4.1穿过侧向孔；固定杆1.4.2穿过中间孔，位于中间孔两侧
的杆体上螺纹配合有自锁螺母1.4.4；抗摩擦轮1.4.3朝向受弯混凝土梁101的纵截面，抗摩
擦轮1.4.3用于受弯混凝土梁101发生侧偏时，直接与受弯混凝土梁101的纵截面接触受力，
限制受弯混凝土梁101发生侧向偏移。通过调整限位梁1.4穿过定位插板1.3不同高度的定
位插孔以调整限位梁1.4的上、下位置。通过调节带有螺纹的固定杆1.4.2控制抗摩擦轮
1.4.3与受弯混凝土梁101之间的距离，间距可在1 2 mm之间，保证有相对宽裕的空间进行
~
裂缝观测。
条形孔，位于限位梁1.4两侧的杆体位于锯齿状卡槽中，端部螺纹配合有定位杆固定锁1.6。
定位杆1.5与锯齿状卡槽用于控制限位梁1.4的前后位置，防止在较大水平荷载作用下，限
位梁1.4发生较大位移。
刚性底座1.1背离受弯混凝土梁101的侧面设置有具有自锁功能的移动滚轮1.7；抗摩擦轮
1.4.3为抗摩擦橡胶轮。移动滚轮1.7能协助刚性底座1.1沿滑轨2移动，从而与受弯混凝土
梁101需要限制的位置相适应，在确定横向限位组件的位置后，可通过固定移动滚轮1.7固
定其位置。
载时位移计与梁体接触；位移计保护组件3包括刚性保护盒、调节刻度尺3.1、刚性平台3.2、
示数指针3.3、自锁旋钮3.4和弹簧3.5；刚性保护盒包括顶板、底板以及连接顶板和底板的
侧板，底板上设置有通孔，侧板上设置有滑槽；调节刻度尺3.1设置在刚性保护盒的侧板上；
示数指针3.3固定在刚性平台3.2上；自锁旋钮3.4螺纹安装在刚性平台3.2上；刚性平台3.2
的底面设置有接触柱3.2.1，刚性平台3.2放置在刚性保护盒内，示数指针3.3朝向调节刻度
尺3.1，自锁旋钮3.4穿过滑槽位于刚性保护盒外，接触柱3.2.1对准刚性保护盒的通孔；弹
簧3.5位于刚性保护盒内，两端分别顶板和刚性平台3.2连接。
有调节螺杆3.6；调节螺杆3.6穿过刚性保护盒的底板，位于刚性保护盒底板下方的杆体上
固定有调节螺母3.7。旋转调节螺母3.7将带动调节螺杆3.6旋转，从而调整调节刻度尺3.1
在刻度尺安装槽内的高度。
进行焊封，通过螺栓将刚性保护盒固定在梁底所需位置处。
在疲劳试验过程中钢索摩擦断裂；钢索转向组件4包括固定板4.1、固定轴4.2和双滑轮阔角
组4.3；两块固定板4.1的上部通过固定螺栓4.4固定在受弯混凝土梁101横截面的两侧，底
部通过固定轴4.2连接；双滑轮阔角组4.3包括滑轮安装板4.3.1、滑轮4.3.2和可旋调角杆
4.3.3；两个滑轮4.3.2转动安装在两块滑轮安装板4.3.1之间；可旋调角杆4.3.3与两块滑
轮安装板4.3.1均固定连接；两组双滑轮阔角组4.3通过可旋调角杆4.3.3与固定轴4.2的两
端转动连接。该双滑轮阔角组4.3将根据受力绕固定轴4.2自发地旋转至合适位置，增加钢
索角度，减少折断危险。
的上侧，能通过电脑程序设定合适的疲劳上限、下限荷载值及疲劳加载频率，且具有较高的
疲劳加载稳定性，用于为受弯混凝土梁101提供持续的疲劳动力荷载，同时也能进行静力加
载试验。
件1的横向可调节范围为0 1000 mm，高度可调节区间为0 1400 mm，横向限位组件1高度可
~ ~
为0.5 1.9m，铸铁厚度为3 cm，能保证在较大荷载作用不产生变形。刚性保护盒由钢板焊接
~
而成，其尺寸较受弯混凝土梁101小，长、宽和高可设定为100 mm×100 mm×100mm，刚性保
护盒下侧开设的圆孔能满足位移计或千分表的表头指针通过，尺寸可设定为1 cm。钢索转
向组件4由硬度和强度较大的钢板整体压制形成，能够承受由单根体外预应力钢绞线在
1400 MPa，换算成荷载约400 kN的力。
3.5表面需要涂抹润滑油，保证其在室内环境中不发生锈蚀。
置安装钢索转向组件4；
侧的受力相同，且不至于在疲劳荷载作用下发生破坏；
缝，避免对受弯混凝土梁101跨中截面粘贴的应变传感器造成损伤，调节限位梁1.4的高度，
用于传递受弯混凝土梁101侧向偏移产生的不利荷载；
用时，抗摩擦轮1.4.3不与受弯混凝土梁101纵截面接触，但当受弯混凝土梁101发生侧偏
时，则可限制其变形；
数，拧紧自锁旋钮3.4；
试验加载；
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。