一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置及试验方法

摘要

本发明公开一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置及试验方法，装置包括缆索张拉锚固系统、试验缆索和索夹、吊杆张拉测量系统及索夹预紧力、位移测量系统；该装置能够重演索夹在工程结构中的真实受力状态和滑移失效行为，可匹配安装销接式和骑跨式两种主要类型索夹，节省试验成本，并能够开展“短期加载”和“长期持荷”两种工况测试。试验方法需要基于该装置实施，以某一级吊杆拉力荷载持荷状态下位移计示值出现“跳跃”或“蠕变”作为“临界滑移状态”特征；不论“短期加载”还是“长期持荷”测试，均以“临界滑移状态”之后“稳定状态”下的吊杆拉力值作为试验索夹的抗滑承载力或剩余抗滑承载力测试结果。

权利要求

1.一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力的试验装置，其特征在于：包括缆索张拉锚固系统、吊杆张拉测量系统、试验缆索、试验索夹、索夹螺栓预紧力测量传感器、索夹滑移量测量位移计及位移计探针限位板；所述缆索张拉锚固系统用于张拉和锚固所述试验缆索；所述试验索夹通过索夹螺栓预紧在张紧后的所述试验缆索上；所述吊杆张拉测量系统与试验索夹连接后，通过张拉吊杆对所述试验索夹施加拉力；所述索夹螺栓上安装有索夹螺栓预紧力测量传感器，所述索夹螺栓预紧力测量传感器与数据采集设备联接；所述试验索夹与试验缆索之间安装有多组索夹滑移量测量位移计和位移计探针限位板；所述吊杆张拉测量系统包括叉耳、连接承板、脚撑、吊杆拉力传感器、千斤顶、支座拉杆和反力支座；销接螺栓与叉耳用于连接试验索夹；所述张拉吊杆的两端区域车有螺纹，所述张拉吊杆的一端通过叉耳锚固螺母锚固于叉耳上，另一端用吊杆张拉螺母锚固在千斤顶头部；所述千斤顶顶出产生的反力先由所述连接承板承受，所述连接承板再通过支座拉杆将反力传递给反力支座；所述千斤顶尾部与连接承板之间垫设有所述吊杆拉力传感器和脚撑；所述张拉吊杆穿过连接承板处的杆长区域车有螺纹，在此螺纹处安装吊杆锚固螺母，将吊杆锚固螺母旋紧于连接承板板面后，可卸载千斤顶，此时张拉吊杆的拉力将通过吊杆锚固螺母传递给连接承板；当所述吊杆锚固螺母处于旋紧状态下时，可拆除千斤顶和吊杆拉力传感器；承板锚固螺母和支座锚固螺母分别用于支座拉杆两端与连接承板和反力支座的顶板栓接。

2.根据权利要求1所述的基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力的试验装置，其特征在于：所述试验索夹采用销接式索夹或骑跨式索夹，销接式索夹或骑跨式索夹均可与所述吊杆张拉测量系统匹配连接；所述销接式索夹设置有带销孔的耳板，带销孔的耳板通过销接螺栓和所述吊杆张拉测量系统的叉耳销接；所述骑跨式索夹设置有带绳圈接头的钢丝绳，所述钢丝绳骑跨在骑跨式索夹的缆槽中，所述绳圈接头套在叉耳外侧的销接螺栓的杆上，实现与吊杆张拉测量系统的连接。

3.根据权利要求1所述的基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力的试验装置，其特征在于：所述吊杆拉力传感器为穿心式压力传感器，所述吊杆拉力传感器测得的千斤顶尾部产生的压力反力等于吊杆的张拉力，所述吊杆拉力传感器与数据采集设备联接。

4.根据权利要求1所述的基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力的试验装置，其特征在于：张紧后的所述试验缆索及试验索夹的轴线与所述张拉吊杆的拉力轴线之间呈倾斜夹角，倾斜夹角的角度值参照实际结构或根据试验要求事先确定。

5.一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验方法，应用于权利要求1‑4中任一项所述的基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置，其特征在于：

包括短期加载和长期持荷两种工况的测试，

所述短期加载的测试方法是：按指定索夹螺栓预紧力紧固好试验索夹后，逐级加载张拉吊杆，同时记录加载过程索夹螺栓的预紧力、张拉吊杆的拉力与索夹滑移量测量位移计的示值，直至出现临界滑移状态，此时千斤顶的液压泵停机持荷，直至索夹滑移量测量位移计示值稳定，记录稳定状态下索夹螺栓的预紧力、张拉吊杆的拉力与索夹滑移量测量位移计的示值；

所述长期持荷的测试方法是，按指定索夹螺栓预紧力紧固好试验索夹后，按指定张拉吊杆的拉力张拉所述张拉吊杆；旋紧吊杆锚固螺母，使张拉吊杆处于长期持荷状态，按指定频次记录测试周期内索夹螺栓预紧力测量传感器和索夹滑移量测量位移计的实时数据，待测试周期结束时再次按短期加载测试方法测量试验索夹的剩余抗滑承载力。

说明书

一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置及试验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及桥梁、空间结构建筑技术领域，特别是涉及一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置及试验方法。

背景技术

[0002] 悬索桥的主缆和建筑索拱桁架结构的主拉索均为大跨度结构中的重要的受拉承重构件，统称“缆索”。缆索一般由高强钢丝、钢绞线、钢丝绳组成的钢丝束构成，具有轻质高强、柔韧性好等优点。缆索上设置有按一定间距分布的索夹，用于箍紧缆索，并与吊索(悬索桥)、次拉索或拉杆(索拱桁架)等受拉传力构件连接，共同组成缆索承重体系。索夹因为倾角和不平衡力的原因，会受到沿轴向的拉力分力，该分力导致索夹产生滑移倾向，可称为“滑移力”。索夹通常由两半块对合的索夹体组成，用预应力高强螺栓副紧固在缆索上，因此具有一定的抗滑承载力。设计要求索夹的抗滑承载力足以抵抗吊索、次拉索或拉杆产生的滑移力，方能使索夹节点连接稳定。当抗滑承载力不足时，索夹将沿缆索轴向滑动，刮伤缆索表面，索夹错位将导致结构内力重分配，结构刚度减小，影响结构功能或安全。因此索夹的抗滑承载力是悬索桥和建筑索拱桁架结构体系的重要性能指标。

[0003] 尽管行业规范给出了索夹抗滑承载力的一般经验计算公式，由于索夹节点结构形式的多样性及其受力模式的复杂性、摩擦系数的不确定性、螺栓松弛行为导致的紧固弱化等众多原因，不同类型索夹的滑移失效模式、实际抗滑承载力及其劣化规律尚无统一的认识和较为清晰的解答。所以索夹抗滑承载力试验依然是研究索夹抗滑承载力和工程检验的必要手段。

[0004] 当前行业内开展的索夹抗滑承载力试验均为使用千斤顶沿缆索轴向顶推索夹的加载试验，这种加载方式与实际结构中的索夹的受力模式差异明显，无法重演真实的索夹滑移失效行为，故无法获知真实的索夹抗滑承载力，仅能得到索夹与缆索摩擦副的名义摩擦系数。发明人的论文Theoretical and numerical studies ofthe slip resistance of main cable clamp composed ofan upper and a lowerpart[J].Advances in Structural Engineering,2021,24(4):691‑705.对此有深入阐述。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够重演工程结构中索夹实际的滑移失效行为，据此方能获知实际的索夹抗滑承载力。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力的试验装置，包括缆索张拉锚固系统、吊杆张拉测量系统、试验缆索、试验索夹、索夹螺栓预紧力测量传感器、索夹滑移量测量位移计及位移计探针限位板；所述缆索张拉锚固系统用于张拉和锚固所述试验缆索；所述试验索夹通过索夹螺栓预紧在张紧后的所述试验缆索上；所述吊杆张拉测量系统与试验索夹连接后，通过张拉吊杆对所述试验索夹施加拉力；所述索夹螺栓上安装有索夹螺栓预紧力测量传感器，所述索夹螺栓预紧力测量传感器与数据采集设备联接；所述试验索夹与试验缆索之间安装有多组索夹滑移量测量位移计和位移计探针限位板。

[0007] 优选地，所述试验索夹采用销接式索夹或骑跨式索夹，销接式索夹或骑跨式索夹均可与所述吊杆张拉测量系统匹配连接；所述销接式索夹设置有带销孔的耳板，带销孔的耳板通过销接螺栓和所述吊杆张拉测量系统的叉耳销接；所述骑跨式索夹设置有带绳圈接头的钢丝绳，所述钢丝绳骑跨在骑跨式索夹的缆槽中，所述绳圈接头套在叉耳外侧的销接螺栓的杆上，实现与吊杆张拉测量系统的连接。

[0008] 优选地，所述吊杆张拉测量系统包括叉耳、连接承板、脚撑、吊杆拉力传感器、千斤顶、支座拉杆和反力支座；销接螺栓与叉耳用于连接试验索夹；所述张拉吊杆的两端区域车有螺纹，所述张拉吊杆的一端通过叉耳锚固螺母锚固于叉耳上，另一端用吊杆张拉螺母锚固在千斤顶头部；所述千斤顶顶出产生的反力先由所述连接承板承受，所述连接承板再通过支座拉杆将反力传递给反力支座；所述千斤顶尾部与连接承板之间垫设有所述吊杆拉力传感器和脚撑；所述张拉吊杆穿过连接承板处的杆长区域车有螺纹，在此螺纹处安装吊杆锚固螺母，将吊杆锚固螺母旋紧于连接承板板面后，可以卸载千斤顶，此时张拉吊杆的拉力将通过吊杆锚固螺母传递给连接承板；当所述吊杆锚固螺母处于旋紧状态下时，可拆除千斤顶和吊杆拉力传感器；承板锚固螺母和支座锚固螺母分别用于支座拉杆两端与连接承板和反力支座的顶板栓接。

[0009] 优选地，所述吊杆拉力传感器为穿心式压力传感器，所述吊杆拉力传感器测得的千斤顶尾部产生的压力反力等于吊杆的张拉力，所述吊杆拉力传感器与数据采集设备联接。

[0010] 优选地，张紧后的所述试验缆索及试验索夹的轴线与所述张拉吊杆的拉力轴线之间呈倾斜夹角，该角度值参照实际结构或根据试验要求事先确定。

[0011] 本发明还提供一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验方法，应用于上述的基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置，包括短期加载和长期持荷两种工况的测试，[0012] 所述短期加载的测试方法是：按指定索夹螺栓预紧力紧固好试验索夹后，逐级加载张拉吊杆，同时记录加载过程索夹螺栓的预紧力、张拉吊杆的拉力与索夹滑移量测量位移计的示值，直至出现临界滑移状态，此时千斤顶的液压泵停机持荷，直至索夹滑移量测量位移计示值稳定，记录稳定状态下索夹螺栓的预紧力、张拉吊杆的拉力与索夹滑移量测量位移计的示值；

[0013] 所述长期持荷的测试方法是，按指定索夹螺栓预紧力紧固好试验索夹后，按指定张拉吊杆的拉力张拉所述张拉吊杆；旋紧吊杆锚固螺母，使张拉吊杆处于长期持荷状态，按指定频次记录测试周期内索夹螺栓预紧力测量传感器和索夹滑移量测量位移计的实时数据，待测试周期结束时再次按短期加载测试方法测量试验索夹的剩余抗滑承载力。

[0014] 本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

[0015] 其一，区别于当前索夹顶推加载试验装置，本发明公开的试验装置通过吊杆对试验缆索索夹施加拉力荷载，能够模拟索夹在工程结构中的实际受力模式，且可以开展“短期加载”和“长期持荷”2种工况的测试，从而能够重演工程结构中索夹实际的滑移失效行为，据此方能获知实际的索夹抗滑承载力。

[0016] 其二，本发明公开的试验装置可以匹配安装销接式索夹和骑跨式索夹两种主要类型的索夹，一套装置可支持多类型索夹抗滑试验，减少了试验成本。

[0017] 其三，区别于当前索夹顶推加载试验方法，本发明公开的试验方法，基于吊杆张拉试验装置，包括“短期加载”和“长期持荷”2种工况测试，“短期加载”测试能够在设定的索夹预紧力条件下，在一天时间内测试得到索夹的抗滑承载力；“长期持荷”测试能够真实重演索夹在长期使用当中，经历必然发生的螺栓松弛和抗滑承载力劣化，尔后出现的滑移失效行为，从而测得预定测试周期结束时索夹的实际剩余抗滑承载力。

[0018] 其四，本发明公开的试验方法，定义索夹抗滑承载力或剩余抗滑承载力为“‘临界滑移状态’之后‘稳定状态’下的吊杆拉力值”；而非当前行业内的笼统的标准：以“滑移量明显、迅速增加”时刻对应的荷载作为索夹抗滑承载力的判定依据。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0020] 图1为基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置(安装销接式试验索夹)的侧视图；

[0021] 图2为基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置(安装销接式试验索夹)的立面图；

[0022] 图3为基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置(安装骑跨式试验索夹)的侧视图；

[0023] 图4为基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置(安装骑跨式试验索夹)的立面图；

[0024] 图5为索夹滑移量测量位移计布置示意图；

[0025] 图6为销接式索夹短期加载抗滑承载力试验的力‑位移曲线图；

[0026] 图中：1‑缆索张拉锚固系统，2‑缆索张拉锚固系统，3‑试验缆索，4‑索夹螺栓，5‑销接式索夹，6‑耳板，7‑销接螺栓，8‑叉耳，9‑张拉吊杆，10‑连接承板，11‑脚撑，12‑索夹螺栓预紧力测量传感器，13‑叉耳锚固螺母，14‑承板锚固螺母，15‑吊杆锚固螺母，16‑吊杆拉力传感器，17‑千斤顶，18‑吊杆张拉螺母，19‑支座锚固螺母，20‑反力支座，21‑支座拉杆，22‑骑跨式索夹，23‑钢丝绳，24‑绳圈接头，25‑索夹滑移量测量位移计，26‑位移计探针限位板。

具体实施方式

[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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。

[0028] 本发明的目的是提供一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力试验装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够重演工程结构中索夹实际的滑移失效行为，据此方能获知实际的索夹抗滑承载力。

[0029] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0030] 如图1‑图6所示，本实施例提供一种基于吊杆张拉的索夹抗滑承载力的试验装置，包括缆索张拉锚固系统、吊杆张拉测量系统、试验缆索3、试验销接式索夹5、索夹螺栓预紧力测量传感器12、索夹滑移量测量位移计25及位移计探针限位板26。

[0031] 其中，缆索张拉锚固系统1和缆索张拉锚固系统2用于张拉和锚固试验缆索3的两端，试验销接式索夹5通过索夹螺栓4预紧在张紧后的试验缆索3上；吊杆张拉测量系统与试验索夹连接后，通过张拉吊杆9对试验索夹施加拉力，模拟实际结构中索夹承受的吊索(拉索或拉杆)拉力荷载。

[0032] 其中，试验销接式索夹5的每根索夹螺栓4安装有一个索夹螺栓预紧力测量传感器12，索夹螺栓预紧力测量传感器12与数据采集设备连接，可实时测量索夹螺栓4预紧力的大小变化；试验销接式索夹5与试验缆索3之间安装多组索夹滑移量测量位移计25和位移计探针限位板26，形成多个位移测点，用于测量索夹各个部位相对于缆索的位移量。

[0033] 其中，吊杆张拉测量系统包括销接螺栓7、叉耳8、张拉吊杆9、连接承板10、脚撑11、吊杆拉力传感器16，千斤顶17、支座拉杆21、反力支座20、叉耳锚固螺母13、吊杆张拉螺母18、吊杆锚固螺母15、承板锚固螺母14、支座锚固螺母19；销接螺栓7与叉耳8用于连接试验索夹；张拉吊杆9在两端区域车螺纹，一端用叉耳锚固螺母13锚固于叉耳8，另一端用吊杆张拉螺母18锚固在千斤顶17头部；千斤顶17顶出产生的反力先由连接承板10承受，连接承板
10再通过支座拉杆21将反力传递给反力支座20；千斤顶17尾部与连接承板10之间垫上吊杆拉力传感器16和脚撑11，吊杆拉力传感器16为穿心式压力传感器，其测得的千斤顶17尾部产生的压力反力等于张拉吊杆9的张拉力，吊杆拉力传感器16与数据采集设备连接，可实时测量张拉吊杆9拉力大小变化；张拉吊杆9穿过连接承板10处的杆长区域车螺纹，在此处(脚撑11一侧)安装吊杆锚固螺母15将吊杆锚固螺母15旋紧于连接承板10板面后，可以卸载千斤顶17，此时吊杆拉力将通过吊杆锚固螺母15传递给连接承板10，吊杆锚固螺母15旋紧状态下可以选择暂时拆除千斤顶17和吊杆拉力传感器16，以方便开展长期持荷试验；承板锚固螺母14和支座锚固螺母19分别用于支座拉杆21两端与连接承板10和反力支座20的顶板栓接。

[0034] 其中，张紧后的试验缆索3及试验索夹的轴线与张拉吊杆9拉力轴线之间呈一定倾斜夹角(非垂直关系)，该角度值参照实际结构或根据试验需要事先确定，通过倾角仪等角度测量设备测量，作为试验的已知参数。

[0035] 如图3和图4所示分别是安装了试验骑跨式索夹22的本发明实施试验装置的侧视图和立面图，与图1和图2所示为同一套试验装置，可见两种主要类型索夹均可与同一套吊杆张拉测量系统匹配连接：销接式索夹5具有带销孔的耳板6，通过销接螺栓7和吊杆张拉测量系统的叉耳8销接(如图1和图2所示)；骑跨式索夹22具有带绳圈接头24的钢丝绳23，钢丝绳23骑跨在骑跨式索夹22的缆槽中，绳圈接头24套在叉耳8板外侧销接螺栓7的杆上，实现与吊杆张拉测量系统的连接(如图3和图4所示)。

[0036] 基于本发明公开的试验装置的索夹抗滑承载力的试验方法，基本实施步骤顺序是：采用缆索张拉锚固系统张紧试验缆索3→预紧试验索夹并安装索夹螺栓预紧力测量传感器12→安装吊杆张拉测量系统→正式紧固试验索夹→安装索夹滑移量测量位移计25、位移计探针限位板26→张拉吊杆9张拉加载测试→试验数据处理。

[0037] 其中，如图5所示为试验索夹的索夹滑移量测量位移计25和位移计探针限位板26的布置示意图，位移计测点应布置多个，并对称分布在索夹上下左右不同位置，位移计的布置数量宜为8个。

[0038] 其中，本发明公开的试验方法包括“短期加载”和“长期持荷”2种工况的测试；“短期加载”测试的方法是，按指定索夹螺栓4预紧力紧固好索夹后，逐级加载张拉张拉吊杆9，同时记录加载过程索夹螺栓4预紧力、张拉吊杆9拉力与索夹滑移量测量位移计25示值直至出现“临界滑移状态”，此时千斤顶17液压泵停机持荷，直至索夹滑移量测量位移计25示值稳定(时长一般在20小时以内)，记录稳定状态下索夹螺栓4预紧力、张拉吊杆9拉力与索夹滑移量测量位移计25示值；“长期持荷”测试的方法是，按指定索夹螺栓4预紧力紧固好索夹后，按指定张拉吊杆9拉力张拉的张拉吊杆9，该荷载不会导致索夹立即出现滑移失效，旋紧吊杆锚固螺母15，使张拉吊杆9处于长期持荷状态，按指定频次记录测试周期内索夹螺栓预紧力测量传感器12和索夹滑移量测量位移计25的实时数据，待测试周期结束时再次按“短期加载”测试方法测量索夹的剩余抗滑承载力。

[0039] 其中，“临界滑移状态”的特征是，在某一级吊杆拉力荷载持荷状态下，索夹滑移量测量位移计25示值出现“跳跃”或“蠕变”，即在短时间内无法维持恒定示值。

[0040] 其中，不论“短期加载”还是“长期持荷”测试，试验索夹的抗滑承载力或剩余抗滑承载力的判定依据都是，“临界滑移状态”之后“稳定状态”下的张拉吊杆9拉力值。

[0041] 如图6所示为本发明实施得到的销接式索夹短期加载抗滑承载力试验的力‑位移曲线图(吊点竖向拉力‑索夹滑移量曲线图)，其中“索夹滑移量”为8个位移计示值的平均值，由于多个位移计呈空间对称布置，取平均后可最大限度抵消缆索弯曲变形导致的“虚假滑移”测量结果，有助于提高初期微小滑移阶段索夹滑移量的测量精度。图中4条曲线分别是在索夹螺栓预紧力为83、103、121、139kN条件下的测试结果，各条曲线最后一个数据点对应的吊点竖向拉力值为索夹的实际抗滑承载力试验结果。由于索夹能够在该力值条件下稳定持荷，故该力值最符合“抗滑承载力”的概念和含义。

[0042] 事实上，索夹滑移量明显、迅速增加时，索夹处于非稳定平衡(瞬态平衡)状态，测试系统的力值和位移值正处在时刻变化当中，这一状态发生在一段时间内，而非一个准确的时刻，最终选作抗滑承载力的力值就难免具有一定随意性；再者，“滑移量明显、迅速增加”的辨识来源于力‑位移曲线的刻画，而该曲线的形态与试验加载制度等试验参数有关，不同的加载分级、持荷时间、螺栓预紧力，得到的力‑位移曲线会有明显差异，与之对应的“抗滑承载力”就难免有较大离散性，增加了试验数据处理和结论分析的难度。然而，基于本发明公开的技术方案，“临界滑移状态”之后“稳定状态”下的吊杆拉力是索夹处于稳定平衡状态下所持有的拉力荷载，是最符合“承载能力”概念、含义的拉力荷载，可直接以吊杆拉力测量传感器的稳定示值取定，无需绘制力‑位移曲线，无需增加人为判断。

[0043] 需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

[0044] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。