專利名稱：預(yù)應(yīng)力拼裝桁梁自平衡式試驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種混凝土梁靜載彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置，尤其是指一種采用試驗(yàn)加載力自平衡原理，具有預(yù)應(yīng)力桁梁的可組拼成多種標(biāo)準(zhǔn)跨度便于拼裝搬遷的混凝土橋梁靜載試驗(yàn)臺(tái)。
目前，受彎混凝土構(gòu)件均需做靜載彎曲試驗(yàn)，因而靜載試驗(yàn)裝置是必需的。例如，預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋梁的靜載試驗(yàn)裝置通常是采用基坑(36m×3.5m×4m)鋼筋混凝土配重式原理的靜載試驗(yàn)臺(tái)座，如

圖12所示，它是用錨固在地基混凝土配重(18)上的五個(gè)龍門架(19)和千斤頂傳遞試驗(yàn)荷載的一種固定式試驗(yàn)臺(tái)座(見圖13)。這種配重式固定試驗(yàn)臺(tái)座，其土方量504m3；污工量灌注鋼筋混凝土512m3；配重(18)總重1280t；總投資40～50萬(wàn)元；每搬遷一次造成經(jīng)濟(jì)損失30～40萬(wàn)元。由此可見配重式固定試驗(yàn)臺(tái)座建造耗費(fèi)工時(shí)、材料較大，尤其是流動(dòng)制梁場(chǎng)，每搬遷一次均要建造、炸毀，不僅污工大，廢碴無(wú)處倒埋，而且浪費(fèi)嚴(yán)重，損失巨大。因此，傳統(tǒng)的配重式固定靜載試驗(yàn)臺(tái)座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不適合搬遷，尤其難以滿足新線鐵路建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)制梁的需要。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種不需配重的、拼裝式的、適合搬遷的預(yù)應(yīng)力拼裝桁梁自平衡式試驗(yàn)臺(tái)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，它由桁梁、千斤頂、豎拉桿、支座橫梁組成，所述桁梁位于試驗(yàn)梁上方，所述千斤頂位于試驗(yàn)梁與桁梁之間，所述支座橫梁位于試驗(yàn)梁兩端支座下方，所述豎拉桿用于桁梁與支座橫梁聯(lián)結(jié)。
在所述支座橫梁下方放置底座。在所述桁梁與底座之間用斜撐桿聯(lián)結(jié)。在所述桁梁下方設(shè)置千斤頂橫梁，千斤頂位于千斤頂橫梁下方，桁梁縱向中心線與千斤頂橫梁中心、千斤頂、試驗(yàn)梁腹板中心在同一條直線上。
所述自平衡式試驗(yàn)臺(tái)系采用通用標(biāo)準(zhǔn)桿件拼裝而成，桁梁弦桿數(shù)量距跨中越近，其桿件數(shù)量越多，桁梁斜桿數(shù)量距跨中越近，其桿件數(shù)量越少。桁梁弦桿由標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)4m桿件組成，可拼裝成跨度為倍數(shù)4的各種試驗(yàn)臺(tái)。桁梁的弦桿及斜桿采用高強(qiáng)螺栓聯(lián)結(jié)，其余桿件用普通螺栓聯(lián)結(jié)。
桁梁在其跨中附近區(qū)段，通過特制異形節(jié)點(diǎn)板，在緊靠原上、下弦桿的上、下方，增加上、下弦桿(20、20′)數(shù)量，使桁高增大。所述的特制異形節(jié)點(diǎn)板帶有水平弦桿孔眼4排2組及斜向斜桿孔眼兩組、鉛垂豎桿孔眼一組。
桁梁(11)設(shè)有張拉的高強(qiáng)力筋(11)，且該力筋(11)錨固在絎梁(1)兩端，通過施加預(yù)應(yīng)力，使桁梁預(yù)設(shè)反拱，即減小了彎曲變形，同時(shí)又在加載時(shí)適量抵消了弦桿內(nèi)力。
所述預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)力筋穿入雙主絎之間按二次拋物線設(shè)置，其軌跡支承點(diǎn)分別設(shè)置在各豎桿之上。
由于采用上述技術(shù)方案，使靜載試驗(yàn)加載力在桁梁、試驗(yàn)梁及豎拉桿組成的閉合力系中自我平衡，省去了基坑鋼筋混凝土配重，簡(jiǎn)單輕便，改進(jìn)了傳統(tǒng)的靠基坑鋼筋混凝土配重來(lái)解決加載力的反力平衡的落后方法。靜載試驗(yàn)裝備由固定式變?yōu)槠囱b式，使一次性使用變?yōu)榭芍貜?fù)使用，避免了試驗(yàn)臺(tái)座建造-炸毀-建造-炸毀的工、料費(fèi)等搬遷損失。拆裝方便、造價(jià)低廉、便于運(yùn)輸、可全部搬走，反復(fù)使用，尤其適合于新線鐵路建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)制梁的需要，從根本上解決了橋梁靜載試驗(yàn)臺(tái)座的搬遷問題，因此它的突出優(yōu)勢(shì)在可搬性。經(jīng)濟(jì)性、簡(jiǎn)便性是本試驗(yàn)臺(tái)的重要特征。
以下結(jié)合附圖以跨度為32米鐵路梁的靜載試驗(yàn)臺(tái)為例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1是本實(shí)用新型的組裝示意圖圖2是本實(shí)用新型的桁梁立體圖圖3是圖1的Ⅰ-Ⅰ截面圖圖4是圖1的Ⅱ-Ⅱ截面圖圖5是圖1的Ⅲ-Ⅲ截面圖圖6是本實(shí)用新型的桁梁主視圖圖7是本實(shí)用新型的桁梁俯視圖圖8是特制異形節(jié)點(diǎn)板聯(lián)結(jié)圖圖9是圖8的C-C截面圖圖10是特制異形節(jié)點(diǎn)板零件圖圖11是千斤頂橫梁安裝位置圖圖12是配重式固定試驗(yàn)臺(tái)座示意圖圖中1．預(yù)應(yīng)力桁梁 2．千斤頂橫梁3．千斤頂橫梁支承 4．加載千斤頂5．試驗(yàn)梁 6．豎拉桿7．斜撐桿 8．橋梁友座9．支座橫梁 10．底座11．預(yù)應(yīng)力弦拉力筋12．(12′)雙層變截面上雙層(下)弦桿13．(13′)萬(wàn)能桿件14．特制異形節(jié)點(diǎn)板15．特制異形節(jié)點(diǎn)板弦桿用孔眼16．特制異形節(jié)點(diǎn)板斜桿用孔眼17．特制異形節(jié)點(diǎn)板豎桿用孔眼18．配重式固定試驗(yàn)臺(tái)座基坑混凝土
19．配重配重式固定試驗(yàn)臺(tái)座龍門架20(20′)弦桿 21(21′)斜桿22(22′)豎桿 23高強(qiáng)螺栓如圖1所示，預(yù)應(yīng)力拼裝桁梁自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，由應(yīng)力拼裝桁梁(1)、千斤頂橫梁(2)千斤頂橫梁支承(3)加載千斤頂(4)豎拉桿(6)斜撐桿(7)橋梁支座(8)、支座橫梁(9)、底座(10)組成。以上各部件相互聯(lián)結(jié)的位置關(guān)系為預(yù)應(yīng)力拼裝桁梁(1)兩端分別與豎拉桿(6)和斜撐桿(7)的上端栓聯(lián)。豎拉桿(6)和斜撐桿(7)的下端分別與支座橫梁(9)和底座(10)栓聯(lián)。置于桁梁(1)與底座(10)之間的試驗(yàn)梁(5)的兩端分別壓在橋梁支座(8)之上。橋梁支座(8)下方依次為支座橫梁(9)和底座(10)。又如圖11所示，加載千斤頂(4)放置于試驗(yàn)梁(5)橋面之上，其上方為千斤頂橫梁(2)，桁梁(1縱向中心線與千斤頂橫梁(2)中心、千斤頂(4)、試驗(yàn)梁(5)腹板中心在同一條直線上。千斤頂橫梁(2)上方與千斤頂橫梁支承用螺栓聯(lián)結(jié)、或如圖1跨中所示直接與桁梁下弦桿成栓聯(lián)，千斤頂橫梁支承(3)上平面與桁梁雙層下弦桿(20′)栓聯(lián)。
此預(yù)應(yīng)力拼裝桁梁自平衡式試驗(yàn)臺(tái)的工作原理為針對(duì)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)控制跨度32m試驗(yàn)梁，實(shí)施5點(diǎn)加載，加載點(diǎn)間距4m，加載噸位為60t/點(diǎn)×5點(diǎn)=300t.當(dāng)試驗(yàn)荷載由加載千斤頂(4)傳遞給千斤頂橫梁(2)，又由千斤頂橫梁(2)將荷載力分配在內(nèi)、外側(cè)主桁梁節(jié)點(diǎn)上時(shí)，由桁梁(1)抵抗60t/點(diǎn)×5點(diǎn)=300t向上荷載產(chǎn)生的彎曲內(nèi)力上與撓變形，再由桁梁(1)兩端的豎拉桿(6)將外荷載力傳遞給支座橫梁(9)，對(duì)豎拉桿(6)產(chǎn)生一個(gè)向上的拉力，(每端為
=150t)；加載千斤頂(4)對(duì)桁梁(1)產(chǎn)生向上的力的同時(shí)，對(duì)試驗(yàn)梁(5)產(chǎn)生向下的壓力(60t/點(diǎn)×5點(diǎn)=300t)，試驗(yàn)梁(5)兩端所承受的壓力為
=150t，通過橋梁支座(8)傳遞給友座橫梁(9)，對(duì)豎拉桿(6)產(chǎn)生一個(gè)向下的拉力(每端為
=150t)，向上和向下的兩個(gè)等量反向的力，在閉合框架的力系中，相互抵消，自行平衡，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)梁(5)的靜載彎曲試驗(yàn)。由于采用了新型的自平衡式設(shè)計(jì)原理，使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需配重；首次將傳統(tǒng)配重式固定試驗(yàn)臺(tái)座變?yōu)樽云胶馐皆囼?yàn)臺(tái)。
如圖6、圖7所示預(yù)應(yīng)力拼裝桁梁(1)的構(gòu)造系采用M型(或N型)通用標(biāo)準(zhǔn)萬(wàn)能桿件(13、13′)拼裝而成，其桿件材質(zhì)為15MnVq(或16Mnq)。桁梁(1)由主桁架及上下平聯(lián)、斜撐構(gòu)成，桁架節(jié)間間距模數(shù)為2m。桁梁(1)采用單層雙主桁(小跨度可用單主桁)雙向變截面人字形腹桿鋼桁梁。由于采用萬(wàn)能桿件拼裝式，使試驗(yàn)臺(tái)跨度可任意組合成4m的倍數(shù)，使其適用于鐵路梁的各種標(biāo)準(zhǔn)跨度系列，如16m、20、24m、32m等等。由于實(shí)用新型的底座(10)豎拉桿(6)斜撐桿(7)桁梁(1)支撐橫梁(9)都是拼裝而成的，因而極易拆裝搬遷，反復(fù)使用，將固定式試驗(yàn)臺(tái)座變?yōu)榭梢苿?dòng)的試驗(yàn)臺(tái)，尤其適用于新線鐵路建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)制梁的需要。
如前文所述，試驗(yàn)梁的加載噸位為300t，因而桁梁(1)所受的向上荷載也是300t，要使桁梁(1)承受這樣大的荷載，就要將桁梁(1)加寬加高或增加桁架層數(shù)，然而這樣會(huì)使桁梁自重增加，而且由于高度尺寸過大而使穩(wěn)定性很差。在本實(shí)用新型中，采用了下述技術(shù)方案，使得不過多增大尺寸、自重的前提下，大大提高了桁梁抗彎強(qiáng)度。
如圖3、圖4、圖5所示，桁梁(1)其橫截面在縱向變化為弦桿(20、20′)及雙層變截面弦桿(12、12′)的數(shù)量越接近跨中，每組桿件越多，即4M1→6M1→8M1→16M1；而斜桿(21)數(shù)量越接近跨中，每組桿件越少，即8M3→6M3→4M3。弦桿與斜桿數(shù)量的這種配置，即滿足構(gòu)造要求，又與桁梁桿件內(nèi)力(拉、壓)圖相對(duì)應(yīng)，完全滿足了試驗(yàn)需要。因此，大量節(jié)省了用鋼量，使整個(gè)結(jié)構(gòu)輕便、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。
如圖6及圖4、圖5所示，桁梁(1)在跨中區(qū)段采用高度方向變截面。即上弦桿(20)在跨中12m區(qū)段和下弦桿(20′)在跨中8m區(qū)段各增加一倍弦桿，形成雙層上弦桿(12)和雙層下弦桿(12′)(注雙層弦桿并非雙層桁梁)。它加強(qiáng)了試驗(yàn)荷載作用下桿件的抗拉(上弦桿)和抗壓(下弦桿)強(qiáng)度，提高了跨中截面的抗彎截面距量，減小了桁梁受力產(chǎn)生彎曲上撓度形，由于其桁高只增加一組弦桿高度，因而又不失其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如圖8、圖9、圖10所示，為實(shí)現(xiàn)雙層弦桿的聯(lián)結(jié)，通過自行設(shè)計(jì)的特制異形節(jié)板(14)，它帶有水平方向弦桿孔眼(15)4排2組及斜桿孔眼(16)兩組、沿鉛垂方向豎桿孔眼(17)一組，可以將桿件聯(lián)結(jié)在原弦桿上，而不必采用雙層絎梁，節(jié)省了材料，并有利于絎梁的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了雙層弦桿這一萬(wàn)能桿件應(yīng)用歷史上新的實(shí)破，是解決自平衡式拼裝試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)成功的技術(shù)關(guān)健。
如圖1所示，桁梁(1)采用了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，即高強(qiáng)鋼絞線(或高強(qiáng)鋼線束)(11)對(duì)桁梁(1)內(nèi)、外側(cè)雙主桁進(jìn)行預(yù)施應(yīng)力張拉，既為桁梁(1)預(yù)設(shè)反拱，目的在于減小試驗(yàn)荷載對(duì)桁梁(1)產(chǎn)生的彎曲上撓變形，滿足加載千斤頂(4)最大行程的需要，同時(shí)又使預(yù)應(yīng)力對(duì)上，下弦桿(20,20′)產(chǎn)生的壓、拉內(nèi)力去適量抵消試驗(yàn)荷載對(duì)上、下弦桿(20、20′)產(chǎn)生的拉、壓內(nèi)力，使弦桿(20、20′)用量大大減小。由于在鋼桁梁中引入預(yù)應(yīng)力，使桁梁(1)這一試驗(yàn)臺(tái)成敗的關(guān)健部件更加合理、經(jīng)濟(jì)。
如圖8所示，桁梁(1)的上、下弦桿(20、20′)、雙層變截面弦桿(12,12′)及斜桿(21)豎桿(22)均采用承壓型(或摩擦型)高強(qiáng)螺栓(23)，并將桿端，節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行噴丸及涂富鋅漆處理并對(duì)高強(qiáng)螺栓(23)預(yù)施緊力33t，使桿件聯(lián)結(jié)的鉸結(jié)點(diǎn)變?yōu)閯傂怨?jié)點(diǎn)，以減小節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角變形，即減小桁梁彎曲上撓變形。
本實(shí)用新型不僅可以應(yīng)用于32米鐵路梁的靜載試驗(yàn)，而可以應(yīng)用于其他跨度的鐵路梁，也可應(yīng)用于其他受彎構(gòu)件的靜載試驗(yàn)。
綜上所述預(yù)應(yīng)力鋼桁梁桿件拼裝，自平衡式，雙層弦桿變截面是本試驗(yàn)臺(tái)的四大技術(shù)特征，可搬性是它的突出優(yōu)勢(shì)。經(jīng)濟(jì)性、簡(jiǎn)便性是它的重要特征。因此，本實(shí)用新型的預(yù)應(yīng)力拼裝桁梁自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，安全、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、實(shí)用，具有很高的推廣價(jià)值。
權(quán)利要求1．一種自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是它由桁梁(1)、千斤頂(4)、豎拉桿(6)、支座橫梁(9)組成，所述桁梁(1)位于試驗(yàn)梁(5)上方，所述千斤頂(4)位于試驗(yàn)梁(5)與桁梁(1)之間，所述支座橫梁(9)位于試驗(yàn)梁(5)兩端支座(8)下方，所述豎拉桿(6)用于桁梁(1)與支座橫梁(9)聯(lián)結(jié)。
2．如權(quán)利要求1所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是在所述支座橫梁(9)下方放置底座(10)。
3．如權(quán)利要求2所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是在所述桁梁(1)與底座(10)之間用斜撐桿(7)聯(lián)結(jié)。
4．如權(quán)利要求1、2或3所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是在所述桁梁(1)下方設(shè)置千斤頂橫梁(2)，千斤頂(4)位于千斤頂橫梁(2)下方。
5．如權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是所述自平衡式試驗(yàn)臺(tái)的桁梁(1)系采用通用標(biāo)準(zhǔn)桿件拼裝而成，可以組合成任意跨度。
6．如權(quán)利要求5所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是桁梁弦桿(20)由標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為4m的桿件組成，可拼裝成跨度為倍數(shù)4的各種試驗(yàn)臺(tái)。
7．如權(quán)利要求5或6所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是桁梁(1)弦桿(20)數(shù)量距跨中越近，其桿件數(shù)量越多，桁梁(1)斜桿(21)數(shù)量距跨中越近，其桿件數(shù)量越少。
8．如權(quán)利要求5、6或7所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是桁梁(1)在其跨中附近區(qū)段，通過特制異形節(jié)點(diǎn)板(14)，在緊靠原上、下弦桿的上、下方，增加上、下弦桿(20、20′)數(shù)量，使桁高增大。
9．如權(quán)利要求8所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是所述的特制異形節(jié)點(diǎn)板(14)帶有水平方向弦桿孔眼(15)4排2組及斜桿孔眼(16)兩組、沿鉛垂方向豎桿孔眼(17)一組。
10．如權(quán)利要求5～9中任意一項(xiàng)所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是桁梁的弦桿(20)及斜桿(21)采用高強(qiáng)螺栓(23)聯(lián)結(jié)，其余桿件用普通螺栓聯(lián)結(jié)。
11．如權(quán)利要求1～10中任意一項(xiàng)所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是桁梁(11)設(shè)有張拉的高強(qiáng)力筋(11)，且該力筋(11)錨固在絎梁(1)兩端，通過施加預(yù)應(yīng)力，使桁梁預(yù)設(shè)反拱，即減小了彎曲變形，同時(shí)又在加載時(shí)適量抵消了弦桿內(nèi)力。
12．如權(quán)利要求11所述的自平衡式試驗(yàn)臺(tái)，其特征是所述預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)力筋(11)穿入雙主絎之間按二次拋物線設(shè)置，其軌跡支承點(diǎn)分別設(shè)置在各豎桿(22)之上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種混凝土梁靜載彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)裝備,它由桁梁(1)、千斤頂(4)、豎拉桿(6)、支座橫梁(9)組成,所述桁梁(1)位于試驗(yàn)梁(5)上方,所述千斤頂(4)位于試驗(yàn)梁(5)與桁梁(1)之間,所述支座橫梁(9)位于試驗(yàn)梁(5)兩端支座(8)下方,所述豎拉桿(6)用于桁梁(1)與支座橫梁(9)聯(lián)結(jié)。它簡(jiǎn)單輕便,改進(jìn)了傳統(tǒng)的靠基坑鋼筋混凝土配重來(lái)解決加載力的反力平衡的方法,拆裝方便,便于運(yùn)輸,可反復(fù)使用,尤其適用于新線鐵路建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)制梁的需要。
文檔編號(hào)G01M1/00GK2342365SQ9824861
公開日1999年10月6日 申請(qǐng)日期1998年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月5日
發(fā)明者孫金更 申請(qǐng)人:孫金更