[发明专利]模拟铺装层应力扩散作用的辅助加载装置及应用方法

说明书

本发明公开了一种模拟铺装层应力扩散作用的辅助加载装置及应用方法，包括荷载分配系统、荷载传递系统和粘弹性接触模拟系统。所述荷载传递系统包括若干个荷载传递装置，所述荷载传递装置包括连接顶板、不同劲度系数的传力弹簧、铰接底板、连接滑槽和连接滑杆。基于上述辅助装置的应用方法，包括步骤：(1)确定各传力弹簧的劲度系数；(2)辅助装置的组装；(3)疲劳加载。本发明的模拟铺装层应力扩散作用的辅助加载装置及方法能够较好地模拟铺装层对疲劳荷载的扩散作用，简化试验条件。基于本发明的辅助加载装置得到的疲劳试验结果可较好的考虑铺装应力扩散作用对试验结果的影响，使所得试验结果更接近实际运营情况。

技术领域

本发明涉及一种钢桥结构疲劳试验仪器，具体涉及一种模拟铺装层应力扩散作用的辅助加载装置及应用方法。

背景技术

正交异性钢桥面板因具有重量轻、强度高、抗弯抗扭刚度大等优点，在大跨径缆索体系桥梁中得到了广泛的应用。但由于其构造复杂，在车轮荷载、焊接残余应力、焊接缺陷等因素的影响下，焊缝部位极易疲劳开裂。疲劳裂纹是当前桥梁工程界面临的主要难题之一，其难以避免且早期难以发现，严重时甚至会导致桥梁倒塌事故。国内外学者针对钢桥面板焊缝的疲劳性能，开展了大量的试验研究，但所用的试件为纯钢试件，但均未合理考虑铺装层的作用。

铺装层对钢桥面板疲劳性能的影响主要体现在两方面：(1)由于铺装层自身具有一定的刚度，所组成的铺装层-钢桥面板体系具有较大的组合刚度，有利于降低钢桥面板焊缝应力；(2)铺装层的应力扩散作用可使车轮荷载分散传递至钢桥面板表面，降低荷载集度。疲劳试验时，在测得的疲劳应力的基础上，依据刚度叠加原理对应力值进行修正，最终结果可合理考虑铺装层刚度的影响。但由于钢桥面板自身的正交异性，荷载并非均匀地扩散至钢桥面板表面，而是更多地集中于顶板与U肋焊缝正上方。尽管在试件表面设置铺装层可较好地考虑应力扩散的影响，但存在以下两点不足：(1)铺装层铺设需要加热沥青混凝土、反复碾压等，在试验室难以达到此类要求；(2)由于铺装层-钢桥面板体系具有较大的组合刚度，此时MTS等加载设备需要更大的工作功率，不经济。

可见，如何在钢桥面板试件的疲劳试验中合理考虑铺装层应力扩散的影响，已成为当前亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种模拟铺装层应力扩散作用的辅助加载装置，该装置解决了实验室难以达到铺设沥青混凝土、反复碾压的问题；同时解决了现有的体系设备需要更大的功率、不经济的问题。

技术方案：本发明的模拟铺装层应力扩散作用的辅助加载装置，包括依次连接的荷载分配系统、荷载传递系统和粘弹性接触模拟系统。

所述荷载分配系统包括横置的荷载分配梁，所述荷载分配梁能够将荷载分散到荷载传递系统上。

所述荷载传递系统包括若干横向依次连接的荷载传递装置，各所述荷载传递装置包括与所述荷载分配梁连接的连接顶板、与所述粘弹性接触模拟系统连接的铰接底板、以及设于所述连接顶板和铰接底板之间的传力弹性件。

所述粘弹性接触模拟系统包括能够模拟现实状况中车轮与钢桥面板体系粘弹性接触行为的垫板。

基于上述装置，荷载分配系统将系统施加的荷载均匀分散到荷载传递系统上，并根据各系统的性能参数，得到更接近更接近实桥运营情况的试验条件。

为了实现支撑并连接连接顶板、传力弹性件和铰接底板，所述连接顶板和铰接底板之间还设有能够支撑两者并随着传力弹性件伸缩而滑动伸缩的若干滑动组件，所述滑动组件包括设于所述连接顶板和铰接底板之间的连接滑槽以及能够在所述连接滑槽内滑动的连接滑杆，所述连接滑槽和连接滑杆能够随传力弹性件的伸缩而滑动伸缩；连接滑槽和连接滑杆将连接顶板、传力弹性件、铰接底板连接成一个整体。

所述荷载传递装置设有奇数个，其数量可根据预加载面的大小进行合理组装。