大型结构多点地锚式拉索加载装置及试验方法与流程

本发明涉及土木工程技术，具体涉及多点地锚式拉索加载技术。

背景技术：

常用的结构试验的加载装置主要有重物加载装置、机械式加载装置、气压加载装置、液压加载装置、电磁加载装置、惯性力加载装置等。

以上常用加载方式的缺点在于：（1）对结构形状有一定的限制；（2）对试验环境有一定的限制，大部分试验局限于实验室；（3）对所模拟的荷载形式有一定的局限性；（4）部分加载试验成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大型结构多点地锚式拉索加载装置及试验方法。

本发明是大型结构多点地锚式拉索加载装置及试验方法，大型结构多点地锚式拉索加载装置，包括地锚1、拉力转换5、两头扣索具13、钢索A 10、钢索B 11、钢索C 12和主体结构15；地锚1由混凝土桩帽2、混凝土灌注桩4和地锚钢筋3组成，各构件由混凝土浇筑成一体，混凝土桩帽2的3/4和地锚钢筋3成环一端浇筑在地面以上，混凝土桩帽2的1/4和混凝土灌注桩4以及地锚钢筋3浇筑在地面以下；拉力转换5由千斤顶8、压力传感器9、四孔钢板A6、四孔钢板B7和钢索A 10、钢索B 11组成，此拉力转换5装置通过钢索A 10和钢索B 11之间的荷载传递，将千斤顶8的压力转换成作用在主体结构15上的钢索C 12的拉力；拉力转换5与钢索C 12之间通过两头扣索具13连接，试验加载前由两头扣索具13调整钢索松弛度，使所有钢索达到加载状态；钢索C 12和主体结构15由索扣连接而成；在加载试验准备阶段，使四孔钢板A 6、四孔钢板B 7、千斤顶8和压力传感器9之间紧密接触。

大型结构多点地锚式拉索加载的试验方法，其步骤为：

（1）现场浇筑地锚1：地锚钢筋3是一根直径为25mm的二级钢筋；混凝土灌注桩4的直径d的取值范围为：100mm≤d≤200mm，混凝土桩帽2边长的取值范围为L≥2d，其中d为混凝土灌注桩（4）的直径；混凝土灌注桩（4）的深度Z的取值范围为：Z≥6m；

（2）用索扣将钢索C12和主体结构15上的加载点固定连接，α≤60°，30°≤β≤60°；

（3）选择起重量为20t的千斤顶8和具有收紧功能的两头索扣具13；制作边长为300mm，厚度为20mm的方形钢板，并且在钢板上开直径为30mm的四个圆孔，每个圆孔距离钢板边缘的距离为60mm；

（4）将千斤顶8、压力传感器9、四孔钢板A 6、四孔钢板B 7、钢索A 10和钢索B 11组装形成拉力转换5；

（5）将地锚1、拉力转换5、两头扣索具13、钢索C12和主体结构15连接为一体，组成现场荷载试验装置；

（6）加载试验之前，用具有收紧功能的两头索扣具13收紧所有钢索，使各构件紧密接触，达到传递荷载状态；同时启动静态应变采集仪进入数据采集状态；

（7）按照设计荷载的20%、40%、60%、80%、100%分级加载，加载方式为人力机械式加载；当压力传感器读数达到每级荷载值时，停止加载，停歇20-30分钟后，用索力动测仪测量索力，并采集数据一次，然后进行下一级加载。

本发明的有益效果是：本发明由人工和机械组合形成人工机械式加载方式，在此基础上，增加地锚、拉力转换与钢索，将简单的千斤顶压力转化为钢索的拉力，从而达到能够在大跨度实体结构上进行现场加载试验，并具有较高的试验精度，操作简单，造价低廉。

附图说明

图1 是本发明加载方式与结构的俯视图，图2是本发明加载方式与结构的侧视图，图3是本发明加载方式地锚构造详图，图4是本发明加载方式与结构的拉力转换详图。

附图标记说明：地锚1、混凝土桩帽2、地锚钢筋3、混凝土灌注桩4、拉力转换5、四孔钢板A 6、四孔钢板B 7、千斤顶8、压力传感器9、钢索A 10、钢索B 11、钢索C 12、两头扣索具13、索扣14、主体结构15、立柱16。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明特征作更进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限制本发明的范围。在阅读本发明后，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进均应包含于本发明的保护范围以内。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明是大型结构多点地锚式拉索加载装置及试验方法，加载装置包括地锚1、拉力转换5、两头扣索具13、钢索A 10、钢索B 11、钢索C 12和主体结构15；地锚1由混凝土桩帽2、混凝土灌注桩4和地锚钢筋3组成，各构件由混凝土浇筑成一体，混凝土桩帽2的3/4和地锚钢筋3成环一端浇筑在地面以上，混凝土桩帽2的1/4和混凝土灌注桩4以及地锚钢筋3浇筑在地面以下；拉力转换5由千斤顶8、压力传感器9、四孔钢板A 6、四孔钢板B 7和钢索A 10、钢索B 11组成，此拉力转换5装置通过钢索A 10和钢索B 11之间的荷载传递，将千斤顶8的压力转换成作用在主体结构15上的钢索C 12的拉力；拉力转换5与钢索C 12之间通过两头扣索具13连接，试验加载前由两头扣索具13调整钢索松弛度，使所有钢索达到加载状态。钢索C 12和主体结构15由索扣连接而成。在加载试验准备阶段，使四孔钢板A 6、四孔钢板B 7、千斤顶8和压力传感器9之间紧密接触。

如图3所示，地锚1由混凝土灌注桩4、混凝土桩帽2和地锚钢筋3构成，地锚钢筋3是直径为25mm的二级钢筋1根。混凝土灌注桩4的直径d的取值范围为：100mm≤d≤200mm，混凝土桩帽2是底边长为L的正方形混凝土块，混凝土桩帽2边长的取值范围为L≥2d，其中d为混凝土灌注桩4的直径；混凝土灌注桩4的深度Z的取值范围为：Z≥6m。

如图4所示，拉力转换5由千斤顶8、压力传感器9、四孔钢板A 6、四孔钢板B 7、钢索A 10和钢索B 11组成，此拉力转换5是将千斤顶8的压力转化为钢索C 12的拉力。千斤顶8开始施加荷载时，四孔钢板B 7静止不动，四孔钢板A 6向地锚1方向移动，此时钢索A 10和钢索B 11开始受拉，并且钢索A 10对应的角度γ增大，四孔钢板A 6和四孔钢板B 7之间的距离增大。与此同时，在四孔钢板A 6向地锚1 方向产生位移的作用下，钢索B 11受到四孔钢板A 6的拉力，钢索B 11对应的角度θ变大，钢索B 11的长度在受力方向缩短，故钢索B 11通过两头扣索具传递给钢索C 12的荷载增大，实现加载要求。

如图1、图2所示，所述的钢索C 12，根据理论分析，通过公式将作用在结构上的实际水平荷载转换为钢索C 12的拉力，每根钢索C 12的取值范围为10kN-30kN；再由公式将两根钢索C 12作用下的合力求出，即为理论求得千斤顶（8）需要施加的荷载大小；α≤60°，30°≤β≤60°。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的大型结构多点地锚式拉索加载的试验方法，其步骤为：

（1）按照图3现场浇筑地锚1，地锚钢筋3是直径为25mm的二级钢筋1根。混凝土灌注桩4的直径d的取值范围为：100mm≤d≤200mm，混凝土桩帽2边长的取值范围为L≥2d，其中d为混凝土灌注桩4的直径；混凝土灌注桩4的深度Z的取值范围为：Z≥6m；

（2）用索扣将钢索C 12和主体结构15上的加载点固定连接，图1中α角的取值范围为：α≤60°，图2中β角的取值范围为：30°≤β≤60°；

（3）选择起重量为20t的千斤顶8和具有收紧功能的两头索扣具13。制作边长为300mm，厚度为20mm的方形钢板，并且在钢板上开直径为30mm的四个圆孔，每个圆孔距离钢板边缘的距离为60mm；

（4）按照图4将千斤顶8、压力传感器9、四孔钢板A 6、四孔钢板B 7、钢索A 10和钢索B 11组装形成拉力转换5；

（5）按照图2将地锚1、拉力转换5、两头扣索具13、钢索C 12和主体结构15连接为一体，组成现场荷载试验装置；

（6）加载试验之前，用具有收紧功能的两头索扣具13收紧所有钢索，使各构件紧密接触，达到传递荷载状态。同时启动DH3816静态应变采集仪等设备进入数据采集状态；

（7）按照设计荷载的20%、40%、60%、80%、100%分级加载，加载方式为人力机械式加载。当压力传感器读数达到每级荷载值时，停止加载，停歇20-30分钟后，用索力动测仪测量索力，并采集数据一次，然后进行下一级加载。