桥梁碰撞试验碰撞力测试的面-面测力装置的制作方法

本发明涉及一种桥梁碰撞试验测试装置，特别是涉及一种桥梁碰撞试验碰撞力测试的面-面测力装置。

背景技术：

在目前的结构碰撞试验中，为了测量碰撞力的大小，碰撞测力装置往往采用的是结构间单点撞击的方式，即通过在结构发生碰撞的位置安装冲击端和接受端，测量冲击端后钢棒或钢筋的应变计算碰撞力，或者由力传感器直接测得碰撞力大小。由于实际结构的碰撞方式为面-面接触，此类测力元件利用的单点碰撞接触改变了原结构的碰撞接触方式，会影响结构碰撞响应过程，所测得的单点碰撞力大小不能代表结构实际碰撞力值。产生此类问题的主要原因在于单点碰撞接触实现起来较为容易，而面-面碰撞接触实现起来较为困难。测得结构实际碰撞力值可为桥梁在地震作用下横向碰撞响应研究提供有力支撑。因此，在试验中实现结构的面-面碰撞对于结构在荷载下的响应的研究是很有必要的。目前尚无面-面碰撞测力装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种桥梁碰撞试验碰撞力测试的面-面测力装置，用以实现桥梁模型挡块与支座垫石在地震作用下面-面碰撞接触的真实模拟。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种桥梁碰撞试验碰撞力测试的面-面测力装置，包括振动台，所述振动台上设有桥墩模型，所述桥墩模型上设有两支座垫石，两所述支座垫石上通过支座支撑连接有梁体模型，所述梁体模型的底部设有与所述支座垫石一一对应的挡块，所述支座垫石通过支撑杆连接有面向所述挡块的承载钢板，所述支撑杆上设有应变片，所述应变片连接至数据采集系统。

进一步的，所述梁体模型包括梁体配重箱及设置于所述梁体配重箱内的配重块。

进一步的，所述支撑杆与所述承载钢板焊接连接。

进一步的，所述支撑杆在所述承载钢板上均布。

进一步的，所述承载钢板的大小为110mm×60mm，厚度为15mm。

进一步的，所述支撑杆的数量为6根。

本发明测试时，通过振动台对桥墩模型和梁体模型施加振动激励，用于模拟地震等随机载荷对桥梁结构的作用，梁体模型在振动激励作用下发生横向移动，挡块与桥梁支座垫石产生横向碰撞，利用挡块与承载钢板实现面对面碰撞，并通过贴在每根支撑杆上的应变片，使用数据采集系统对应变片进行数据采集，从而测得不同激励情况下桥梁横向碰撞力，实现桥梁挡块与支座垫石实际的面-面碰撞接触方式的模拟，可为桥梁结构在实际碰撞接触方式下的响应的研究提供有力支撑。

在试验过程中，通过采集支撑杆应变时程换算得到碰撞力时程，换算公式如下：

式中，n为支撑杆数量，e为支撑杆弹性模量，ai为单根支撑杆截面面积，εi(t)为单根支撑杆平均应变时程。

本发明的优点及积极效果有：

(1)本发明可以实现面-面碰撞接触，符合实际碰撞过程中桥梁挡块与支座的接触方式，因此其结果可以很好地代表桥梁实际碰撞力值；

(2)本发明经过试验验证，证明其设计是可行的，能准确测量接触面碰撞力大小；

(3)本发明构造简单，原理清晰，易于操作，适合在碰撞试验中大规模采用。

附图说明

图1为本发明安装位置示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的正视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明应变片粘贴位置示意图。

具体实施方式

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作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。

参见图1-图5，一种桥梁碰撞试验碰撞力测试的面-面测力装置，包括振动台11、桥墩模型7以及梁体模型6，桥墩模型7固定设置于振动台11上，梁体模型6通过固设于桥墩模型7上的两支座10支撑连接在桥墩模型7上，支座10设置在桥墩模型7顶部的支座垫石6上，梁体模型6的底部设有与支座垫石4一一对应的挡块5，支座垫石4通过支撑杆6连接有面向挡块9的承载钢板1，支撑杆2上设有应变片3，应变片3连接至数据采集系统(图中未示出)，通过数据采集系统对支撑杆2的应变数据进行采集。

本发明测试时，通过振动台11对桥墩模型7和梁体模型6施加振动激励，用于模拟地震等随机载荷对桥梁基础的影响，梁体模型6在振动激励作用下发生横向移动，挡块9对桥梁的支座垫石4产生横向碰撞，并通过贴在每根支撑杆2上的应变片3实现支撑杆形变数据的测量，从而测得不同激励情况下桥梁横向碰撞力的测定，利用挡块9与承载钢板1实现面对面碰撞，更加符合实际碰撞过程中桥梁挡块与支座的接触方式，因此其结果可以很好地代表桥梁实际碰撞力值，实现桥梁挡块与支座垫石实际的面-面碰撞接触方式的模拟，可为桥梁结构在实际碰撞接触方式下的响应的研究提供有力支撑。

在一实施例中，参见图2和图4，支撑杆2与承载钢板1焊接连接，支撑杆2在承载钢板1上均布，使得碰撞力可以沿各支撑杆2均匀传递。

本实施例通过从支座垫石4侧部探出一块平面大小110mm×60mm，厚度为15mm的承载钢板1，承载钢板1通过均匀分布的根截面为15mm×15mm，长度为30mm的钢棒与支座连接，并沿每根钢棒四周纵向贴上金属应变片，应变片3连接至数据采集单元，利用数据采集系统对碰撞过程中钢棒的应变进行采集，至于数据采集系统的具体结构，为现有技术，在此不再赘述。试验时，利用承载钢板1与挡块9发生面-面碰撞，在试验过程中通过采集测力元件钢棒应变时程换算得到挡块碰撞力时程，换算公式如下：

式中，n为钢棒数量，e为钢棒弹性模量，ai为单根钢棒截面面积，εi(t)为单根钢棒应变。

本发明可以实现面-面碰撞接触，符合实际碰撞过程中桥梁挡块与垫石的接触方式，因此其结果可以很好地代表桥梁实际碰撞力值。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种桥梁碰撞试验碰撞力测试的面‑面测力装置，包括振动台，所述振动台上设有桥墩模型，所述桥墩模型上设有两支座垫石，两所述支座垫石上通过支座支撑连接有梁体模型，所述梁体模型的底部设有与所述支座垫石一一对应的挡块，所述支座垫石通过支撑杆连接有面向所述挡块的承载钢板，所述支撑杆上设有应变片，所述应变片连接至数据采集系统。本发明可以实现不同激励情况下桥梁横向碰撞力的测定，碰撞形式为面‑面碰撞接触，更加符合实际碰撞过程中桥梁挡块与支座垫石的接触方式，实现桥梁挡块与支座垫石横向碰撞接触模拟，因此其结果可以很好地代表桥梁实际碰撞力值，可为桥梁在地震作用下横向碰撞响应研究提供有力支撑。

技术研发人员：杨孟刚;孟栋梁;胡尚韬;高琼
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2019.01.11
技术公布日：2019.04.16