一种旋转索夹试验装置及试验方法与流程

本发明涉及桥梁施工领域，具体为一种旋转索夹试验装置及试验方法。

背景技术：

自锚式悬索桥的缆索系统是悬索桥主要的传力构件，它由主缆、索夹、吊索、锚板等构成，通过吊索，将梁上的锚板和索夹连接，将荷载传递至主缆。主缆跨度大，角度变化多，为空间主缆，为了减少其角度变化带来的径向扭矩，发明人设计了一种新型的可以旋转的索夹(见中国发明专利cn201910578533.0)。但在将旋转索夹应用于自锚式悬索桥之前，需要验证其各项性能是否满足工作需求，即需要对运营状态下旋转索夹自适应转动性能的测试、旋转索夹抗滑性能的测试、主缆冷铸锚性能的测试以及吊杆的张拉力测试，因此需要设计一套测试旋转索夹是否能够正常工作的试验装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种旋转索夹试验装置及试验方法，能够真实模拟旋转索夹应用于自锚式悬索桥的受力情况，进行旋转索夹的试验测试。

为达到以上目的，采取的技术方案是：一种旋转索夹试验装置，用于模拟自锚式悬索桥的主索和吊索，并对试验组件进行张拉实验；所述试验组件包含固定索夹、旋转索夹、主缆和吊杆，所述试验装置包含：直角框架，呈直角三角形，包含分别位于所述直角三角形顶点的主缆锚固座、吊杆锚固座和斜撑锚固座，以及连接三个所述锚固座的多根连接管；所述吊杆锚固座和斜撑锚固座分别位于所述直角三角形的斜边的两端；张拉工装，其包含主缆张拉装置及吊杆张拉装置，所述主缆张拉装置用于张拉所述主缆，其包含相对设置的两个张拉部，两个所述张拉部分别固定于主缆锚固座和斜撑锚固座，且分别被所述主缆的两端穿过；所述吊杆张拉装置用于张拉所述吊杆，其一端固定于所述吊杆锚固座，另一端与吊杆的一端相连。

在上述技术方案的基础上，每根所述连接管包含管体、两个端板和多个加强肋，所述管体为圆钢管，其每一端均设置有加强肋和端板；所述端板垂直焊接于所述管体的侧端面且每个所述端板均开设有多个安装孔；所述多个加强肋等角度均布于所述管体圆周外表面，每个加强肋分别焊接固定于管体和端板。

在上述技术方案的基础上，所述连接管分为第一连接管、第二连接管和第三连接管，所述第一连接管的两端通过高强螺栓组分别固定于主缆锚固座和斜撑锚固座；所述第二连接管的两端通过高强螺栓组分别固定于主缆锚固座和吊杆锚固座；所述第三连接管的两端通过高强螺栓组分别固定于斜撑锚固座和吊杆锚固座。

在上述技术方案的基础上，所述试验装置还包含第一管箍和第二管箍，所述第一管箍和第二管箍均为一边开口的矩形；所述第一连接管、第二连接管和第三连接管均为四根；所述第一管箍分别与四根第一连接管焊接固定，所述第二管箍分别与四根第二连接管焊接固定。

在上述技术方案的基础上，所述主缆锚固座呈长方体，其具有两个相互垂直的安装面；主缆锚固座包含锚固底板、锚固座管、安装底座和连接板，多块相互垂直的连接板焊接成所述长方体的框架，并将锚固座管焊接固定于中心处，所述锚固座管的轴线与所述长方体中心线重合；两个所述锚固底板分别安装于两个安装面，每个锚固底板均安装有多个用于连接第一连接管和第二连接管的安装底座。

在上述技术方案的基础上，所述吊杆锚固座包含吊杆座以及耳板连接部，所述吊杆座成直角梯形体，所述耳板连接部倾斜安装于所述直角梯形体的顶面，所述第二连接管的一端安装于所述直角梯形体的顶面，所述第三连接管的一端安装于所述直角梯形体的斜腰面，所述吊杆张拉装置安装于所述耳板连接部。

在上述技术方案的基础上，所述耳板连接部包含耳板垫块、耳板、耳板肋板和耳板底板，所述耳板的一端固定安装于所述耳板底板，且耳板所在平面垂直于所述耳板底板的顶面；所述耳板另一端的两侧分别安装一块耳板垫块；多个耳板肋板用于加固所述耳板；吊杆座是由多块钢板焊接而成，整体呈直角梯形体，直角梯形体顶面安装耳板底板，其斜腰面还安装吊杆底板；吊杆底板和耳板底板均安装多个用于匹配连接所述端板的安装底座。

在上述技术方案的基础上，所述斜撑锚固座包含斜撑底座、第一安装面板和第二安装面板，所述斜撑底座成倒直角梯形体，所述第一安装面板安装于所述倒直角梯形体的顶面，所述第二安装面板安装于所述所述直角梯形体的斜腰面；所述第一安装面板和第二安装面板均安装四个安装底座；所述第一连接管的两端分别安装于所述主缆锚固座的安装底座和所述第一安装面板的安装底座；所述第三连接管的两端分别安装于所述吊杆底板9g上的安装底座4c和所述第二安装面板的安装底座。

本发明还公开了一种基于上述旋转索夹试验装置的试验方法，包括以下步骤：

s1：焊接加工成主缆锚固座、吊杆锚固座和斜撑锚固座，并用多根连接管连接，形成直角框架；

s2：安装主缆，安装主缆张拉装置及吊杆张拉装置，张拉拉紧所述主缆；

s3：安装固定索夹和旋转索夹，所述固定索夹套设固定于所述主缆，所述旋转索夹可旋转套设于所述固定索夹；

s6：用主索力张拉拉紧主缆，在旋转索夹的两端做标记；所述主索力根据工程经验获得；

s7：安装吊杆，用逐步增大的力分级张拉吊杆，直至张拉力为吊索力，观察旋转索夹相对固定索夹是否发生位移；若无，判定旋转索夹合格；所述吊索力根据工程经验获得。

在上述技术方案的基础上，

在步骤s2中，张拉主缆的张拉力为300kn；

在步骤s3中，安装固定索夹时，需保证固定索夹与主缆的圆柱度误差小于±6％；

在步骤s4中，还需要对固定索夹的缝隙进行填充防腐；

在步骤s6中，张拉主缆2的主索力为200kn；

在步骤s7，所述吊索力为400kn，分级张拉分别采用400kn的30％、50％、75％和100％。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的试验装置能够真实模拟自锚式悬索桥的主索和吊索，对试验组件进行张拉实验，模拟旋转索夹、主缆和吊杆的不同受力情况，主缆张拉装置及吊杆张拉装置所能承受的张拉力均能达到试验张拉力的要求(即大于实际工程的主索力和吊索力)，可以准确进行试验测试，解决了新型旋转索夹张拉试验检测的问题。

2、本发明能够真实模拟旋转索夹安装于桥梁主缆的安装施工过程到实际工作过程中的各种受力情况，适用于对运营状态下旋转索夹自适应转动性能的测试和旋转索夹抗滑性能的测试，还适用于所有自锚式悬索桥的主缆冷铸锚性能的测试以及吊杆的张拉力测试，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例的旋转索夹试验总图。

图2为本发明实施例的直角框架示意图。

图3为图2的主缆锚固座的x向视图。

图4为图3的y-y剖视图。

图5是图4的a-a剖视图。

图6是本发明实施例的连接管示意图

图7是图6的b-b剖视图。

图8是本发明实施例的第一管箍与第二管箍的示意图。

图9是本发明实施例的吊杆锚固座主视图。

图10是本发明实施例的吊杆锚固座左视图。

图11是图9的d-d剖视图。

图12是本发明实施例的斜撑锚固座示意图。

图13是图12的局部e向视图。

图14是图12的局部f向视图。

附图标记：1-旋转索夹、2-主缆、3-吊杆、4-主缆锚固座、5-第一连接管、6-第一管箍、7-第二连接管、8-第二管箍、9-吊杆锚固座、10-第三连接管、11-斜撑锚固座、12-高强螺栓组、13-主缆张拉装置、14-吊杆张拉装置、15-固定索夹、4a-锚固底板、4b-锚固座管、4c-安装底座、4d-连接板、5a-管体、5c-端板、5b-加强肋、9a-耳板垫块、9b-耳板、9c-耳板肋板、9e-耳板底板、9f-吊杆座、9g-吊杆底板、11a-第一安装面板、11b-斜撑底座、11c-第二安装面板、110-长方部、111-三棱部。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种旋转索夹试验装置，用于模拟自锚式悬索桥的主索和吊索。该试验装置可以对试验组件进行张拉实验，真实模拟旋转索夹1的不同受力情况，通过观察旋转索夹1是否发生位移来判定旋转索夹1是否合格。

试验组件包含固定索夹15、旋转索夹1、主缆2和吊杆3，固定索夹15套设固定于主缆2，旋转索夹1可旋转套设于固定索夹15，吊杆3的一端倾斜固定于旋转索夹1。

试验装置包含直角框架和张拉工装。

如图2所示，直角框架呈直角三角形，直角三角形具有三个顶点，直角框架包含分别位于三个顶点的主缆锚固座4、吊杆锚固座9和斜撑锚固座11，以及连接三个锚固座的多根连接管。吊杆锚固座9和斜撑锚固座11分别位于直角三角形的斜边的两端。

如图1所示，张拉工装包含主缆张拉装置13及吊杆张拉装置14。主缆张拉装置13用于张拉主缆2，其包含相对设置的两个张拉部，两个张拉部分别固定于主缆锚固座4和斜撑锚固座11，且分别被主缆2的两端穿过。具体地，两个张拉部的中心轴与主缆2的中心轴同轴。两个张拉部均位于所述直角框架的外侧，工作时，两个张拉部拉紧位于两个张拉部之间的主缆2。优选地，主缆张拉装置13和吊杆张拉装置14均采用中部中空的千斤顶，主缆张拉装置13为两个相对设置的千斤顶组合而成。

吊杆张拉装置14用于张拉吊杆3，其一端固定于吊杆锚固座9，另一端与吊杆3的一端相连。具体地，在吊杆锚固座9与旋转索夹1之间，吊杆张拉装置14与吊杆3首尾连接。

如图6所示，每根连接管包含管体5a、两个端板5c和多个加强肋5b。管体5a为圆钢管，其每一端均设置有加强肋5b和端板5c。端板5c垂直焊接于管体5a的侧端面，且每个端板5c均开设有多个安装孔，便于管体5a与锚固座进行连接。多个加强肋5b等角度均布于管体5a圆周外表面，每个加强肋5b分别焊接固定于管体5a和端板5c，进一步加强端板5c与管体5a的连接强度。

优选地，加强肋5b为四个，四个加强肋5b相互之间成90度。每个端板5c的多个安装孔大小相同，且圆心位于一个圆上。

如图1所示，连接管分为第一连接管5、第二连接管7和第三连接管10，三种连接管主要区别为长度不同，且连接的位置不同。第一连接管5的两端通过高强螺栓组12分别固定于主缆锚固座4和斜撑锚固座11。第二连接管7的两端通过高强螺栓组12分别固定于主缆锚固座4和吊杆锚固座9。第三连接管10的两端通过高强螺栓组12分别固定于斜撑锚固座11和吊杆锚固座9。三种连接管构成直角框架，形成吊杆3相对主缆2倾斜设置的基础。

如图2和图8所示，试验装置还包含第一管箍6和第二管箍8，第一管箍6和第二管箍8均呈一边开口的矩形，两者主要区别为开口大小不同。第一连接管5、第二连接管7和第三连接管10均为四根；四根第一连接管5、四根第二连接管7和四根第三连接管10均为2x2排布设置，第一管箍6分别与四根第一连接管5焊接固定，第二管箍8分别与四根第二连接管7焊接固定，进一步加强了试验装置的稳固性。

优选地，第一管箍6和第二管箍8采用规格为的圆钢。在其余实施例中，第一管箍6和第二管箍8还可以采用较厚的钢板。

如图3、图4和图5所示，主缆锚固座4整体呈长方体，其具有两个相互垂直的安装面(如图2所示)，主缆锚固座4包含锚固底板4a、锚固座管4b、安装底座4c和连接板4d。

多块相互垂直的连接板4d焊接成所述长方体的框架，并与锚固座管4b焊接固定于中心处，锚固座管4b的轴线与所述长方体中心线重合，两个锚固底板4a分别安装于两个安装面(图3和图4仅为一个锚固底板示意图)，每个锚固底板4a均安装有多个安装底座4c，安装底座4c用于与第一连接管5和第二连接管7的端部相连。锚固座管4b的长度与所述长方体的长度相等，使用时，主缆2从锚固座管4b穿过。

优选地，在本实施例中，每个锚固底板4a具有2x2个安装底座4c。2x2排布设置的第一连接管5的一端一一对应安装于一个锚固底板4a上的4个安装底座4c上，2x2排布设置的第二连接管7的一端一一对应安装于另一个锚固底板4a上的4个安装底座4c上。

如图9，吊杆锚固座9包含吊杆座9f以及耳板连接部，吊杆座9f成直角梯形体，耳板连接部倾斜安装于直角梯形体的顶面，第二连接管7的一端安装于直角梯形体的顶面，第三连接管10的一端安装于直角梯形体的斜腰面，吊杆张拉装置14安装于耳板连接部。

如图10和图11所示，耳板连接部包含耳板垫块9a、耳板9b、耳板肋板9c和耳板底板9e，耳板9b的一端固定安装于耳板底板9e，且耳板9b所在平面垂直于耳板底板9e的顶面；耳板9b另一端的两侧分别安装一块耳板垫块9a。两块耳板垫块9a使耳板连接部便于安装吊杆张拉装置14。多个耳板9b安装于耳板底板9e的顶面，用于加固耳板9b，进一步加强耳板连接部的强度。

吊杆座9f是由多块钢板焊接而成，整体呈直角梯形体，直角梯形体顶面安装耳板底板9e，其斜腰面还安装吊杆底板9g。吊杆底板9g和耳板底板9e均安装多个安装底座4c。

第二连接管7的两个端板5c分别匹配连接于主缆锚固座4的安装底座4c和安装于耳板底板9e的安装底座4c；第三连接管10的其中一个端板5c匹配连接于安装于吊杆底板9g的安装底座4c。端板5c与安装底座4c之间均通过螺钉固定连接。

如图12、图13和图14，斜撑锚固座11包含斜撑底座11b、第一安装面板11a和第二安装面板11c，斜撑底座11b成倒直角梯形体，第一安装面板11a安装于倒直角梯形体的顶面，第二安装面板11c安装于直角梯形体的斜腰面；第一安装面板11a和第二安装面板11c均安装四个安装底座4c。第一安装面板11a上的四个安装底座4c与主缆锚固座4的一个锚固底板4a的安装底座4c相对应；第二安装面板11c上的四个安装底座4c与吊杆底板9g上的安装底座4c相对应。

第一连接管5的两端分别安装于主缆锚固座4的安装底座4c和第一安装面板11a上的安装底座4c；第三连接管10的两端分别安装于吊杆底板9g上的安装底座4c和第二安装面板11c上的安装底座4c。

在本实施例中，斜撑锚固座11包含长方部110和三棱部111，长方部110的结构与主缆锚固座4大致相同，不同点在于主缆锚固座4具有两个锚固底板4a，而长方部110只有一个锚固底板4a。长方部110包含锚固座管4b、一个锚固底板4a和四个安装底座4c，且长方部110的锚固座管4b与主缆锚固座4的锚固座管4b的中心轴位于同一直线。长方部110的锚固底板4a上的安装底座4c与主缆锚固座4的其中一个锚固底板4a上的安装底座4c相对应。

三棱部111为截面成直角三角形的三棱柱，三棱部111的斜面上同样安装四个安装底座4c，且此处的安装底座4c与吊杆底板9g上的安装底座4c相对应。

在本实施例中，所有的安装底座4c均相同。在其余的实施例中，还可以是，第一连接管5两端的安装底座为一种型号，第二连接管7两端的安装底座为另一种型号，第三连接管10两端的安装底座为第三种型号。

优选地，试验装置试验时，吊杆3为直角框架(直角三角形)的直角边的中线。

本发明还公开了一种基于上述旋转索夹试验装置的试验方法，包括以下步骤：

s1：焊接加工成主缆锚固座4、吊杆锚固座9和斜撑锚固座11，并用多根连接管连接，形成直角框架。

s2：安装主缆2，安装主缆张拉装置13及吊杆张拉装置14，张拉拉紧主缆2。此时张拉为初步张拉，将主缆2拉直绷紧即可，主要是为了s3中便于安装固定索夹15和旋转索夹1。

s3：安装固定索夹15和旋转索夹1，固定索夹15套设固定于主缆2，旋转索夹1可旋转套设于固定索夹15。

s6：用主索力张拉拉紧主缆2，在旋转索夹1的两端做标记。主索力为自锚式悬索桥的主缆2实际工作时，自身所受的张拉力，其具体数值更加工程经验获得。

s7：安装吊杆3，用逐步增大的力分级张拉吊杆3，直至张拉力为吊索力，观察旋转索夹1相对固定索夹15是否发生位移；若无，判定旋转索夹1合格；若发生位移，判定旋转索夹1不合格。吊索力为自锚式悬索桥的吊索实际工作时，自身所受的张拉力，其具体数值更加工程经验获得。

优选地，在本实施例中，在步骤s2中，张拉主缆2的张拉力为300kn。

在步骤s3中，安装固定索夹15时，需保证固定索夹15与主缆2的圆柱度误差小于±6％，防止主索滑动，保证固定索夹15安装良好。

在步骤s4中，为了真实模拟固定索夹15的安装情形，还需要对固定索夹15的缝隙进行填充防腐，使得模拟情形更加接近真实情形。

在步骤s6中，张拉主缆2的主索力为200kn，主索力根据实际工程经验得出。

在步骤s7，吊索力根据实际工程经验得出为400kn，分级张拉分别采用400kn的30％、50％、75％和100％。

本发明的试验装置工作原理如下：

如图1所示，试验装置安装完成之后，主缆2依次穿过主缆张拉装置13的一个张拉部、主缆锚固座4的锚固座管4b、斜撑锚固座11的锚固座管4b和主缆张拉装置13的另一个张拉部。

主缆张拉装置13的两个张拉部用主索力将主缆2张拉拉紧。

吊杆张拉装置14用逐步增大的力张拉吊杆，直至张拉力为吊索力，如果在过程中，观察旋转索夹1相对固定索夹15是否发生位移；若无，则说明旋转索夹1应用于自锚式悬索桥中，不会发生滑移，旋转索夹1的抗滑性能良好。与此同时，对旋转索夹1施加一定的外力，观测旋转索夹1是否能够相对于固定索夹15进行转动，若能，则说明旋转索夹1自适应转动性能良好。

此外，该试验装置还能够通过调配不同的张拉力进行主缆2冷铸锚性能的测试以及吊杆3的张拉力测试。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。