一种装配式桥梁灌浆锚固试验装置的制作方法

1.本实用新型属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种装配式桥梁灌浆锚固试验装置。


背景技术：

2.在桥梁工程技术领域中，由于预制装配式桥梁具有工厂化程度高、施工速度快、工程造价低及绿色环保等特点，在桥梁上、下部结构中逐渐得到推广和应用。桥梁下部立柱推行预制装配化施工关键的技术在于立柱根部与承台连接部位的构造处理。
3.现有技术中，通常采用灌浆套管或灌浆波纹管实现立柱与承台的连接；如采用灌浆套管连接时，灌浆套管在立柱制作时预先埋入立柱的底部，现场施工时使承台的外露钢筋插入立柱底部的灌浆套管、构件安装定位后，通过灌浆连接。灌浆套管或灌浆波纹管连接具有可减小钢筋预加工工作量、现场施工时钢筋不会产生二次应力与变形、可接受相对较大的施工偏差等优点
4.但是，如何验证试验立柱与承台通过灌浆套筒或灌浆波纹管连接的质量及其工作状态是否满足设计要求及有关规范要求一直是技术难点，导致对工程施工质量难以评定。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种装配式桥梁灌浆锚固试验装置。本装置通过竖向荷载装置向试验立柱施加轴向压力，通过水平载荷装置向试验立柱施加水平力，同时通过应变传感器和位移计实时观察试验立柱状态，当试验立柱柱顶水平位移急剧加大或试验立柱与承台连接部位产生大量裂缝时，停止加载，此时，即可获知立柱的承载能力，达到检验试验立柱与承台通过灌浆套筒或灌浆波纹管连接的可靠性，为后续施工的材料及工艺质量控制提供依据。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种装配式桥梁灌浆锚固试验装置，包括承台以及垂直固定在承台顶部的至少一组试验立柱，每组试验立柱包括对称布置的两个相同的试验立柱；还包括用于向试验立柱施加竖向力的竖向荷载装置、用于向试验立柱施加水平力的水平载荷装置以及用于防止试验过程中试验立柱扭转发散的防扭装置；其中：
8.所述竖向荷载装置包括竖直预埋在承台和试验立柱内部的塑料波纹管，所述塑料波纹管的内部贯穿布置有钢绞线，所述钢绞线的一端锚固在承台的内部，所述钢绞线的另一端伸出并锚固在试验立柱的顶部；所述试验立柱的顶部安装有张拉千斤顶，所述张拉千斤顶通过张拉锚固组件对钢绞线施加预应力；试验过程中，钢绞线受到张拉千斤顶的张拉产生预应力的同时，由于反作用力钢绞线对试验立柱施加同等的轴向压力，即通过张拉千斤顶即可实现对试验立柱施加轴向压力。
9.所述水平载荷装置包括固定在一组试验立柱之间用于向试验立柱施加水平载荷的水平千斤顶、以及固定在试验立柱外侧用于检测试验立柱位移的若干个位移计；
10.所述防扭装置包括竖直固定在承台顶面的若干个支撑钢管，所述支撑钢管布置在一组试验立柱的外周侧；相邻支撑钢管的顶部沿横桥向方向通过横梁固定连接，相邻支撑钢管的顶部沿纵桥向方向通过纵向拉结梁固定连接；所述试验立柱位于支撑钢管、横梁、纵向拉结梁围合形成的空间内。通过支撑钢管、横梁、纵向拉结梁围合形成的空间对试验立柱进行固定，能够避免试验过程中试验立柱在受力条件下扭转发散，保证试验的顺利进行。
11.作为优选的技术方案，所述试验立柱通过灌浆套管或灌浆波纹管与承台连接。
12.作为优选的技术方案，所述张拉锚固组件包括从内到外依次预埋在试验立柱内部的螺旋筋、锚垫板和锚具；所述钢绞线与锚具之间安装有夹片；进一步方案，所述锚垫板和锚具之间安装有压力传感器。通过压力传感器直接读取轴向压力大小，当轴向压力产生偏差时，通过张拉千斤顶维持压力值的恒定，能够保证轴向压力精度。
13.作为优选的技术方案，所述试验立柱的四角竖向主筋上固定有多个第一应变传感器作为优选的，每个竖向主筋上布置三个第一应变传感器；所述试验立柱柱底的一个横断面的四角处分别固定有第二应变传感器。第一、第二应变传感器的导线采用在试验立柱底部集中引出的方式；试验过程中，通过第一应变传感器和第二应变传感器完成试验立柱的应变测量。
14.作为优选的技术方案，所述承台的顶部位于一组试验立柱的中间位置处固定有加载平台，所述水平千斤顶固定在加载平台的顶部；所述试验立柱与水平千斤顶的接触处安装有加强钢筋。加强钢筋的作用是对试验立柱进行局部加强，增加试验立柱的受力面积，以防止因水平千斤顶对试验立柱施压进程中，试验立柱局部损坏。
15.作为优选的技术方案，所述若干个位移计包括用于检测试验立柱水平位移变化的多个第一位移计和用于检测试验立柱曲率变化的多个第二位移计；所述承台的顶部位于试验立柱的周侧固定有多个用于放置第一位移计的钢板，所述钢板从上往下依次分布在试验立柱的上部、中部和下部；所述第二位移计固定在试验立柱的底部。
16.作为优选的技术方案，所述试验立柱的下部四周表面涂画有白色网格。通过在试验立柱的下部四周涂抹白石灰水，待石灰水干燥后试验立柱表面即呈现白色，然后在白色区域画网格，试验加载过程中，通过白色网格可以更加明显的观测试验柱在加载过程中出现的裂缝，可采用读数显微镜测量裂缝宽度。
17.作为优选的技术方案，所述支撑钢管的顶部固定有顶封板，所述支撑钢管的底部固定有底封板；所述承台的顶部与底封板的接触处固定有柱脚预埋钢管。进一步的，所述柱脚预埋钢管通过锚筋与承台固定连接。
18.上述灌浆套管、灌浆波纹管、应变传感器等设备均为市购产品，其具体的工作原理在此不作累述。
19.本实用新型的有益效果为：
20.本实用新型提供的装配式桥梁灌浆锚固试验装置，通过竖向荷载装置向试验立柱施加轴向压力，通过水平载荷装置向试验立柱施加水平力，同时通过应变传感器和位移计实时观察试验立柱状态，当试验立柱柱顶水平位移急剧加大或试验立柱与承台连接部位产生大量裂缝时，停止加载，此时，即可获知立柱的承载能力，达到检验试验立柱与承台通过灌浆套筒或灌浆波纹管连接的可靠性，为后续施工的材料及工艺质量控制提供依据。此外，通过对立柱加载试验过程的数值分析，可探索灌浆套筒或灌浆波纹管连接的预制拼装立柱
受力行为的一般规律，为充实和发展预制桥梁设计计算理论提供一定的实践资料。
附图说明
21.图1为试验立柱剖面图中防扭装置的布置示意图；
22.图2为顺桥向防扭装置的结构示意图；
23.图3为横桥向防扭装置的结构示意图；
24.图4为图3中a部结构放大图；
25.图5为图4中b
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b方向的剖视图；
26.图6为竖向荷载装置的结构示意图；
27.图7为张拉锚固组件的结构示意图；
28.图8为水平载荷装置的结构示意图；
29.图9为涂画有白色网格的立柱底部结构示意图；
30.图10为试验立柱柱顶横断面中四角竖向主筋位置分布示意图；
31.图11为试验立柱与承台采用灌浆套管连接时第一应变传感器的布置点位示意图；
32.图12为试验立柱与承台采用灌浆波纹管连接时第一应变传感器的布置点位示意图；
33.图13为现浇立柱中第一应变传感器的布置点位示意图；
34.图14为试验立柱柱底横断面中第二应变传感器布置点位示意图；
35.附图标记：1
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承台，201
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1#试验立柱，202
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2#试验立柱，203
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3#试验立柱， 204
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4#试验立柱，30
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张拉锚固组件，31
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塑料波纹管，32
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钢绞线，33
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张拉千斤顶，34
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螺旋筋，35
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锚垫板，36
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锚具，37
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夹片，41
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水平千斤顶，42
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加载平台， 43
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加强钢筋，44
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钢板，45
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第二位移计，51
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支撑钢管，52
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横梁，53
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纵向拉结梁， 54
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顶封板，55
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底封板，56
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柱脚预埋钢管，57
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锚筋，6
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白色网格，71
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第一竖向主筋，72
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第二竖向主筋，73
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第三竖向主筋，74
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第四竖向主筋，8
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灌浆套筒，9
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灌浆波纹管。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本实用新型作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
37.需要说明的是，本实用新型中“连接”、“固定”、“安装”等均表示相互连接的两部件之间是固定在一起，一般是通过焊接、螺钉或胶粘等方式固定在一起。
38.需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。本实用新型中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
39.一种装配式桥梁灌浆锚固试验装置，包括承台1以及垂直固定在承台1顶部的至少一组试验立柱，每组试验立柱包括对称布置的两个相同的试验立柱；作为一个实施方式，如
图1
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3所示(图中尺寸单位以厘米计)，承台上共设两组试验立柱，依次编号为1#试验立柱201、2#试验立柱202、3#试验立柱203、4#试验立柱204；其中：1#试验立柱和2#试验立柱作为一组试验立柱，其与承台采用灌浆套筒连接方案；3#试验立柱和4#试验立柱作为另一组试验立柱，其与承台采用灌浆波纹管连接方案；此外，按照相同原理，还可增加第三组试验立柱，该组试验立柱与承台采用现浇连接方案，以此可作为灌浆套筒或灌浆波纹管连接的对比试验组。上述灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接或现浇连接的试验立柱施工方法为：先在承台上预埋套筒连接钢筋、灌浆波纹管、现浇柱预埋钢筋，试验立柱在预制场内绑扎钢筋、浇筑混凝土，安装就位，在灌浆套筒或灌浆波纹管内灌注高强度砂浆；现浇试验立柱在试验现场现浇成型，注意所有试验立柱在混凝土浇筑前，需完成应变测试原件的预埋焊接工作。
40.本装配式桥梁灌浆锚固试验装置还包括用于向试验立柱施加竖向力的竖向荷载装置、用于向试验立柱施加水平力的水平载荷装置以及用于防止试验过程中试验立柱扭转发散的防扭装置；其中：
41.如图6所示，所述竖向荷载装置包括竖直预埋在承台和试验立柱内部的塑料波纹管31，所述塑料波纹管31的内部贯穿布置有钢绞线32，所述钢绞线32的一端锚固在承台1的内部，所述钢绞线32的另一端伸出并锚固在试验立柱的顶部；所述试验立柱的顶部安装有张拉千斤顶33，所述张拉千斤顶33通过张拉锚固组件30对钢绞线32施加预应力；试验过程中，钢绞线32受到张拉千斤顶33 的张拉产生预应力的同时，由于反作用力钢绞线对试验立柱施加同等的轴向压力，即通过张拉千斤顶即可实现对试验立柱施加轴向压力。如图7所示，所述张拉锚固组件30包括从内到外依次预埋在试验立柱内部的螺旋筋34、锚垫板35和锚具36；所述钢绞线32与锚具36之间安装有夹片37；进一步方案，所述锚垫板35和锚具36之间安装有压力传感器。通过压力传感器直接读取轴向压力大小，当轴向压力产生偏差时，通过张拉千斤顶维持压力值的恒定，能够保证轴向压力精度。
42.如图8所示，水平载荷装置包括固定在一组试验立柱之间用于向试验立柱施加水平载荷的水平千斤顶41、以及固定在试验立柱外侧用于检测试验立柱位移的若干个位移计；所述承台1的顶部位于一组试验立柱的中间位置处固定有加载平台42，所述水平千斤顶41固定在加载平台42的顶部；所述试验立柱与水平千斤顶的接触处安装有加强钢筋43。加强钢筋43的作用是对试验立柱进行局部加强，增加试验立柱的受力面积，以防止因水平千斤顶对试验立柱施压进程中，试验立柱局部损坏。进一步优选的，所述若干个位移计包括用于检测试验立柱水平位移变化的多个第一位移计(图未视)和用于检测试验立柱曲率变化的多个第二位移计45；所述承台的顶部位于试验立柱的周侧固定有多个用于放置第一位移计的钢板44，所述钢板44从上往下依次分布在试验立柱的上部、中部和下部；所述第二位移计45固定在试验立柱的底部。
43.再参考图1
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3，所述防扭装置包括竖直固定在承台1顶面的若干个支撑钢管 51，所述支撑钢管51布置在一组试验立柱的外周侧；相邻支撑钢管的顶部沿横桥向方向通过横梁52固定连接，相邻支撑钢管51的顶部沿纵桥向方向通过纵向拉结梁53固定连接；所述试验立柱位于支撑钢管51、横梁52、纵向拉结梁53 围合形成的空间内。所述支撑钢管51的顶部固定有顶封板54，所述支撑钢管51 的底部固定有底封板55；所述承台1的顶部与底封板55的接触处固定有柱脚预埋钢管56。进一步的，所述柱脚预埋钢管56通过锚筋57与承台1固定连接。通过支撑钢管、横梁、纵向拉结梁围合形成的空间对试验立柱进行固定，能够避免试
验过程中试验立柱在受力条件下扭转发散，保证试验的顺利进行。
44.为了可以直观的观察出试验过程中试验立柱的状态，如图9所示，在试验立柱的下部四周表面涂画白色网格6。具体方法为：在试验立柱的下部四周涂抹白石灰水，待石灰水干燥后试验立柱表面即呈现白色，然后在白色区域画网格，试验加载过程中，通过白色网格可以更加明显的观测试验柱在加载过程中出现的裂缝，可采用读数显微镜测量裂缝宽度。
45.如图10
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14所示，作为一个较佳的实施方式，所述试验立柱的四角竖向主筋上固定有多个第一应变传感器，优选的，每个竖向主筋上布置三个第一应变传感器，如图10所示，试验立柱的四角竖向主筋分别为第一竖向主筋71、第二竖向主筋72、第三竖向主筋73、第四竖向主筋74，试验立柱与承台采用灌浆套管8 连接时第一应变传感器的布置位置如图11所示，图中c101、c102、c103三处表示竖向主筋上布置的三个第一应变传感器的固定位置；试验立柱与承台采用灌浆波纹管9连接时第一应变传感器的布置位置如图12所示,图中c201、c202、 c203三处表示竖向主筋上布置的三个第一应变传感器的固定位置；现浇立柱的第一应变传感器的布置位置如图13所示，图中c301、c302、c303三处表示竖向主筋上布置的三个第一应变传感器的固定位置。所述试验立柱柱底的一个横断面的四角处分别固定有第二应变传感器，第二应变传感器的布置位置分别如图 14中d1、d2、d3、d4所示。在试验立柱混凝土浇筑前完成所有第一应变传感器、第二应变传感器的预埋、预焊工作，应变传感器的导线采用在试验立柱底部集中引出的方式；试验过程中，通过第一应变传感器和第二应变传感器完成试验立柱的应变测量。
46.本装配式桥梁灌浆锚固试验装置的试验方法为：首先通过张拉千斤顶对钢绞线进行张拉，以对试验立柱施加恒定轴向压力；在等效轴向荷载作用下，通过水平千斤顶成对逐级对一组试验立柱加载直至试验立柱破坏。需要说明的是，逐级加载过程中，每级加载结束时需持载一定时间，以使试件在荷载作用下的变形得到充分发挥和达到基本稳定，同时观察和记录试件的各种变形及裂缝等。试验加载过程可分为开裂前、开裂、开裂后至破坏前、破坏4个阶段，加载前应根据理论计算或数值模拟确定的开裂弯矩与破坏弯矩制定详细的加载流程。在逐级加载过程中可根据试件实际变形情况调整每级荷载增量，持载时间内应注意观察记录裂缝宽度，拍摄裂缝图片(整体、局部)。记录应表现出整体、局部的开裂过程、开裂形态等。出现下列情况下，可终止加载：
47.1)水平试验荷载作用下，墩顶水平位移急剧加大，后一个加载级的变形量是前一个加载级的2倍，则认为结构发生破坏，可终止加载，水平承载力取上级加载值；
48.2)水平试验荷载作用下，桥墩连接部位发生大量的裂缝，混凝土受压区混凝土破碎，可终止加载，水平承载力取上级加载值；
49.3)其他认为结构不适宜继续加载的情况，可终止加载；
50.4)达到水平千斤顶的加载最大值，可终止加载。
51.需要说明的是，实施例中的试验立柱尺寸是按实际工程装配式桥梁立柱的尺寸进行了等效的尺寸缩小，以减小破坏性试验成本。所有试验立柱的混凝土、钢筋、灌浆套筒、灌浆波纹管、灌浆料、座浆料、安装工艺、压浆工艺等均与实际工程完全一致。
52.装配式桥梁应用前景广阔，但预制立柱盖梁灌浆锚固连接一直缺乏有效的验证手段，基于本实验装置的试验方法通过对桥梁预制立柱灌浆锚固连接进行尺寸缩小，模拟灌浆套筒锚固连接、灌浆波纹管锚固连接及现浇施工，在工程桥梁承台上模拟装配式桥梁所
受荷载特点，通过三种不同施工方式的加载过程分析，能够有效验证装配式桥梁在通车运营过程中结构安全可靠性。