一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统

本发明涉及桥梁加载试验，特别是一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统。

背景技术：

1、近年来世界各地频频发生的桥梁坍塌、大型建筑安全隐患等报道层出不穷，人类在享受科技发展的同时，也面临着巨大的结构工程安全挑战，研制和开发功能强大，能模拟结构真实复杂受力的大型加载试验系统是目前世界范围内的关键课题。

2、由于应用标准试样或小尺寸模型推定很难获得整体结构性能的完整可靠的数据，为了满足客观存在的上述要求，现代结构试验必须完成由过去的单个构件试验向整体结构试验和足尺寸试验的转化。而对于不同材质组成的结构，甚至用计算机进行多参数分析也很难推定，为确保安全必须进行接近实际结构或全尺寸试验。同时，科学技术的发展特别是计算机技术、电子技术、自动控制技术和液压伺服技术的飞速发展为结构试验和监测技术的发展提供了坚实的基础，为各种复杂结构的设计、试验和监测提供了有力的保障，促进了结构设计理论的发展。因此，世界上各国都在致力于大型结构试验仪器的开发研究。

3、目前国内在桥梁主要是采用垂向静态多点加载，而在垂向多点载荷条件下实现水平等其他方向的动态加载试验，目前国内还没有成功的案例，而此类试验是目前结构试验加载领域的重要发展方向，对土木工程学科的科研具有重要的推动意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，通过调节静态伺服作动器和动态伺服作动器以及承载反力架，可以对特大跨拱桥进行复杂的多点多向静力及动力相结合的缩尺模型加载试验。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，包括电液伺服多点多向加载系统，控制系统和测试系统，所述电液伺服多点多向加载系统包括多个间隔布置的承载反力架，多个所述承载反力架之间通过连续梁进行连接，所述电液伺服多点多向加载系统还包括电液伺服作动器，所述伺服作动器中至少一个为静态伺服作动器且至少一个为动态伺服作动器，所述承载反力架安装有可自动升降的框架横梁，且所述承载反力架内部安装有水平加载梁，所述框架横梁、所述水平加载梁、所述连续梁均安装有所述伺服作动器，安装于所述框架横梁、所述连续梁的所述伺服作动器用于竖向加载，安装于所述水平加载梁的所述伺服作动器用于水平向加载，所述控制系统用于控制所述伺服作动器。

4、其中，本发明所述的特大跨拱桥是指多孔跨径总长大于1000m或单孔跨径大于150m的公路桥梁，以及桥长大于500m的铁路桥。

5、本发明的静态伺服作动器(静力加载)可模拟拱桥短期荷载作用、恒载作用，动态伺服作动器(动力加载)可模拟地震力、汽车荷载等活载作用。本发明通过安装于反力架横梁、连续梁的伺服作动器用于竖向加载，可模拟拱桥极限承载能力和在运营阶段的承载能力，同时本发明通过安装于水平加载梁的伺服作动器用于水平加载，可模拟桥梁受到水平方向荷载(例如风荷载、地震荷载)作用下的承载能力。通过可自动升降的反力架横梁可调节伺服作动器的加载位置，通过设置多个伺服作动器可实现多点加载。

6、因此，本发明具有对特大跨拱桥模型的动静力加载能力，可实现特大跨拱桥模型多点多向加载试验，完成对竖向列车荷载、水平风荷载的模拟加载。

7、作为本发明的优选方案，所述水平加载梁包括相互连接的水平加载纵梁和水平加载横梁。

8、作为本发明的优选方案，多个所述承载反力架之间也安装有所述水平加载横梁

9、作为本发明的优选方案，所述水平加载梁和所述承载反力架可拆卸式连接，且所述水平加载梁的安装高度可调，便于调节加载位置。

10、作为本发明的优选方案，所述水平加载梁安装有至少一个静态伺服作动器和至少一个动态伺服作动器，便于通过水平加载梁进行动静态加载。

11、作为本发明的优选方案，所述连续梁安装有至少两个所述伺服作动器，所述伺服作动器在所述连续梁的安装位置可调，便于调节加载位置。

12、作为本发明的优选方案，所述连续梁与所述框架横梁固定连接，所述连续梁水平设置，可通过框架横梁的升降带动连续梁升降。

13、作为本发明的优选方案，所述电液伺服多点多向加载系统还包括动态分油器和管路。

14、作为本发明的优选方案，所述控制系统包括多个控制通道，每个控制通道配备试验力、位移两个闭环控制回路，所述控制系统能够控制多个所述伺服作动器同时加载，提高载荷加载的同步性，提高试验精度。

15、作为本发明的优选方案，所述测试系统包括荷载传感器、应变计、位移计等测试仪器，完成对特大跨拱桥模型的内力、应变等测试。

16、本发明还公开了一种特大跨拱桥模型复杂受力加载试验方法，采用任一所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，包括以下步骤：

17、步骤一：固定安装所述承载反力架，通过连续梁连接多个所述承载反力架；安装所述水平加载梁；

18、步骤二：在所述框架横梁、所述水平加载梁、所述连续梁安装所述伺服作动器；

19、步骤三：对试件进行加载试验，通过控制系统调节荷载的大小；

20、步骤四：通过荷载传感器测试拱模型的结构内力；通过应变计测试拱模型结构应变；通过在拱肋张贴发光标记点，使用摄像测量系统观测拱顶挠度和结构变形，得到试验模型关键部位的荷载-应变、荷载-变形关系曲线的实时数据。

21、作为本发明的优选方案，通过调整所述伺服作动器的加载位置、吨位、加载时间、加载方向和载荷大小，用于特大跨拱桥极限承载能力及全寿命周期设计理论与耐久性评估试验。

22、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

23、1、本发明具有对特大跨拱桥模型的动静力加载能力，可实现特大跨拱桥模型多点多向加载试验，完成对竖向列车荷载、水平风荷载的模拟加载，具备单个作动器作用点试件达到屈服后位移激增工况下其他作动器加载输出保持稳定的功能。

24、2、通过调整所述伺服作动器的加载位置、吨位、加载时间、加载方向和载荷大小，用于特大跨拱桥极限承载能力及全寿命周期设计理论与耐久性评估试验。

25、3、本发明具有对墙体等板型结构模型的动静力加载能力，如剪力墙、波纹钢腹板的承载能力试验及疲劳性能试验，以及稳定性试验。利用水平加载梁和框架横梁可实现对板型结构的双向荷载施加试验。

技术特征：

1.一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，包括电液伺服多点多向加载系统，控制系统和测试系统，所述电液伺服多点多向加载系统包括多个间隔布置的承载反力架，多个所述承载反力架之间通过连续梁进行连接，所述电液伺服多点多向加载系统还包括电液伺服作动器，所述伺服作动器中至少一个为静态伺服作动器且至少一个为动态伺服作动器，所述承载反力架安装有可自动升降的框架横梁，且所述承载反力架内部安装有水平加载梁，所述框架横梁、所述水平加载梁、所述连续梁均安装有所述伺服作动器，安装于所述框架横梁、所述连续梁的所述伺服作动器用于竖向加载，安装于所述水平加载梁的所述伺服作动器用于水平向加载，所述控制系统用于控制所述伺服作动器。

2.根据权利要求1所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，所述水平加载梁包括相互连接的水平加载纵梁和水平加载横梁。

3.根据权利要求1所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，多个所述承载反力架之间也安装有所述水平加载横梁。

4.根据权利要求1所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，所述水平加载梁和所述承载反力架可拆卸式连接，且所述水平加载梁的安装高度可调，所述水平加载梁安装有至少一个静态伺服作动器和至少一个动态伺服作动器。

5.根据权利要求1所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，所述连续梁安装有至少两个所述伺服作动器，所述伺服作动器在所述连续梁的安装位置可调。

6.根据权利要求1所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，所述连续梁与所述框架横梁固定连接，所述连续梁水平设置。

7.根据权利要求1所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，所述电液伺服多点多向加载系统还包括动态分油器和管路。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，所述控制系统包括多个控制通道，每个控制通道配备试验力、位移两个闭环控制回路，所述控制系统能够控制多个所述伺服作动器同时加载。

9.根据权利要求1-7任一所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，其特征在于，所述测试系统包括荷载传感器、应变计、位移计。

10.一种特大跨拱桥模型复杂受力加载试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及桥梁加载试验技术领域，具体涉及一种新型特大跨拱桥模型复杂受力加载试验系统，包括电液伺服多点多向加载系统，控制系统和测试系统，多个间隔布置的承载反力架之间通过连续梁进行连接，承载反力架承载反力架电液伺服作动器中至少一个为静态伺服作动器且至少一个为动态伺服作动器，承载反力架安装有可自动升降的框架横梁，且承载反力架内部安装有水平加载梁，框架横梁、水平加载梁、连续梁均安装有伺服作动器，安装于框架横梁、连续梁的伺服作动器用于竖向加载，安装于水平加载梁的伺服作动器用于水平向加载，控制系统用于控制伺服作动器。本发明可以对特大跨拱桥进行复杂的多点多向静力及动力相结合的缩尺模型加载试验。

技术研发人员：郭晓,韩林海,谢开仲,周筱航,谢君潜,黄乐彰
受保护的技术使用者：广西大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13