一种测试移动荷载下索-梁体系响应的试验装置及方法与流程

本发明涉及试验测试，具体是一种测试移动荷载下索-梁体系响应的试验装置及方法。

背景技术：

1、斜拉桥等大跨径索-梁耦合体系结构在公路和铁路桥梁工程领域应用非常广泛。然而大跨度索-梁体系桥梁由于其长大的构件和数量众多的传力路径，使其在移动车辆荷载作用下的结构响应情况复杂，部分构件受力情况偏离设计状态，进而导致其在运营过程中易产生磨损、疲劳、断裂等机械性破坏。因此对于大跨度索-梁体系桥梁的优化设计，重点就是对结构在移动车辆荷载下的结构响应进行准确的预测。

2、针对斜拉桥等大跨径索-梁体系桥梁在车辆荷载下的实际响应，学者们提出了诸如模态叠加法、逐步积分法、有限元法等理论方法，分析桥梁结构的动力学响应。但是已有的理论分析方法一般通过不同方法之间的互相校核来验证，缺乏直观有效的验证手段。对于大跨径的索-梁体系桥梁而言，直接进行实桥现场测试往往达不到要求的测量精度，且由于复杂的外部环境影响，也难以得到试验荷载下准确的结构响应特性。因此，在实验室条件下变量可控的试验手段不失为一种有效的验证方式。发展一种测试移动荷载下索-梁体系响应的试验装置及方法，对于验证已有的分析理论，指导缆索桥梁的优化设计、状态评估等具有重要意义。

3、实验室中研究移动荷载对索-梁结构的冲击作用时，需要建立一个索-梁结构的简化缩尺模型，再利用特定装置模拟移动冲击荷载，然后在拉索固定端设置特定装置以调节拉索与主梁之间的夹角。为了得到结构的各类响应特性，通常在主梁和拉索上设置多种类型的动态信号测点，包括动挠度测点、动应变测点和压电传感器测点。其存在以下技术问题：

4、移动荷载在被牵拉移动过程中易偏离主梁中心线，对主梁造成随机的附加测向冲击，甚至掉落主梁；此外对于斜拉桥而言，拉索与主塔的锚固端和拉索与主梁的锚固端一般在力学模型中分别被等效为固接和铰接，这两个位置的试验装置设计也需要尽量接近真实的力学状态；斜拉桥的梁索夹角是一种重要的设计参数变量，如何在试验装置中确保该参数可调控是十分重要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种测试移动荷载下索-梁体系响应的试验装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种测试移动荷载下索-梁体系响应的试验装置及方法，包括刚性反力架、特制钢梁、钢绞线或钢丝构成的拉索、负载可调移动加载装置、梁索铰接装置、拉索固接装置、钢梁支撑装置和钢梁限位装置，所述特制钢梁通过梁索铰接装置与拉索铰接端连接，并通过钢梁支撑装置与刚性反力架连接，所述拉索在固定端通过拉索固接装置与反力架连接，拉索固定端与反力架的连接位置通过预留的安装孔改变，进而使拉索与钢梁形成不同的连接角度，所述负载可调移动加载装置包括承载移动滑块、螺杆固定螺帽、配重铁片、固定螺杆和牵拉绳组成，所述承载移动滑块通过特制的固定装置携带砝码并在特制钢梁的凹槽中移动模拟移动冲击荷载，钢梁限位装置避免所述特制钢梁由于附加水平荷载发生水平面上的平动、扭转，特制钢梁和拉索上连接有数据采集仪。

4、作为本发明进一步的方案：连接装置包括梁索铰接装置、拉索固接装置和钢梁支撑装置，梁索铰接装置连接于特制钢梁的一端和拉索的铰接端，拉索固接装置连接于刚性反力架和拉索的固定端，通过反力架上预留的螺栓孔改变拉索固接装置的位置，钢梁支撑装置连接于特制钢梁沿长度方向的中间位置底面。

5、作为本发明进一步的方案：梁索铰接装置由带耳板基座一和滚轴一两部分组成，带耳板基座一通过螺栓固定在特制钢梁端部，滚轴穿过带耳板基座一的耳板水平放置，滚轴自由转动，拉索插入滚轴中间预留的圆孔一，并且由螺丝旋转固定。

6、作为本发明进一步的方案：拉索固接装置由带耳板基座二、带螺纹的滚轴二和滚轴的固定螺帽三部分组成，带耳板基座二通过螺栓固定在刚性反力架下表面，滚轴穿过带耳板基座二的耳板水平放置，通过滚轴的固定螺帽进行紧固，确保不发生自由转动，拉索插入滚轴上预留的圆孔二，并通过拉索固定螺丝固定。

7、作为本发明进一步的方案：钢梁支撑装置由焊接在特制钢梁下表面的短杆和橡胶支座两部分组成，短杆插入橡胶支座上预留的小孔中固定。

8、作为本发明进一步的方案：所述特制钢梁的截面为凹形截面，在其中心线有一侧壁带钢梁中的特制轨道的凹槽，所述凹槽的宽度根据负载可调移动加载装置几何尺寸确定，凹槽侧壁的特制钢梁中的特制轨道包裹橡胶垫片。

9、作为本发明进一步的方案：所述负载可调移动加载装置通过其上端的预留孔插入固定螺杆到承载移动滑块，通过固定螺杆插入配重铁片调整承载移动滑块自重，且固定螺杆上也用于固定牵拉绳，牵拉绳一端连接承载移动滑块，另一端连接与所述特制钢梁保持同一水平高度的电动葫芦或电动转机，承载移动滑块下端装有水平滚轮，匹配特制钢梁中心线处凹槽内的特制钢梁中的特制轨道。

10、一种测试移动荷载下索-梁体系响应的试验方法，包括如下步骤：

11、步骤（1）、将预设的梁索设计夹角以及试验杆件长度输入cad中得到拉索固接装置在刚性反力架上的固定位置和钢梁支撑装置中的橡胶支座摆放高度，根据预留的安装螺栓孔定位安装试验装置；

12、步骤（2）、将拉索插入梁索铰接装置和拉索固接装置中滚轴上预留的圆孔一和圆孔二，并通过螺丝固定，其中拉索固接装置中的滚轴需用螺帽进行紧固，确保不发生自由转动；

13、步骤（3）、承载移动滑块通过水平滚轮与特制钢梁中心线处凹槽内的特制钢梁中的特制轨道完成对接；

14、步骤（4）、根据试验设计的要求，调整承载移动滑块上配重铁片的数量；

15、步骤（5）、在负载可调移动加载装置上的固定螺杆处缠绕水平牵拉绳，水平牵拉绳的另一端连接电动葫芦或电动转机；

16、步骤（6）、根据负载可调移动加载装置的水平高度调整电动葫芦的高度；

17、步骤（7）、放置钢梁限位装置，避免所述特制钢梁由于附加水平荷载发生水平面上的平动、扭转；

18、步骤（8）、启动电动葫芦，数据采集仪采集特制钢梁待测位置的动挠度、动应变、压电信号数据和拉索铰接端和固定端的轴向应变和压电信号数据。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1、本发明可通过调整拉索锚固端的固接位置，改变拉索角度，模拟不同梁索夹角的斜拉结构，探讨不同梁索夹角对结构响应的影响；能实现仿真、稳定的拉索与钢梁之间的铰接，拉索锚固端的固接，钢梁的竖向弹性支撑，且连接装置安装便捷，占用空间小。

21、2、本发明结构简单，可以实现移动荷载沿特制钢梁长度方向的平顺移动，使其不对特制钢梁产生水平向附加冲击作用，从而确保传感器测得更准确的预设工况下的结构响应特性，比如钢主梁的动挠度、结构的动应变和压电信号。

22、3、本发明提供移动荷载重量的调节装置，方便对不同重量和速度的移动荷载作用下各类型缆索承重结构的动态响应分析方法进行验证，同时由于调节装置在特制钢梁上方，方便了在钢梁下表面上接入传感器，连接数据采集仪。