利索能及
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专利号: 202010112130X
申请人: 长沙理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于斜拉桥典型损伤模拟的装置,其特征在于,包括主梁系统、拉索系统、墩塔系统、荷载系统、测量系统五个子系统,其中:主梁系统:用于模拟斜拉桥主梁典型损伤工况;

拉索系统:用于模拟斜拉索典型断索损伤工况;

墩塔系统:用于固定主梁系统和拉索系统;

荷载系统:用于提供不同的静力荷载工况;

测量系统:用于测量拉索系统的索力、主梁系统中主梁(1)的内力、主梁系统中主梁(1)的刚度。

2.如权利要求1所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的装置,其特征在于,

所述主梁系统包括多段主梁(1),相邻的主梁(1)之间通过连接钢板(2)可拆卸相连,所述主梁(1)底面设有若干与主梁(1)横向平行的损伤钢板(7),主梁(1)顶面设有与损伤钢板(7)两端相对的补强钢板(6),损伤钢板(7)端部、主梁(1)、补强钢板(6)通过螺栓(3)可拆卸相连;

所述拉索系统包括钢丝绳(8),钢丝绳(8)中段可拆卸装有花篮螺丝(9)和不锈钢薄片(12),钢丝绳(8)的底端与主梁(1)相连;

所述墩塔系统包括反力架(16)、竖直固定在反力架(16)上的桥塔钢板(14)、一对混凝土墩座(17)、固设于混凝土墩座(17)上的角钢(18);

所述主梁系统的一端搭设于一混凝土墩座(17)的角钢(18)上,所述主梁系统的另一端与另一混凝土墩座(17)的角钢(18)锚固连接;

钢丝绳(8)的顶端与桥塔钢板(14)的外侧面可拆卸相连;

所述荷载系统包括置于主梁(1)表面的若干砝码(19);

所述测量系统包括若干百分表(20)、若干拉索应变片(22)和若干主梁应变片(21),其中,百分表(20)和主梁应变片(21)设于主梁(1)下表面,各不锈钢薄片(12)上各设有一拉索应变片(22)。

3.如权利要求2所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的装置,其特征在于,所述主梁(1)由钢板焊接而成,所述主梁(1)上还设有横肋(4)和纵肋(5),所述横肋(4)沿主梁(1)纵向等间距设置,所述纵肋(5)沿主梁(1)横向中心布置。

4.如权利要求2所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的装置,其特征在于,所述拉索系统还包括铝套(10)和单型夹头(1),花篮螺丝(9)和不锈钢薄片(12)通过铝套(10)和单型夹头(11)与钢丝绳(8)连接。

5.如权利要求2所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的装置,其特征在于,所述墩塔系统还包括若干耳板(15),各耳板(15)按照设计位置焊接在所述桥塔钢板(14)上,钢丝绳(8)的顶端通过耳板(15)与桥塔钢板(14)的外侧面可拆卸相连。

6.如权利要求4所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的装置,其特征在于,所述拉索系统还包括若干锚碇块(13),钢丝绳(8)的底端通过锚碇块(13)锚固于主梁(1)上。

7.如权利要求1至6任一项所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的装置,其特征在于,该用于斜拉桥典型损伤模拟的装置与斜拉桥原型结构之间满足多相材质模型试验的静力相似关系。

8.一种用于斜拉桥典型损伤模拟的方法,其特征在于,首先搭建如权利要求1至7任一项所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的装置,然后:用主梁系统模拟斜拉桥主梁典型损伤工况;

用拉索系统模拟斜拉索典型断索损伤工况;

用墩塔系统固定主梁系统和拉索系统;

用荷载系统提供不同的静力荷载工况;

用测量系统测量不同工况下拉索系统的索力、主梁系统中主梁(1)的内力、主梁系统中主梁(1)的刚度。

9.如权利要求8所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的方法,其特征在于,用于斜拉桥典型损伤模拟的装置的搭建过程包括以下步骤:S1:确定模型试验的几何相似比λ,确定主梁(1)的设计材料,确定所述主梁(1)的横截面几何尺寸;

S2:根据几何相似比λ,进行主梁(1)构造设计、桥墩塔构造设计、斜拉索构造设计、索力设计、配重设计和桥塔锚固点设计,并对原型桥模型和缩尺桥模型在荷载作用下的位移w、轴力N、剪力Q、弯矩M、应变ε和索力F进行有限元计算对比分析,确保多相材质模型试验的静力相似关系严格满足;

S3:根据几何相似比λ和试验条件,综合确定所述主梁(1)的总长度,并结合原型斜拉桥的施工阶段,对所述主梁(1)进行分段;

S4:对所述主梁(1)进行加工制作,将横肋(4)沿主梁(1)纵向按一定间距焊接在所述主梁(1)上,将纵肋(5)沿主梁(1)纵向在横截面中心点位置焊接布置一道;

S5:焊接角钢(8)以形成钢桥墩,在浇筑混凝土墩座(17)前,将钢桥墩置于混凝土中,保持两个混凝土墩座(17)及对应的钢桥墩在同一设计高度位置;

S6:将主梁(1)节段用连接钢板(2)和螺栓(3)拼装连接,并按设计位置放置于钢桥墩上,将所述主梁(1)一端搭设在所述角钢(18)上以模拟辅助墩,采用螺栓(3)和角钢(18)将所述主梁(1)的另一端和钢桥墩锚固连接以模拟斜拉桥在桥塔处的固结体系;

S7:在桥塔钢板(14)上,按相似比理论确定耳板(15)的相对位置,并将耳板(15)焊接在所述桥塔钢板(14)上,将钢丝绳(8)一端用铝套(10)和单型夹头(11)锚固设定于所述耳板(15)上;根据所述主梁(1)的位置,按相似比理论确定所述桥塔钢板(14)在所述反力架(16)上的高度,并用螺杆(3)将桥塔钢板(14)固定在所述反力架(16)上;

S8:将花篮螺丝(9)用铝套(10)和单型夹头(11)设置在所述钢丝绳(8)上,将不锈钢薄片(12)用铝套(10)和单型夹头(11)设置在所述钢丝绳(8)上,所述花篮螺丝(9)位于所述不锈钢薄片(12)的下方且靠近所述主梁(1)以方便调整索力,将所述钢丝绳(8)的另一端穿过所述主梁(1)中的边箱梁孔道,用锚碇块(13)将所述钢丝绳(8)的末端锚固在所述主梁(1)上;

S9:在所述主梁(1)上对应设置补强钢板(6)和损伤钢板(7),并用螺栓(3)进行连接,在所述主梁(1)上布置百分表(20)和主梁应变片(21),在不锈钢薄片(12)上布置拉索应变片(22);

S10:通过转动所述花篮螺丝(9)调整所述钢丝绳(8)的索力以达到设计状态,并用所述拉索应变片(22)进行实时监测;

S11:记录并调整好所述百分表(20)、所述主梁应变片(21)和所述拉索应变片(22)的初始值,在所述主梁(1)上分批布置若干砝码(19),进行无模拟损伤的正常工况下静力分级加载,以获取对比参考数据。

10.如权利要求9所述的用于斜拉桥典型损伤模拟的方法,其特征在于,还包括以下步骤:S12:调整好所述钢丝绳(8)的设计索力,然后分批拆卸若干所述损伤钢板(7)和所述补强钢板(6),以模拟斜拉桥主梁损伤工况,在所述主梁(1)上分批布置若干砝码(19),在每次拆卸完成后进行分级加载,记录所述百分表(20)、所述主梁应变片(21)和所述拉索应变片(22)的数据变化,从而可以获取斜拉桥模型在不同主梁损伤工况下的试验数据,最后卸下所述砝码(19);

S13:将拆卸的所述损伤钢板(7)和所述补强钢板(6)重新装回到所述主梁(1)的原位置,调整好所述钢丝绳(8)的设计索力,记录调整好所述百分表(20)、所述主梁应变片(21)和所述拉索应变片(22)的初始值,将所述钢丝绳(8)上的花篮螺丝(9)分批拧松若干,以模拟斜拉桥拉索断索损伤工况,在每次拧松花篮螺丝(9)后,在所述主梁(1)上分批布置若干所述砝码(19),记录所述百分表(20)、所述主梁应变片(21)和所述拉索应变片(22)的数据变化,从而可以获取斜拉桥模型在不同拉索断索损伤工况下的试验数据,最后卸下所述砝码(19);

S14:将拆卸的所述损伤钢板(7)、所述补强钢板(6)重新装回到原位置,拧紧花篮螺丝(9)调整好所述钢丝绳(8)的设计索力,记录调整好所述百分表(20)、所述主梁应变片(21)和所述拉索应变片(22)的初始值,将所述损伤钢板(7)、所述补强钢板(6)和所述花篮螺丝(9)分批同时拆卸或拧松若干,以模拟斜拉桥同时发生主梁损伤和拉索断索损伤的工况,在每次拆卸或拧松所述损伤钢板(7)、所述补强钢板(6)和所述花篮螺丝(9)后,在所述主梁(1)上分批布置若干所述砝码(19),记录所述百分表(20)、所述主梁应变片(21)和所述拉索应变片(22)的数据变化,从而可以获取斜拉桥模型在不同典型损伤工况下的试验数据,最后卸下所述砝码(19);

S15:对比不同工况下的试验数据,可得出斜拉桥在典型损伤工况下的性能退化规律;

S16:通过调整所述砝码(19)的数量和位置,拆卸或拧松所述损伤钢板(7)、所述补强钢板(6)和所述花篮螺丝(9),模拟在不同的车辆超载情况下,斜拉桥在不同典型损伤工况下的性能退化规律。