[實用新型]一種橋面結構輪式滾動疲勞加載試驗平臺

有效

• 申請號: 201520028094.3
• 申請日: 2015-01-15
• 公開（公告）號: CN204389321U
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發明（設計）人: 劉高;張喜剛;徐國平;唐亮;劉冬一;丁正華;黃李驥;孟旭
• 申請（專利權）人: 中交公路長大橋建設國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: G01N3/34
• 分類號: G01N3/34
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本實用新型涉及一種能夠用于橋面結構疲勞試驗、能模擬車輪通過效應的橋面結構輪式滾動疲勞加載試驗平臺，屬于橋梁工程領域。

背景技術

隨著國民經濟的快速發展，交通流量及車輛荷載越來越大，重載交通下正交異性鋼橋面板、混凝土橋面板等橋面結構的疲勞劣化問題十分突出，改進橋面結構耐久性、延長使用壽命、保證橋梁結構安全的任務日益緊迫。

目前，由于數值模擬技術存在殘余應力場模擬、局部應力分析、多軸疲勞效應考量、疲勞抗力確定、疲勞壽命評估等技術難題難以解決，因此研究結構疲勞問題最有效的方法還是模型疲勞試驗，特別是能準確反映實際結構形式、邊界約束條件、制造安裝工藝、荷載施加特點的大型足尺模型疲勞試驗。不合理的試驗方案會導致一些似是而非的錯誤，需要謹慎對待。對于直接承受車輪荷載的橋面結構，其模型疲勞試驗需重點解決的是能準確模擬車輪通過效應的荷載施加問題。既有試驗結果表明，如不考慮該效應，正交異性鋼橋面板部分細節疲勞強度等級將被高估，混凝土橋面板疲勞裂紋模式將發生根本變化。

對于橋面結構疲勞試驗，目前可供采用的能模擬車輪通過效應的疲勞加載設備主要有以下3類：

(1)多作動器固定點順次加載，比較典型的是2000年前后美國里海大學在對Williamsburg大橋和Bronx-Whitestone大橋橋面改造工程所進行的正交異性鋼橋面板試驗。這種方法在多作動器之間設置相位差，以離散加載代替連續加載，技術簡單，能充分利用現有試驗設備，但由于作動器數量有限，因此加載不連續，只能近似模擬車輪通過，對某些構造可能無法產生最不利的加載效應。

(2)路面加速試驗裝置。目前用于路面及橋面鋪裝的加速試驗裝置?種類較多，如澳大利亞ALF裝置、南非HVS裝置、南非MLS裝置等，這些產品相對成熟，加載方式理想，但還沒有實際采用該裝置進行橋面結構疲勞試驗的報道。究其原因，主要是這些設備以滿足使用壽命短(一般5年左右)的路面加速試驗低次數、大標距、標準輪載、環境可控的要求為開發目標，輪載較小(不超過150kN)，大輪載下加載頻率很低(不到10次/分鐘)，每次試驗作用次數不超過50萬次；但對于使用壽命長(一般超過70年)的橋面結構疲勞試驗高次數、大輪載、高頻率、低成本的要求，采用以上小輪載、低頻率的路面加速試驗裝置將導致試驗時間(每次試驗作用次數超過500萬次)和成本難以估量，不具可行性。

(3)輪荷重走行疲勞試驗機。為了克服路面加速試驗裝置研究橋面結構疲勞性能在輪載和頻率上的不適用性問題，日本在1990年代開發了以曲柄連桿機構為主要原理的輪荷重走行疲勞試驗機，輪載達500kN，加載頻率30次/分鐘，據查目前日本該設備保有量不到10臺，還沒有定型產品。這類設備大大推進了橋面結構疲勞研究，然而存在兩個重大不足：一是輪載往復雙方向施加，與實際車流一般單向通行不同；二是輪載僅通過蓄能器施加，無反饋控制，對橋面結構剛度變化敏感，加載誤差大(達到5％)，且運行過程中輪載無法調節。

為了提升車輪對橋面結構的滾動疲勞加載模擬水平，迫切需要研究能夠實現車輪滾動單向、雙向加載，能夠實現多種輪載施加模式，提升實際車輪模擬水平，而且加載頻率高、加載精度高、加載范圍寬的新型疲勞加載試驗平臺。

實用新型內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本實用新型的主要目的是提供一種能夠實現車輪滾動單向、雙向加載，能夠合理模擬橋面結構的工作環境，能夠實現多種輪載施加模式，提升實際車輪模擬水平，而且加載頻率高、加載精度高、加載范圍寬的橋面結構輪式滾動疲勞加載試驗平臺。

(二)技術方案

為達到上述目的，本實用新型提供了一種橋面結構輪式滾動疲勞加載試驗平臺，包括：在橋面結構試件上進行水平方向的往復運動，以實現對橋面結構試件的疲勞加載測試的加載單元；承擔加載單元在橋面結構試件上往復運動中產生的反作用力的反力架；驅動加載單元在橋面結構試件上進行水平方向的往復運動的行走導向系統；驅動加載單元對橋面結構試件進行豎向加載的豎向加載系統；控制橋面結構試件的工作溫度的溫度控制系統；以及控制行走導向系統、豎向加載系統和溫度控制系統，從而控制加載單元在橋面結構試件上進行的豎向和水平運動、以及橋面結構試件的工作溫度的中央控制系統。

上述方案中，所述反力架由立柱11、橫梁12、聯系梁13、承載梁14、垂直升降裝置15、水平移位裝置16構成，反力架的基頻Ω為加載單元最大加載頻率ω的1.5倍以上，避免平臺運行時發生共振。