一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，包括有机玻璃箱梁模型、模拟预应力钢筋的钢丝绳、模拟锚具和定位钢丝绳的钢丝绳定位器、模拟施加预应力的钢丝绳收紧器、实现预应力筋连接的钢丝绳紧固夹、预应力施加大小实时测试的S型拉力传感器、箱梁剪力滞效应应变测试系统。其特征在于在有机玻璃箱梁模型上，在拟模拟预应力作用的位置，粘贴有钢丝绳定位器，将钢丝绳通过钢丝绳紧固夹紧固，钢丝绳紧固夹之间串联有钢丝绳收紧器和S型拉力传感器，S型拉力传感器和计算机之间通过静态应变采集仪连接，应变测试元件与静态应变采集仪连接，静态应变采集仪后连接电源控制系统。本实用新型针对有机玻璃箱梁模型，提供了一种有效的预应力加载装置，所测数据能够真实反映预应力作用下箱梁的剪力滞效应，模拟程度高，实用性好，易于实施。

主设计要求

1.一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，其特征在于:在有机玻璃箱梁模型(12)上，在拟模拟预应力作用的位置粘贴钢丝绳定位器(13)，钢丝绳(7)通过钢丝绳紧固夹(1)紧固，钢丝绳紧固夹(1)之间串联有钢丝绳收紧器(4)和S型拉力传感器(3)，S型拉力传感器(3)和计算机(8)之间通过静态应变采集仪(9)连接，静态应变采集仪(9)后连接电源控制系统(10)，通过顺时针旋转钢丝绳收紧器(4)的花篮螺栓(5)，使钢丝绳(7)沿钢丝绳定位器(13)的凹槽滑动收紧，钢丝绳(7)受到的轴向拉力通过传感器(3)可以由静态应变采集仪(9)测定，与静态应变采集仪(9)连接的计算机(8)就会显示出有机玻璃箱梁模型的轴力数值；箱梁模型(12)在预应力作用下的剪力滞效应，可通过箱梁控制截面粘贴的应变测试元件(2)，由连接于计算机(8)的静态应变采集仪(9)获得，从而可实现在预加应力作用下箱梁剪力滞效应的完整和系统测试。

设计方案

2.根据权利有求1所述的一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，其特征在于，所述钢丝绳收紧器(4)由左、右旋螺杆(6)及花篮螺栓(5)组成，左、右旋螺杆(6)带有弯钩，可与钢丝绳紧固夹(1)尾部的绳套连接，通过旋转花篮螺栓(5)可实现钢丝绳(7)的收紧。

3.根据权利有求1所述的一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，其特征在于，所述钢丝绳紧固夹(1)由固定板(14)、盖板(15)和螺母(16)组成，固定板(14)上固定有两个螺杆，钢丝绳从固定螺杆的左侧穿入，右侧穿出，并在钢丝绳紧固夹(1)尾部留部分钢丝绳以形成绳套，方便与其他构件的连接，然后将盖板(15)穿入固定螺杆，通过拧紧配套的螺母(16)，可实现钢丝绳的紧固。

4.根据权利有求1所述的一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，其特征在于，在模拟预应力筋的位置粘贴有模拟锚具和钢丝绳定位的钢丝绳定位器(13)，钢丝绳定位器表面带有光滑的凹槽，钢丝绳收紧器(4)收紧钢丝绳(7)时，钢丝绳(7)可以在钢丝绳定位器(13)凹槽中自由滑动。

5.根据权利有求1所述的一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，其特征在于，所述S型拉力传感器(3)两端的螺栓孔配套尾部带有弯钩的螺栓，可与钢丝绳紧固夹(1)尾部的绳套及左、右旋螺杆实现串联，采用全桥法连接在静态应变采集仪(9)上的S型拉力传感器(3)试验前需要标定，连接有静态应变采集仪(9)的计算机(8)可时时换算并显示出钢丝绳(7)收紧过程中S型拉力传感器(3)的拉力值。

6.根据权利有求1所述的一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，其特征在于，所述布设于箱梁模型(12)上的应变测试元件(2)，采用半桥法接线于静态应变采集仪(9)，通过连接在静态应变采集仪(9)上的计算机(8)显示出箱梁模型在钢丝绳(7)收紧过程中的应变值，进而获得箱梁模型的剪力滞效应。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种有机玻璃箱梁模型预应力加载的技术领域，尤其涉及轴向预应力效应的加载装置。G01M 5\/00结构部件弹性的测试

背景技术

模型试验是研究和发展桥梁结构理论的重要手段之一，有机玻璃因其匀质性好、加工及制作的方便,在制作桥梁结构模型中得到了广泛的应用。由于整体工作性能优越、造价低、施工便捷等优点，预应力混凝土箱梁成为当前高速铁路、高速公路和市政桥梁工程的主要主梁形式。预应力混凝土箱梁是将张拉后的高强钢绞线(或钢丝束)锚固于混凝土箱梁中，钢绞线在放张的过程中，在混凝土箱梁中建立起了预应力，改善混凝土箱梁抗拉性能较差的性能。因此，预应力混凝土箱梁的力学行为中，涉及通过钢绞线施加的预应力与混凝土箱梁的相互作用，而其中最为突出的就是考虑预应力作用的箱梁剪力滞效应。而通过室内缩尺有机模型实验，研究预应力作用下箱梁的剪力滞效应是最有效的方法之一。但由于有机玻璃模型尺寸较小，无法像工程实际中那样通过高强钢绞线的张拉来施加预应力，也更不能由此获得有机玻璃箱梁模型在预应力作用下的剪力滞效应，因此急需开发一种有效模拟预应力作用的箱梁剪力滞效应实验装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对有机玻璃箱梁模型，提供一种有效的预应力加载装置。

为解决上述问题，本文所述的一种预应力下的有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，其特征在于：在有机玻璃箱梁模型上，在拟模拟预应力作用的位置粘贴钢丝绳定位器，钢丝绳通过钢丝绳紧固夹紧固，钢丝绳紧固夹之间串联有钢丝绳收紧器和S型拉力传感器，S型拉力传感器和计算机之间通过静态应变采集仪连接，静态应变采集仪后连接电源控制系统，通过顺时针旋转钢丝绳收紧器的花篮螺栓，使钢丝绳沿钢丝绳定位器的凹槽滑动收紧，钢丝绳受到的轴向拉力通过传感器可以由静态应变采集仪测定，与静态应变采集仪连接的计算机就会显示出该轴力的数值；箱梁模型在预应力作用下的剪力滞效应，可通过箱梁控制截面粘贴的应变测试元件，由连接于计算机的静态应变采集仪获得，从而可实现在预加应力作用下箱梁剪力滞效应的完整和系统测试。

所述钢丝绳收紧器由左、右旋螺杆及花篮螺栓组成，左、右旋螺杆(6) 带有弯钩，可与钢丝绳紧固夹尾部的绳套连接，通过旋转花篮螺栓可实现钢丝绳的收紧。

所述钢丝绳紧固夹由固定板、盖板和螺母组成，固定板上固定有两个螺杆，钢丝绳从固定螺杆的左侧穿入，右侧穿出，并在钢丝绳紧固夹尾部留部分钢丝绳以形成绳套，方便与其他构件的连接，然后将盖板穿入固定螺杆，通过拧紧配套的螺母，可实现钢丝绳的紧固。

所述模拟预应力筋的位置粘贴有模拟锚具和钢丝绳定位的钢丝绳定位器，钢丝绳定位器表面带有光滑的凹槽，钢丝绳收紧器收紧钢丝绳时，钢丝绳可以在钢丝绳定位器凹槽中自由滑动。

所述S型拉力传感器两端的螺栓孔配套尾部带有弯钩的螺栓，可与钢丝绳紧固夹尾部的绳套及左、右旋螺杆实现串联，采用全桥法连接在静态应变采集仪上的S型拉力传感器试验前需要标定，连接有静态应变采集仪的计算机可时时换算并显示出钢丝绳收紧过程中S型拉力传感器的拉力值。

所述布设于箱梁模型上的应变测试元件，采用半桥法接线于静态应变采集仪，通过连接在静态应变采集仪上的计算机显示出箱梁模型在钢丝绳收紧过程中的应变值，进而获得箱梁模型的剪力滞效应。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型中加载预应力的大小通过钢丝绳收紧器可以自由灵活的改变。

2、本实用新型中的钢丝绳定位器不仅可以定位钢丝绳，还能模拟锚具的作用。

3、本实用新型设计简洁明了，通过计算机可实现人机对话界面，突出操作的直观性，能够真实反映施加在箱梁模型上的预应力大小，模拟程度高，实用性好。

4、本实用新型一种模拟预应力作用下有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，制造成本低廉，经调试，具有操控灵活、数据准确的优点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1(a)为本实用新型的结构示意图，图1(b)为钢丝绳紧固夹、钢丝绳定位器以及钢丝绳收紧器的细部图，图2(a)为实施实例2中箱梁模型的截面尺寸，图2(b)为实施实例2中箱梁模型的加载方式。

图中：1—钢丝绳紧固夹 2—应变测试元件 3—S型拉力传感器 4—钢丝绳收紧器5—花篮螺栓 6—左(右)旋螺杆 7—钢丝绳 8—计算机 9—静态应变采集仪 10—电源控制系统 11—支座 12—箱梁模型 13—钢丝绳定位器 14—固定板 15—盖板 16—螺母

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种模拟预应力作用下有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置，该加载装置包括钢丝绳收紧器(4)、钢丝绳紧固夹(1)、应变测试元件(2)、钢丝绳(7)、S型拉力传感器(3)、计算机(8)、静态应变采集仪(9)、电源控制系统(10)、支座(11)、钢丝绳定位器(13)以及有机玻璃箱梁模型(12)。

其中：

在有机玻璃箱梁模型(12)上，在拟模拟预应力作用的位置粘贴钢丝绳定位器(13)，钢丝绳(7)通过钢丝绳紧固夹(1)紧固，钢丝绳紧固夹(1) 之间串联有钢丝绳收紧器(4)和S型拉力传感器(3)，S型拉力传感器(3) 和计算机(8)之间通过静态应变采集仪(9)连接，静态应变采集仪(9)后连接电源控制系统(10)，通过顺时针旋转钢丝绳收紧器(4)的花篮螺栓(5)，使钢丝绳(7)沿钢丝绳定位器(13)的凹槽滑动收紧，钢丝绳(7)受到的轴向拉力通过传感器(3)可以由静态应变采集仪(9)测定，与静态应变采集仪(9)连接的计算机(8)就会显示出该轴力的数值；箱梁模型(12)在预应力作用下的剪力滞效应，可通过箱梁控制截面粘贴的应变测试元件(2)，由连接于计算机(8)的静态应变采集仪(9)获得，从而可实现在预加应力作用下箱梁剪力滞效应的完整和系统测试。

本实用新型工作原理如下：

首先将将S型拉力传感器、钢丝绳紧固夹、钢丝绳收紧器通过钢丝绳串联就位，通过钢丝绳定位器确定钢丝绳施加预应力的位置。接通电源，顺时针旋转花篮螺栓，可以收紧钢丝绳，使得钢丝绳定位器对有机玻璃箱梁模型的端部产生轴向压力，该轴向力可通过标定好的S型拉力由静态应变采集仪测定，与静态应变采集仪连接的计算机通过换算就会显示出该轴向力的数值。同时，箱梁控制截面的应力通过粘贴在该截面上的应变测试元件可以由连接于计算机的静态应变采集仪获得，从而可实现在预加应力作用下箱梁剪力滞效应的完整和系统测试。

实施例2

为了考察模拟预应力作用下有机玻璃箱梁模型剪力滞效应的实验装置效果,以单箱单室有机玻璃箱梁模型为例，试验模型跨度L＝1000mm的简支箱梁，截面尺寸见图2(a)，有机玻璃的弹性模量E＝2600x10^{5<\/sup>MPa，泊松比μ＝0.385。单箱单室箱梁腹板与顶板相交处施加0.2kN的轴向预应力，加载方式见图2 (b)。为了验证本实用新型的效果，采用Ansys有限元软件shell63单元建立有限元数值模型，同时采用初等梁分析方法，对比分析了本实用新型下模型试验的测试值、有限元值以及初等梁理论值。结果表明本实用新型测试值与有限元解以及理论解都非常接近，表明本实用新型提出的箱梁预应力加载装置具有较高的加载精度。部分数据见下表。}

单箱单室箱梁顶板作用0.2kN的轴向预应力应变值。

设计图

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