波纹钢再生混凝土组合拱及其性能加载装置和测试方法

1.波纹钢再生混凝土组合拱的性能加载装置，该装置用于加载测试波纹钢组合拱，所述波纹钢组合拱（1）包括：波纹钢拱（11），将平钢板进行机械轧制，加工为平波纹钢板，然后使用起拱装置形成波纹钢拱（11）；竖向连接钢筋（12），在波纹钢拱（11）横截面的波峰和波谷处布置竖向连接钢筋（12），沿跨度方向均匀分布设置，竖向连接钢筋（12）与波纹钢拱（11）焊接连接；纵向受力钢筋（13），沿波纹钢拱（11）跨度方向布置，分别与波峰和波谷处的竖向连接钢筋（12）焊接固定；横向连接钢筋（14），沿波纹钢拱（11）跨度方向均匀横向布置，分别与纵向受力钢筋（13）焊接连接；固定钢板（15），波纹钢拱（11）的拱脚、纵向受力钢筋（13）的端头与固定钢板（15）焊接连接；混凝土（18），混凝土（18）结构厚度大于150mm；其特征在于：所述性能加载装置包括加载机组（2）、混凝土基础（4）、电阻应变片（5）和位移传感器（6）；所述加载机组（2）包括：底座（21），两个底座（21）用锚栓固定于混凝土基础（4）上，承载整个试验过程产生的荷载；拉杆（22），两个底座（21）通过对称C型槽钢拉杆（22）连接，平衡试验中波纹钢组合拱（1）产生的水平推力；转换座（23），波纹钢组合拱（1）试件两端与转换座（23）螺栓连接，转换座（23）下部通过螺栓与底座（21）连接；反力架（24），反力架（24）底部用锚栓固定于混凝土基础（4）上，上部设有横梁用于固定反力梁（25），中部设有带C型凹槽的限位板，反力架（24）两侧对称布置用于抵消加载产生的竖向反力；反力梁（25），反力梁（25）两端用螺栓固定于两侧的反力架（24）上，中间用于固定液压千斤顶（30）以及导向杆（26）；传力板，分为上传力板（27）和下传力板（28），上传力板（27）上侧抵接液压千斤顶（30）缸杆端面，下侧固定压力传感器（32），下传力板（28）上侧抵接压力传感器（32）端面，下侧设有两个圆形凹槽用于镶嵌压缩弹簧（33）；分配梁（29），分配梁（29）两端设有C型凸槽与反力架（24）上C型凹槽配合进行限位，上部设有两个圆形凹槽用于镶嵌压缩弹簧（33）；导向杆（26），导向杆（26）一端设有螺纹并连接于反力梁（25）上，另一端为光杆并穿过上传力板（27）、下传力板（28）和分配梁（29），中间设有一段螺纹用于通过螺母（31）锁止上传力板（27）；所述液压千斤顶（30）固定于反力梁（25）上，缸杆端面抵接上传力板（27），作为瞬时加载的动力源；所述压缩弹簧（33）设置于上传力板（27）和下传力板（28）之间并套设于导向杆（26）外部，液压千斤顶（30）瞬时加载后压缩弹簧（33）收缩产生弹簧力，用螺母（31）锁止上传力板（27），液压千斤顶（30）卸载，此时弹簧力作为长期性能加载的动力源；所述反力架（24）表面于波纹钢组合拱（1）两侧位置处均设置有防护组件；所述防护组件用于阻挡波纹钢组合拱（1）加载至破坏时所产生的向外崩飞的混凝土碎块；所述防护组件包括平移板（70）；所述平移板（70）与反力架（24）之间设置有弹性帘（71）和剪叉伸缩机构（72）；所述反力架（24）表面滑动连接有活动块（73），且剪叉伸缩机构（72）的一端与活动块（73）铰接；所述反力架（24）表面固定连接有电动伸缩杆（74）；所述电动伸缩杆（74）的输出端与活动块（73）连接；所述反力架（24）表面设置有收纳槽（75）；所述收纳槽（75）内部转动连接有收纳辊（76），且弹性帘（71）卷绕于收纳辊（76）表面；所述收纳辊（76）与反力架（24）之间设置有卷簧（77）。 2.根据权利要求1所述的波纹钢再生混凝土组合拱的性能加载装置，其特征在于：所述收纳槽（75）的顶部和底部均设置有安装槽（78）；所述安装槽（78）内部固定连接有弹性块（79）；所述收纳辊（76）延伸至安装槽（78）内部的两端表面均固定连接有阻尼块（80）；所述阻尼块（80）表面转动连接有滚珠（81）。 3.根据权利要求2所述的波纹钢再生混凝土组合拱的性能加载装置，其特征在于：所述反力架（24）表面于弹性帘（71）顶部和底部位置处均固定连接有安装块（82）；所述安装块（82）靠近弹性帘（71）的一侧固定连接有滑套（83）；所述滑套（83）内部滑动密封连接有滑芯（84）；所述滑芯（84）与滑套（83）之间固定连接有拉伸弹簧（85）；所述弹性块（79）设计为空心储气结构；所述弹性块（79）内部固定连接有弹性复位件（86）；所述弹性块（79）与滑套（83）之间通过导管（87）互相连通。 4.根据权利要求1所述的波纹钢再生混凝土组合拱的性能加载装置，其特征在于：所述波纹钢再生混凝土组合拱，在波纹钢拱（11）的拱脚处增加三角筋板（16）进行加固，在拱脚与纵向受力钢筋（13）之间增加螺钉（17），螺钉（17）与固定钢板（15）焊接连接，保证混凝土（18）与固定钢板（15）之间的有效连接。 5.波纹钢再生混凝土组合拱的测试方法，该方法使用权利要求1所述的波纹钢再生混凝土组合拱的性能加载装置，其特征在于：包括：S1、试件准备；S11、将平钢板进行机械轧制，加工为平波纹钢板，然后使用起拱装置完成起拱；S12、用激光切割的方式从波纹钢拱（11）的波峰、波中、波谷处分别取样，并对平钢板取样作为对照；S13、在波纹钢拱（11）上植入竖向连接钢筋（12）、纵向受力钢筋（13）、横向连接钢筋（14）；S14、在波纹钢拱（11）端部增加固定钢板（15）、加强三角筋板（16）以及螺钉（17）；S15、在波纹钢组合拱（1）拱面上设置混凝土加载平台，加载平台只布置钢筋骨架，不影响加载试验结果，加载平台数量与加载点的数量保持一致；S16、安装混凝土浇筑模板，在波纹钢拱（11）的外侧布置临时固定支撑，用来标定浇筑混凝土（18）的厚度；S17、按试验要求浇筑相应标号的混凝土（18），并按要求制作混凝土（18）标准试块；S18、拆除模板并对波纹钢组合拱（1）养护；S19、在波纹钢组合拱（1）拱面和侧面刷白浆和画定位线；S2、加载准备；S21、波纹钢组合拱（1）在竖向均布荷载下，拱结构的主要内力为轴力，试验中采用单点加载或多点加载方式进行；S22、将养护完成的波纹钢组合拱（1）安装到加载机组（2）的转换座（23）上并用螺栓固定；S23、在波纹钢组合拱（1）的0、L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/ 4、7L/8和L处截面对称布置2个位移传感器（6），0和L处的位移传感器（6）布置在转换座（23）外侧，其他位置的位移传感器（6）布置在波纹钢拱（11）的波峰处，每个截面取2个位移传感器（6）测量平均值作为最终结果；S24、在波纹钢组合拱（1）的所有八分点截面对称布置电阻应变片（5），其中：在各八分点处的波纹钢电阻应变片（5）包括纵向和横向两个方向，对称布置于波纹钢两侧的波峰、波中、波谷处，在混凝土拱面的各四分点处对称布置2个纵向电阻应变片（5），在各四分点处混凝土侧面的中心和对称的两侧布置3个电阻应变片（5）；S25、调试应变、位移和荷载数据信号采集仪，保证数据传输稳定；S26、调整加载机组（2）上的各分配梁（29）与波纹钢组合拱（1）的加载平台表面密贴；S3、瞬时加载；S31、预加载，采用液压千斤顶（30）进行加载，预加载力为0.3倍预估极限载荷（Pu），消除试验装置虚位移；S32、正式加载随荷载等级不同采用不同的加载制度：荷载小于0.3 Pu时，采用分级加载，以50 kN为一级，此后以30 kN为一级加载至0.7 Pu，荷载超过0.7 Pu后，连续加载直至试件破坏为止；S4、长期加载；S41、预加载，采用液压千斤顶（30）进行加载，预加载力为0.3倍预估极限载荷（Pu），消除试验装置虚位移；S42、设定恒定载荷，液压千斤顶（30）继续加载直至从控制系统中读取压力传感器（32）的数据到达长期加载载荷预估值时，使用加载机组（2）中导向杆（26）上的螺母（31）将上传力板（27）锁止，液压千斤顶（30）进行卸载，此时压缩弹簧（33）的弹簧力即为恒定载荷作为波纹钢组合拱（1）长期性能试验的压力动力源；S5：试验数据采集；使用动态信号采集仪采集应变数据，使用动静态信号采集仪采集位移和荷载数据，后期对数据进行对齐。