【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥面板变形和疲劳性能研究，更具体的说涉及一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置及方法。
技术介绍
1、钢筋混凝土桥面板是桥梁结构构件中最容易发生疲劳破坏的构件之一，因为其直接承受着较大的交通荷载。在目前的钢筋混凝土桥面板试验研究中，由于预算、时间和空间等限制，通常采用尺寸较小的钢筋混凝土桥面板来代替桥梁中的足尺桥钢筋混凝土板。为了模拟足尺桥面板相邻跨距的连续性，通常采用由工字型钢梁和沿桥面板横向和横向边缘的简支条件组成桥面板的试验边界条件。目前，试验中桥面板试件的横向边缘通常使用竖向放置的工字形钢梁来模拟简支边界条件，这些竖向放置的工字形钢梁对桥面板的变形和开裂具有抑制作用，特别是工字形钢梁附近的混凝土变形和开裂。工字形钢梁会导致斜裂缝破坏形态，裂缝从加载位置开始，并延伸到桥面板的四角，导致桥面板试件的变形和疲劳性能与实际桥梁板的变形和疲劳性能不一致。因此，建立一套适用于桥面板疲劳性能研究的桥面板疲劳性能试验的等效边界条件确定方法和装置，对实际分析桥梁面板的疲劳行为具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种面向桥面板疲劳性能试验的基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置及方法，解决现有桥梁中桥面板疲劳性能研究中采用竖向放置的工字形钢梁作为简支边界条件时，桥面板受荷载变形和疲劳行为与实际情况不符的技术问题，提高了桥面板疲劳性能试验的效率和精度。
2、为了实现上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种基于可变
3、抗弯刚度调节模块包括电磁线圈、水平向固定永磁体、主轴和滑动永磁体；
4、抗转刚度调节模块包括电磁线圈、竖向固定永磁体、主轴和滑动永磁体；
5、拼接组装模块由多个桥面板等效试验装置构成，通过单元拼接组装的方式，搭建桥面板疲劳性能试验中的等效边界条件。
6、在一个方案中，所述的桥面板等效试验装置主轴上依次安装有金属底座，水平向固定永磁体，滑动永磁体，水平向固定永磁体，以及金属连接板；
7、水平向固定永磁体通过下部固定锁扣固定与主轴上，水平向固定永磁体外围包裹有电磁线圈；
8、主轴中点位置上方，设置有固定永磁体，竖向固定永磁体为矩形，竖向固定永磁体包裹有电磁线圈。所述的基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置还包括一个外壳。
9、再一方面，一种桥面板疲劳性能试验的等效边界条件确定方法，所述的方法适用于所述的装置，所述的方法包括：
10、建立足尺桥面板有限元模型并施加静力荷载，进行数值模拟；
11、根据数值模拟分析结果，计算确定小尺寸桥面板试件在足尺桥面板位置处的弯曲刚度值和旋转刚度值；
12、根据弯曲刚度值和旋转刚度值，调节桥面板等效试验装置的抗弯刚度和抗转刚度；
13、根据桥面板试件尺寸，对基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置进行单元拼接组装，构建桥面板疲劳性能试验的等效边界条件。
14、在一个方案中，所述的弯曲刚度值，提取小尺寸桥面板试件在足尺桥面板位置处的水平向节点应力分量和竖向位移，计算小尺寸桥面板试件在足尺桥面板位置处的弯曲刚度值；
15、所述的旋转刚度值，提取小尺寸桥面板试件在足尺桥面板位置处的横向节点应力分量和位移，计算小尺寸桥面板试件在足尺桥面板位置处的旋转刚度值。
16、在一个方案中，所述弯曲刚度值，调节桥面板等效试验装置的水平方向上的通电线圈的电流量，对所述桥面板等效试验装置的抗弯刚度进行调节；
17、所述旋转刚度值，调节桥面板等效试验装置的竖直方向上的通电线圈的电流量，对所述桥面板等效试验装置的抗转刚度进行调节。
18、在一个方案中，所述的弯曲刚度值计算过程如下：
19、根据足尺桥面板的有限元模型静载分析结果，提取y方向的节点应力分量σyy和沿桥面板横向边缘的z方向的位移δzz；
20、根据y方向的节点应力分量计算得到桥面板疲劳性能试验中桥面板试件横向边缘的截面弯矩myy；
21、根据沿上述桥面板试件横向边缘的z方向的位移，构建拟合等式为：
22、δzz＝f(y)(1)
23、根据伯努利-欧拉方程，求等式(1)关于y的二阶导数：
24、
25、其中，rs为沿上述桥面板试件横向边缘的曲率半径；
26、计算上述桥面板试件的弯曲刚度值：
27、ei＝myyrs(3)。
28、在一个方案中，所述的旋转刚度值计算过程如下：
29、根据上述足尺桥面板有限元模型的分析结果，提取上述桥面板试件x方向的节点应力分量σxx和沿上述桥面板试件横向边缘的x方向的位移δxx；
30、根据x方向的节点应力分量σxx计算沿上述桥面板试件横向边缘的截面弯矩mxx；
31、根据沿上述桥面板试件横向边缘的x方向的位移δxx，计算沿上述桥面板试件的横向边缘旋转角θxx；
32、计算上述桥面板试件位置处的旋转刚度值：
33、
34、在一个方案中，所述的调节桥面板等效试验装置的抗弯刚度和抗转刚度过程如下：
35、根据桥面板试件厚度确定等效装置的连接板高度；
36、根据弯曲刚度值与桥面板等效试验装置抗弯刚度一致的原则，调节水平向的电磁线圈的电流量，以此调节桥面板等效试验装置的抗弯刚度；
37、根据旋转刚度值与桥面板等效试验装置抗转刚度一致的原则，调节竖向的电磁线圈的电流量，以此调节桥面板等效试验装置的抗转刚度；
38、根据试验中桥面板试件的横向尺寸，对桥面板等效试验装置进行单元拼接组装，构建桥面板疲劳性能试验的等效边界条件。
39、本专利技术有益效果：
40、本专利技术提供了一种面向桥面板疲劳性能试验研究的基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置及方法，采用基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置，根据弯曲刚度和旋转刚度一致原则，调节桥面板等效试验装置的抗弯刚度与抗转刚度，实现桥面板疲劳性能试验的等效边界条件搭建，进而提高钢筋混凝土桥面板受荷载下变形行为的准确性和疲劳性能研究的试验效率。
41、相比现有的方法，本专利技术比现有桥梁钢筋混凝土桥面板的承受荷载变形行为和疲劳性能试验研究研究具有更高的试验效率和准确性。
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1.一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置，其特征在于：所述的桥面板等效试验装置包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置，其特征在于：所述的桥面板等效试验装置的主轴上依次安装有金属底座，水平向固定永磁体，滑动永磁体，竖向固定永磁体，以及金属连接板；
3.一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验方法，所述的方法适用于如权利要求1-2中任一项权利要求所述的装置，所述的方法用于桥面板疲劳性能试验的等效边界条件确定，其特征在于：所述的方法包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验方法，其特征在于：所述的弯曲刚度值，提取小尺寸桥面板试件在足尺桥面板位置处的水平向节点应力分量和竖向位移，计算小尺寸桥面板试件在足尺桥面板位置处的弯曲刚度值；
5.根据权利要求3所述的一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验方法，其特征在于：所述弯曲刚度值，调节桥面板等效试验装置的水平方向上的通电线圈的电流量，对所述桥面板等效试验装置的抗弯刚度进行调节；
6.根据权利要求3所述的一种
7.根据权利要求3所述的一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验方法，其特征在于：所述的旋转刚度值计算过程如下：
8.根据权利要求3所述的一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验方法，其特征在于：所述的调节桥面板等效试验装置的抗弯刚度和抗转刚度过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置，其特征在于：所述的桥面板等效试验装置包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验装置，其特征在于：所述的桥面板等效试验装置的主轴上依次安装有金属底座，水平向固定永磁体，滑动永磁体，竖向固定永磁体，以及金属连接板；
3.一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验方法，所述的方法适用于如权利要求1-2中任一项权利要求所述的装置，所述的方法用于桥面板疲劳性能试验的等效边界条件确定，其特征在于：所述的方法包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于可变刚度电磁弹簧的桥面板等效试验方法，其特征在于：所述的弯曲刚度值，提取小尺寸桥面板试件在足尺桥面板位置处的水平向节点应力分量和...
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