CN103776579A - 火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置及方法，其装置包括应变测试仪、计算机、底座、螺栓轴力承接装置和扭矩加载装置；螺栓轴力承接装置由从下到上依次设置且供待测试螺栓从下到上依次穿过的下刚性垫板、弹性钢套筒和上刚性垫板组成，螺母螺纹连接在待测试螺栓穿出到上刚性垫板的一端，弹性钢套筒的外壁上对称粘贴有第一电阻应变片和第二电阻应变片。其方法包括步骤：一、标记待测试螺栓过火后的松弛状态；二、测定过火试验后待测试螺栓的扭矩系数；三、计算过火试验后待测试螺栓的预紧力松弛量。本发明测定精度高，测定结果能够为钢结构火灾后安全性能评估及加固处理提供参考依据，避免了浪费，也减少了安全隐患，实用性强。

Description

火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置及方法

技术领域

本发明属于高强螺栓连接性能研究技术领域，具体是涉及一种火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置及方法。

背景技术

高强螺栓连接由于其构造简单，施工方便，承载力高，便于拆卸等优点，已成为现代钢结构连接的一种重要形式，广泛应用于工业与民用建筑、桥梁工程、水利水电工程等。与普通螺栓不同，高强度螺栓工作原理是通过对连接副施以设计预拉力，将被连接板件紧固连接在一起，连接刚度大，承载力高。预拉力对螺栓副起紧固作用，通常又称预紧力，其大小会影响连接的安全可靠性，尤其对高强螺栓摩擦型连接，预拉力的大小直接关系到连接的承载力。

火灾作为一种多发灾害，对钢结构损伤尤为严重。高强螺栓连接的损伤乃至失效是钢结构遭受火灾作用常见的损伤破坏形式。高温火灾作用使得高强螺栓连接材料机械性能，受力以及紧固状态发生复杂的非线性变化，直接影响其安全承载性能。目前国内外对高强螺栓力学性能的研究主要针对常温和高温下，以及非受力状态高强螺栓火灾后力学性能研究。

现有研究成果对钢结构抗火设计起到了很好的指导作用。但对于火灾后高强螺栓由于缺乏系统的研究，工程中常常对高强螺栓连接过火后，即要求更换螺栓，或只要螺栓无松动，即认为是安全，反之，则予以更换的简单处理方式。前者偏保守，将造成浪费；后者偏不安全,会造成安全隐患。因此，研究高强度螺栓连接火灾后的受力性能十分必要与迫切。常温下高强螺栓扭矩系数及预紧力通常采用轴力计测定。测定时，将待测试螺栓副置入轴力计，扭矩扳手施加扭矩T，轴力计中自带轴力传感器，同步记录扭矩T及对应轴力P，当轴力达到规范要求值时，代入公式

计算扭矩系数，其中，d为待测螺栓的公称直径。传统轴力计采用压力传感器测定轴力，其最大特点是集成了扭矩及轴力的采集，可同步测定记录所加扭矩及螺栓杆对应轴力；同时，待测螺栓被施加扭矩后在轴力计中处于紧固状态，要取出来，需完全卸载；常温下测定扭矩系数，采用此装置简单方便。但是，对于高温后高强螺栓连接预紧力损失则无法采用轴力计测定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便、使用操作便捷的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：包括应变测试仪、与应变测试仪相接的计算机、用于固定待测试螺栓的底座和用于承接待测试螺栓的轴力的螺栓轴力承接装置，以及用于给由待测试螺栓、螺母、上垫片和下垫片构成的螺栓副施加扭矩的扭矩加载装置；所述底座上开有用于卡合连接所述待测试螺栓的螺栓头的孔，所述螺栓轴力承接装置由从下到上依次设置且供待测试螺栓从下到上依次穿过的下刚性垫板、弹性钢套筒和上刚性垫板组成，所述螺母螺纹连接在待测试螺栓穿出到上刚性垫板的一端，所述上垫片设置在上刚性垫板与螺母之间，所述下垫片设置在待测试螺栓的螺栓头与下刚性垫板之间，所述弹性钢套筒的外壁上对称粘贴有第一电阻应变片和第二电阻应变片，所述第一电阻应变片和第二电阻应变片串联后的一端与应变测试仪的接线柱A连接，所述第一电阻应变片和第二电阻应变片串联后的另一端与应变测试仪的接线柱B连接。

上述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：包括粘贴在与螺栓轴力承接装置置于同一工作环境下的温度补偿铁上的第一温度补偿片和第二温度补偿片，所述第一温度补偿片和第二温度补偿片串联后的一端与应变测试仪的接线柱B连接，所述第一温度补偿片和第二温度补偿片串联后的另一端与应变测试仪的接线柱C连接。

上述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述扭矩加载装置为电子数显扭力扳手。

上述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述应变测试仪为DH3818静态应变测试仪，所述DH3818静态应变测试仪通过串口与计算机相接。

上述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述下刚性垫板、弹性钢套筒和上刚性垫板均与所述待测试螺栓的螺杆过盈配合。

上述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述弹性钢套筒的高度为30mm～57mm，所述弹性钢套筒的壁厚为10mm～14mm。

上述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述下刚性垫板的厚度和上刚性垫板的厚度均为8mm～12mm。

本发明还提供了一种步骤简单、实现方便、测定精度高的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、标记待测试螺栓过火后的松弛状态，其具体过程如下：

步骤101、组装所述螺栓轴力承接装置：首先，将下垫片套在待测试螺栓上，并将待测试螺栓从下到上依次穿过下刚性垫板、弹性钢套筒和上刚性垫板，接着，将上垫片套在待测试螺栓上穿出到上刚性垫板的一端，并将螺母螺纹连接在待测试螺栓穿出到上刚性垫板的一端，然后，将待测试螺栓的螺栓头卡合连接到底座上开有的孔中，固定好待测试螺栓；

步骤102、按照编号为GB50205-2001的国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》中规定的对高强螺栓施加预拉力值P₀的要求，根据公式T₀=P₀dK₀计算得到需要对由待测试螺栓、螺母、上垫片和下垫片构成的螺栓副施加的初始扭矩T₀，并采用扭矩加载装置给由待测试螺栓、螺母、上垫片和下垫片构成的螺栓副施加初始扭矩T₀；其中，d为待测试螺栓的公称直径，K₀为常温下待测试螺栓的扭矩系数；

步骤103、对步骤101中组装好的所述螺栓轴力承接装置实施温度为W的过火试验，再冷却至室温；其中，W的取值范围为100℃～600℃；

步骤104、在弹性钢套筒的外壁上对称粘贴第一电阻应变片和第二电阻应变片，并将第一电阻应变片和第二电阻应变片串联后的一端与应变测试仪的接线柱A连接，将第一电阻应变片和第二电阻应变片串联后的另一端与应变测试仪的接线柱B连接；

步骤105、将应变测试仪与计算机连接，并对应变测试仪进行调零；

步骤二、测定过火试验后待测试螺栓的扭矩系数，其具体过程如下：

步骤201、先采用扭矩加载装置对实施了温度为W的过火试验后的由待测试螺栓、螺母、上垫片和下垫片构成的螺栓副进行卸载，再进行n次分级加载，每次分级加载过程中，第一电阻应变片和第二电阻应变片对弹性钢套筒产生的轴向应变进行实时检测并将所检测到的信号输出给应变测试仪，应变测试仪对第一电阻应变片和第二电阻应变片检测到的信号进行分析处理，得到各级加载扭矩下弹性钢套筒的轴向应变并传输给计算机；其中，n的取值为2～30的自然数；

步骤202、将各级加载扭矩输入计算机，并在计算机中建立第i级加载扭矩T_i与弹性钢套筒的轴向应变ε_i的对应直线关系式：T_i=(-EAdK_W)ε_i+P_WdK_W；其中，EA为弹性钢套筒的抗拉刚度，K_W为进行温度为W的过火试验后待测试螺栓的扭矩系数，P_W为进行温度为W的过火试验后待测试螺栓的螺栓轴力，i的取值为1～n的自然数；

步骤203、所述计算机采用最小二乘法对各加载扭矩和对应的弹性钢套筒的轴向应变数据进行直线拟合，得到拟合直线T_i=(-EAdK_W)ε_i+P_WdK_W的斜率k=-EAdK_W和截距b=P_WdK_W；

步骤204、所述计算机根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓的扭矩系数K_W;

步骤三、计算过火试验后待测试螺栓的预紧力松弛量，其具体过程如下：

步骤301、所述计算机根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓的轴力P_W；

步骤302、所述计算机根据公式P_s=P₀-P_W计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓的预紧力松弛量P_s，其中，P₀为步骤102中对待测试螺栓施加的预拉力值。

上述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定方法，其特征在于该方法在步骤三之后还包括以下步骤：

步骤四、计算过火试验后待测试螺栓的预紧力松弛系数：所述计算机根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓的预紧力松弛系数β。

上述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定方法，其特征在于：步骤103中所述冷却至室温采用自然冷却或喷水冷却的冷却方式。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明测定装置的结构简单，设计合理，实现方便，使用操作便捷。

2、本发明测定装置中将第一电阻应变片和第二电阻应变片对称粘贴在所述弹性钢套筒的外壁上，可以抵消所述弹性钢套筒弯曲应力产生的应变，有助于提高火灾后高强高强螺栓连接预紧力松弛量的测定精度。

3、本发明通过设置第一温度补偿片和第二温度补偿片，能够抵消测试环境温度对测试结果的影响，有助于提高火灾后高强高强螺栓连接预紧力松弛量的测定精度。

4、本发明的螺栓轴力承接装置与待测试螺栓形成了自反力平衡体系，实时检测弹性钢套筒产生的轴向应变，就能够实时记录待测试螺栓在火灾后的预紧力大小，进一步得到待测试螺栓在火灾后的预紧力松弛量，测定方法的步骤简单，实现方便。

5、本发明能够方便地用于火灾后高强高强螺栓连接预紧力松弛量的测定，测定结果能够为钢结构火灾后安全性能评估及加固处理提供参考依据，避免了浪费，也减少了安全隐患，实用性强，推广应用价值高。

综上所述，本发明实现方便，使用操作便捷，测定精度高，测定结果能够为钢结构火灾后安全性能评估及加固处理提供参考依据，避免了浪费，也减少了安全隐患，实用性强，推广应用价值高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明测定装置的结构示意图。

图2为本发明测试弹性钢套筒的轴向应变的半桥电路的原理图。

图3为本发明测定方法的方法流程图。

图4为型号为M16的高强螺栓经历过火试验后的预紧力松弛系数变化图。

图5为型号为M20的高强螺栓经历过火试验后的预紧力松弛系数变化图。

图6为型号为M22的高强螺栓经历过火试验后的预紧力松弛系数变化图。

附图标记说明:

1—应变测试仪；        2—计算机；            3—底座；

4—下刚性垫板；        5—弹性钢套筒；        6—上刚性垫板；

7—待测试螺栓；        8—第一电阻应变片；    9—第二电阻应变片；

10—扭矩加载装置；     11—螺母；             12—温度补偿铁；

13—第一温度补偿片；   14—第二温度补偿片；   15—上垫片；

16—下垫片。

具体实施方式

如图1所示，本发明的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，包括应变测试仪1、与应变测试仪1相接的计算机2、用于固定待测试螺栓7的底座3和用于承接待测试螺栓7的轴力的螺栓轴力承接装置，以及用于给由待测试螺栓7、螺母11、上垫片15和下垫片16构成的螺栓副施加扭矩的扭矩加载装置10；所述底座3上开有用于卡合连接所述待测试螺栓7的螺栓头的孔，所述螺栓轴力承接装置由从下到上依次设置且供待测试螺栓7从下到上依次穿过的下刚性垫板4、弹性钢套筒5和上刚性垫板6组成，所述螺母11螺纹连接在待测试螺栓7穿出到上刚性垫板6的一端，所述上垫片15设置在上刚性垫板6与螺母11之间，所述下垫片16设置在待测试螺栓7的螺栓头与下刚性垫板4之间，所述弹性钢套筒5的外壁上对称粘贴有第一电阻应变片8和第二电阻应变片9，所述第一电阻应变片8和第二电阻应变片9串联后的一端与应变测试仪1的接线柱A连接，所述第一电阻应变片8和第二电阻应变片9串联后的另一端与应变测试仪1的接线柱B连接。将第一电阻应变片8和第二电阻应变片9对称粘贴在所述弹性钢套筒5的外壁上，可以抵消所述弹性钢套筒5弯曲应力产生的应变。

本实施例中，本发明的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，还包括粘贴在与螺栓轴力承接装置置于同一工作环境下的温度补偿铁12上的第一温度补偿片13和第二温度补偿片14，所述第一温度补偿片13和第二温度补偿片14串联后的一端与应变测试仪1的接线柱B连接，所述第一温度补偿片13和第二温度补偿片14串联后的另一端与应变测试仪1的接线柱C连接。如图2所示，应变测试仪1的接线柱A与接线柱D之间具有内阻R₄，应变测试仪1的接线柱C与接线柱D之间具有内阻R₃，这样，第一电阻应变片8、第二电阻应变片9、第一温度补偿片13、第二温度补偿片14、内阻R₄和内阻R₃构成了测试弹性钢套筒5的轴向应变的半桥电路；通过设置第一温度补偿片13和第二温度补偿片14，能够抵消测试环境温度对测试结果的影响。

本实施例中，所述扭矩加载装置10为电子数显扭力扳手，在施加扭矩时可以观测到施加的扭矩大小值。所述应变测试仪1为DH3818静态应变测试仪，所述DH3818静态应变测试仪1通过串口与计算机2相接。所述下刚性垫板4、弹性钢套筒5和上刚性垫板6均与所述待测试螺栓7的螺杆过盈配合。所述弹性钢套筒5的高度为30mm～57mm，所述弹性钢套筒5的壁厚为10mm～14mm。所述下刚性垫板4的厚度和上刚性垫板6的厚度均为8mm～12mm。具体实施时，所述弹性钢套筒5的壁厚为12mm，所述下刚性垫板4的厚度和上刚性垫板6的厚度均为10mm，这样能够保证所述弹性钢套筒5、下刚性垫板4和上刚性垫板6经历过火试验后始终保持弹性工作性能。

另外，具体实施时，所述下刚性垫板4、弹性钢套筒5和上刚性垫板6的临界温度均为700℃，即均高于过火试验的最高温度，这样才能保证过火试验后下刚性垫板4和上刚性垫板6均匀传力，以及弹性钢套筒5的变形量中无塑性残余变形，从而能够很好地保证测定精度。

本发明的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定方法，包括以下步骤：

步骤一、标记待测试螺栓7过火后的松弛状态，其具体过程如下：

步骤101、组装所述螺栓轴力承接装置：首先，将下垫片16套在待测试螺栓7上，并将待测试螺栓7从下到上依次穿过下刚性垫板4、弹性钢套筒5和上刚性垫板6，接着，将上垫片15套在待测试螺栓7上穿出到上刚性垫板6的一端，并将螺母11螺纹连接在待测试螺栓7穿出到上刚性垫板6的一端，然后，将待测试螺栓7的螺栓头卡合连接到底座3上开有的孔中，固定好待测试螺栓7；

步骤102、按照编号为GB50205-2001的国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》中规定的对待测试螺栓7施加预拉力值P₀的要求，根据公式T₀=P₀dK₀计算得到需要对由待测试螺栓7、螺母11、上垫片15和下垫片16构成的螺栓副施加的初始扭矩T₀，并采用扭矩加载装置10给由待测试螺栓7、螺母11、上垫片15和下垫片16构成的螺栓副施加初始扭矩T₀；其中，d为待测试螺栓7的公称直径，K₀为常温下待测试螺栓7的扭矩系数；

步骤103、对步骤101中组装好的所述螺栓轴力承接装置实施温度为W的过火试验，再冷却至室温；其中，W的取值范围为100℃～600℃；

步骤104、在弹性钢套筒5的外壁上对称粘贴第一电阻应变片8和第二电阻应变片9，并将第一电阻应变片8和第二电阻应变片9串联后的一端与应变测试仪1的接线柱A连接，将第一电阻应变片8和第二电阻应变片9串联后的另一端与应变测试仪1的接线柱B连接；

步骤105、将应变测试仪1与计算机2连接，并对应变测试仪1进行调零；

步骤二、测定过火试验后待测试螺栓7的扭矩系数，其具体过程如下：

步骤201、先采用扭矩加载装置10对实施了温度为W的过火试验后的由待测试螺栓7、螺母11、上垫片15和下垫片16构成的螺栓副进行卸载，再进行n次分级加载，每次分级加载过程中，第一电阻应变片8和第二电阻应变片9对弹性钢套筒5产生的轴向应变进行实时检测并将所检测到的信号输出给应变测试仪1，应变测试仪1对第一电阻应变片8和第二电阻应变片9检测到的信号进行分析处理，得到各级加载扭矩下弹性钢套筒5的轴向应变并传输给计算机2；其中，n的取值为2～30的自然数；所述螺栓轴力承接装置与待测试螺栓7形成了自反力平衡体系，每次分级加载后，待测试螺栓7上产生的轴力，由螺母11传递给上刚性垫板6和下刚性垫板4，再由上刚性垫板6和下刚性垫板4均匀传递给弹性钢套筒5，使得弹性钢套筒5产生轴向应变，弹性钢套筒5上的轴力与待测试螺栓7上的轴力大小相等且方向相反，因此，实时检测弹性钢套筒5产生的轴向应变，就能够实时记录待测试螺栓7在火灾后的预紧力大小，进一步得到待测试螺栓7在火灾后的预紧力松弛量；

步骤202、将各级加载扭矩输入计算机2，并在计算机2中建立第i级加载扭矩T_i与弹性钢套筒5的轴向应变ε_i的对应直线关系式：T_i=(-EAdK_W)ε_i+P_WdK_W；其中，EA为弹性钢套筒5的抗拉刚度，K_W为进行温度为W的过火试验后待测试螺栓7的扭矩系数，P_W为进行温度为W的过火试验后待测试螺栓7的螺栓轴力，i的取值为1～n的自然数；具体地，E为制成弹性钢套筒5的钢材的弹性模量，火灾前后无明显变化，取E=2.06×10⁵Mpa，A为弹性钢套筒5的横截面积；

步骤203、所述计算机2采用最小二乘法对各加载扭矩和对应的弹性钢套筒5的轴向应变数据进行直线拟合，得到拟合直线T_i=(-EAdK_W)ε_i+P_WdK_W的斜率k=-EAdK_W和截距b=P_WdK_W；

步骤204、所述计算机2根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓7的扭矩系数K_W;

步骤三、计算过火试验后待测试螺栓7的预紧力松弛量，其具体过程如下：

步骤301、所述计算机2根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓7的轴力P_W；

步骤302、所述计算机2根据公式P_s=P₀-P_W计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓7的预紧力松弛量P_s，其中，P₀为步骤102中对待测试螺栓7施加的预拉力值。

本实施例中，本发明的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定方法，在步骤三之后还包括以下步骤：步骤四、计算过火试验后待测试螺栓7的预紧力松弛系数：所述计算机2根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓7的预紧力松弛系数β。

本实施例中，步骤103中所述冷却至室温采用自然冷却或喷水冷却的冷却方式。为了测试冷却方式对火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量的影响，分别以型号为M16、M20和M22的高强螺栓为例，采用本发明的测定装置及测定方法进行试验，试验得到型号为M16的高强螺栓经历过火试验后的预紧力松弛系数变化图如图4所示，型号为M20的高强螺栓经历过火试验后的预紧力松弛系数变化图如图5所示，型号为M22的高强螺栓经历过火试验后的预紧力松弛系数变化图如图6所示，从图4、图5和图6可见，高强螺栓经历相同温度的过火试验后，自然冷却后预紧力松弛量比喷水冷却后预紧力松弛量大，且随螺栓螺杆直径的增大，这种差距越大。

另外，从图4、图5和图6还可以看出：（1）高强螺栓连接经历了火灾升温和降温冷却过程后，预紧力有明显松弛现象，经历300℃的过火试验再冷却后预紧力损失约15%～40%，经历500℃的过火试验再冷却后预紧力损失约90%；因此，对过火温度超过500℃时，建议更换高强螺栓；（2）螺栓型号的不同，对自然冷却后高强螺栓连接预紧力松弛量影响不明显，

对喷水冷却后高强螺栓连接预紧力松弛量影响表现为螺栓螺杆直径越小，

喷水冷却后的预紧力松弛量越大。

为了验证本发明的有效性，以型号为M20的高强螺栓为例，采用本发明的测定装置及测定方法进行两次试验，测定得到该螺栓经历温度为300℃的过火试验后的扭矩系数和轴力的值如表1所示：

表1M20高强螺栓复测结果对比表

对比两次测定结果，扭矩系数的第二次测定结果与第一次测定结果的偏差为1.5%，轴力的第二次测定结果与第一次测定结果的偏差为0.56%，两次测定结果的偏差较小，能够得到基本一致的结论，因此采用本发明的测定装置及方法进行火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定是可行的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：包括应变测试仪（1）、与应变测试仪（1）相接的计算机（2）、用于固定待测试螺栓（7）的底座（3）和用于承接待测试螺栓（7）的轴力的螺栓轴力承接装置，以及用于给由待测试螺栓（7）、螺母（11）、上垫片（15）和下垫片（16）构成的螺栓副施加扭矩的扭矩加载装置（10）；所述底座（3）上开有用于卡合连接所述待测试螺栓（7）的螺栓头的孔，所述螺栓轴力承接装置由从下到上依次设置且供待测试螺栓（7）从下到上依次穿过的下刚性垫板（4）、弹性钢套筒（5）和上刚性垫板（6）组成，所述螺母（11）螺纹连接在待测试螺栓（7）穿出到上刚性垫板（6）的一端，所述上垫片（15）设置在上刚性垫板（6）与螺母（11）之间，所述下垫片（16）设置在待测试螺栓（7）的螺栓头与下刚性垫板（4）之间，所述弹性钢套筒（5）的外壁上对称粘贴有第一电阻应变片（8）和第二电阻应变片（9），所述第一电阻应变片（8）和第二电阻应变片（9）串联后的一端与应变测试仪（1）的接线柱A连接，所述第一电阻应变片（8）和第二电阻应变片（9）串联后的另一端与应变测试仪（1）的接线柱B连接。

2.按照权利要求1所述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：包括粘贴在与螺栓轴力承接装置置于同一工作环境下的温度补偿铁（12）上的第一温度补偿片（13）和第二温度补偿片（14），所述第一温度补偿片（13）和第二温度补偿片（14）串联后的一端与应变测试仪（1）的接线柱B连接，所述第一温度补偿片（13）和第二温度补偿片（14）串联后的另一端与应变测试仪（1）的接线柱C连接。

3.按照权利要求1所述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述扭矩加载装置（10）为电子数显扭力扳手。

4.按照权利要求1所述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述应变测试仪（1）为DH3818静态应变测试仪，所述DH3818静态应变测试仪（1）通过串口与计算机（2）相接。

5.按照权利要求1所述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述下刚性垫板（4）、弹性钢套筒（5）和上刚性垫板（6）均与所述待测试螺栓（7）的螺杆过盈配合。

6.按照权利要求1所述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述弹性钢套筒（5）的高度为30mm～57mm，所述弹性钢套筒（5）的壁厚为10mm～14mm。

7.按照权利要求1所述的火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量测定装置，其特征在于：所述下刚性垫板（4）的厚度和上刚性垫板（6）的厚度均为8mm～12mm。

8.一种利用如权利要求1所述装置对火灾后高强螺栓连接预紧力松弛量进行测定的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、标记待测试螺栓（7）过火后的松弛状态，其具体过程如下：

步骤101、组装所述螺栓轴力承接装置：首先，将下垫片（16）套在待测试螺栓（7）上，并将待测试螺栓（7）从下到上依次穿过下刚性垫板（4）、弹性钢套筒（5）和上刚性垫板（6），接着，将上垫片（15）套在待测试螺栓（7）上穿出到上刚性垫板（6）的一端，并将螺母（11）螺纹连接在待测试螺栓（7）穿出到上刚性垫板（6）的一端，然后，将待测试螺栓（7）的螺栓头卡合连接到底座（3）上开有的孔中，固定好待测试螺栓（7）；

步骤102、按照编号为GB50205-2001的国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》中规定的对待测试螺栓（7）施加预拉力值P₀的要求，根据公式T₀=P₀dK₀计算得到需要对由待测试螺栓（7）、螺母（11）、上垫片（15）和下垫片（16）构成的螺栓副施加的初始扭矩T₀，并采用扭矩加载装置（10）给由待测试螺栓（7）、螺母（11）、上垫片（15）和下垫片（16）构成的螺栓副施加初始扭矩T₀；其中，d为待测试螺栓（7）的公称直径，K₀为常温下待测试螺栓（7）的扭矩系数；

步骤103、对步骤101中组装好的所述螺栓轴力承接装置实施温度为W的过火试验，再冷却至室温；其中，W的取值范围为100℃～600℃；

步骤104、在弹性钢套筒（5）的外壁上对称粘贴第一电阻应变片（8）和第二电阻应变片（9），并将第一电阻应变片（8）和第二电阻应变片（9）串联后的一端与应变测试仪（1）的接线柱A连接，将第一电阻应变片（8）和第二电阻应变片（9）串联后的另一端与应变测试仪（1）的接线柱B连接；

步骤105、将应变测试仪（1）与计算机（2）连接，并对应变测试仪（1）进行调零；

步骤二、测定过火试验后待测试螺栓（7）的扭矩系数，其具体过程如下：

步骤201、先采用扭矩加载装置（10）对实施了温度为W的过火试验后的由待测试螺栓（7）、螺母（11）、上垫片（15）和下垫片（16）构成的螺栓副进行卸载，再进行n次分级加载，每次分级加载过程中，第一电阻应变片（8）和第二电阻应变片（9）对弹性钢套筒（5）产生的轴向应变进行实时检测并将所检测到的信号输出给应变测试仪（1），应变测试仪（1）对第一电阻应变片（8）和第二电阻应变片（9）检测到的信号进行分析处理，得到各级加载扭矩下弹性钢套筒（5）的轴向应变并传输给计算机（2）；其中，n的取值为2～30的自然数；

步骤202、将各级加载扭矩输入计算机（2），并在计算机（2）中建立第i级加载扭矩T_i与弹性钢套筒（5）的轴向应变ε_i的对应直线关系式：T_i=(-EAdK_W)ε_i+P_WdK_W；其中，EA为弹性钢套筒（5）的抗拉刚度，K_W为进行温度为W的过火试验后待测试螺栓（7）的扭矩系数，P_W为进行温度为W的过火试验后待测试螺栓（7）的螺栓轴力，i的取值为1～n的自然数；

步骤203、所述计算机（2）采用最小二乘法对各加载扭矩和对应的弹性钢套筒（5）的轴向应变数据进行直线拟合，得到拟合直线T_i=(-EAdK_W)ε_i+P_WdK_W的斜率k=-EAdK_W和截距b=P_WdK_W；

步骤204、所述计算机（2）根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓（7）的扭矩系数K_W;

步骤三、计算过火试验后待测试螺栓（7）的预紧力松弛量，其具体过程如下：

步骤301、所述计算机（2）根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓（7）的轴力P_W；

步骤302、所述计算机（2）根据公式P_s=P₀-P_W计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓（7）的预紧力松弛量P_s，其中，P₀为步骤102中对待测试螺栓（7）施加的预拉力值。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于该方法在步骤三之后还包括以下步骤：

步骤四、计算过火试验后待测试螺栓（7）的预紧力松弛系数：所述计算机（2）根据公式

计算得到进行温度为W的过火试验后待测试螺栓（7）的预紧力松弛系数β。

10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于：步骤103中所述冷却至室温采用自然冷却或喷水冷却的冷却方式。

Images