CN104034616A - 一种电磁式斜拉索疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁式斜拉索疲劳试验机，用于斜拉索试件的疲劳测试，包括底座、磁性振动机构、弹性传力机构以及用于锚固斜拉索试件两端的第一横向固定支架、第二横向固定支架；所述磁性振动机构包括电磁铁、振动条、线圈，振动条的一端安装在底座上，另一端则穿过线圈后悬置于电磁铁所产生的磁场中心，线圈与产生交变电流的电源连接；弹性传力机构设置在斜拉索试件与振动条之间。因此，本发明通过受交变电流磁化的振动条在磁场做往复运动，使斜拉索试件循环受力，引起斜拉索的疲劳效应。改变电流大小以及改变振动条与磁场的接触面积，可模拟不同应力幅作用下的疲劳试验；改变斜拉索的纵向空间，可模拟不同长度的斜拉索试件。

Description

一种电磁式斜拉索疲劳试验机

技术领域

本发明涉及一种电磁式斜拉索疲劳试验机，属于结构试验领域。

背景技术

近年来，由于斜拉桥的大量修建及其跨度的不断增大，斜拉索的长度也随之不断加大。由于斜拉索的柔性特征和对环境载荷（例如：强台风、交通载荷、的响应，将引起斜拉索的剧烈振动而导致相应的疲劳损伤。据美国土木工程学会（ASCE、的统计，80%~90%的钢结构破坏与疲劳损伤有关。因此，对斜拉索的疲劳损伤进行研究具有重要的意义。

对于等幅载荷作用下斜拉索疲劳研究，我们可以利用材料的S-N曲线来估算在不同应力水平下到达破坏所经历的循环次数。然而，针对两个或更多应力水平下循环加载，就无法直接使用S-N曲线来估算其寿命了，还必须借助于疲劳累积损伤准则，但对于疲劳累积损伤的研究已持续了数十年之久，至今未能得出一个令人满意的统一模型。而实际的斜拉索往往处于复杂受力状态，因此仍需要通过大量实验，研究斜拉索疲劳损伤规律。

目前针对斜拉索疲劳实验研究，主要基于实桥健康监测系统，但由于健康监测系统侧重于桥梁整体结构状态的安全性，影响因素较多，不能进行单因素分析。因此并不能有效的进行斜拉索的疲劳研究。

基于以上情况，有必要提出一种新型的室内斜拉索疲劳试验机。

发明内容

发明目的：本发明针对斜拉桥中的关键构件斜拉索，提供一种电磁式斜拉索疲劳试验机。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的斜拉索疲劳试验机采用如下技术方案：

一种电磁式斜拉索疲劳试验机，用于斜拉索试件的疲劳测试，包括底座、试件固定机构、磁性振动机构、弹性传力机构；所述试件固定机构包括两组横向放置的固定支架，分别为第一横向固定支架、第二横向固定支架，斜拉索试件的两端分别通过锚具与第一横向固定支架、第二横向固定支架锚固；所述磁性振动机构包括电磁铁、振动条、线圈，振动条的一端安装在底座上，另一端则穿过线圈后悬置于电磁铁所产生的磁场中心，所述线圈与产生交变电流的电源连接；所述弹性传力机构包括第一传力弹簧、第二传力弹簧，该第一传力弹簧、第二传力弹簧之间连接电子测力计，且第一传力弹簧与斜拉索试件连接，而第二传力弹簧则与振动条连接，同时第一传力弹簧、第二传力弹簧的弹性伸缩方向与斜拉索试件的长度方向一致。

作为本发明的进一步改进，本发明所述第一横向固定支架包括门形钢架，该门形钢架包括横梁以及分别与横梁两端连接的两根门柱，每根门柱的端部均通过滑动导轮机构与一根纵向导轨可移动连接，所述的滑动导轮机构包括基块以及间隔地安装在基块的块体表面的滑轮，且所述基块与纵向导轨边缘相邻的两端面分别配装有固定块，纵向导轨对应固定块的位置设置固定块孔，所述的固定块孔在纵向导轨的延伸方向上至少设置一个。

作为本发明的进一步改进，本发明所述门形钢架的横梁上开设有一排试件孔，而第二横向固定支架对应于门形钢架的横梁上所开设的试件孔开设孔洞；所述斜拉索试件的两端分别与门形钢架的横梁上相应的试件孔以及第二横向固定支架上的孔洞通过锚具锚固。

作为本发明的进一步改进，本发明所述振动条包括振动条片，该振动条片沿其自身延伸方向开设一个以上的弹簧孔洞；所述第二传力弹簧与对应的弹簧孔洞连接。

作为本发明的进一步改进，本发明所述振动条通过横向移动装置与底座连接，该横向移动装置包括安装在底座上的横向导轨、横向移动块以及螺杆，所述横向导轨的铺设方向与振动条的延伸方向一致，且横向导轨沿其中部开设一排螺杆固定孔；所述振动条通过螺栓组件安装在横向移动块上，且横向移动块与横向导轨可滑动连接；螺杆的一端与振动条螺纹配合连接，另一端穿过横向移动块后与横向导轨上的相应螺杆固定孔锁紧。

作为本发明的进一步改进，本发明所述电磁铁通过导线连通电流。

根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：

一、可模拟不同长度的斜拉索试件，通过改变纵向移动装置的纵向位移，调节斜拉索两端固定锚具的距离，以模拟不同规格的斜拉索试件。二、具有多种应力调节方式，一方面可通过改变电磁铁两端的电流大小，使磁场强度变化，进而振动片的受力改变，最终使斜拉索承受的应力幅改变，另一方面可通过改变横向移动装置的横向位移，受磁化的振动条与磁场的接触面积，使振动片整体受力改变，从而调节应力幅；

由此可知，本发明通过受交变电流磁化的振动条在磁场做往复运动，使斜拉索试件循环受力，引起斜拉索的疲劳效应。改变电流大小以及改变振动条与磁场的接触面积，可模拟不同应力幅作用下的疲劳试验；改变斜拉索的纵向空间，可模拟不同长度的斜拉索试件。为斜拉索疲劳试验研究提供了新的方法。

附图说明

图1为本发明电磁式斜拉索疲劳试验机俯视图；

图2为本发明电磁式斜拉索疲劳试验机振动条的局部示意图；

图3为本发明电磁式斜拉索疲劳试验机侧视图；

图4a为本发明所述门形钢架的结构示意图；图4b是纵向导轨的局部示意图；

图5a为本发明所述横向导轨的结构示意图；图5b是用于将振动条通过横向移动块固定在导轨上的螺杆的结构示意图；

图1中，1、电磁铁；2、振动条；3、第一横向固定支架；4、第二横向固定支架；5、第一传力弹簧；6、电子测力计；7、第二传力弹簧；8、导线；9、斜拉索试件；10、应变计；11、锚具；

图2中，2a、振动条片；2a、弹簧孔洞；

图3中，12、横向移动块；13、螺栓；14、螺杆；15、线圈；16、电极；17、交变电流；18、导轨机构；19、底座；

图4a、4b中，4a、纵向导轨；4b、固定块孔；4c、固定块；4d、滑轮；4e、试件孔；4f、门形钢架；4g、基块；

图5a、5b中，18a、横向导轨；18b、；螺杆固定孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1、3所示，本疲劳试验机的核心部分主要包括电磁铁1、振动条13、线圈15、电极16、交变电流17、第一传力弹簧5；电子测力计6、第二传力弹簧7。其原理是受磁化的振动条13在电磁铁1所产生磁场作用下，振动条往复振动。由于振动条的一段设置了线圈15，线圈内通入交变电流17，而交变电流的电流方向每个周期要变化两次，导致振动条被磁化后的磁极要发生变化，因此电磁铁对它的作用力的方向也要发生变化，由此引发连接在振动条上的弹簧4循环受力，弹簧最终将循环作用力传递至斜拉索。改变输入电磁铁的电流大小，可改变振动片所处环境中的磁场强度，使振动片受力改变，从而振动幅度改变，最终导致试件所受的应力幅改变。

所述弹性传力机构包括第一传力弹簧、第二传力弹簧，该第一传力弹簧、第二传力弹簧之间连接电子测力计，且第一传力弹簧与斜拉索试件连接，而第二传力弹簧则与振动条连接，同时第一传力弹簧、第二传力弹簧的弹性伸缩方向与斜拉索试件的长度方向一致，振动条产生的循环作用力，首先传至第一传力弹簧，经过电子测力计传至第二传力弹簧。由于斜拉索的是柔性结构，在进行疲劳试验时需要施加一初始预拉力，不同的疲劳试验需要不同大小的初始预拉力，预拉力大小可由电子测力计反映。

如图1所示，疲劳试验机底部主要由底座19与导轨机构18构成，导轨机构包括横向导轨18a，其上设置横向移动块12，并将利用螺栓13将振动条固定在横向移动块上，当横向移动块发生移动时，将引发振动条与电磁铁的接触面积发生改变，从而振动条的振动幅度改变，最终导致试件所受的应力幅改变。为了保证实验过程中疲劳试验机的稳定性，应力幅调节完毕后，需要固定横向移动块，因此在横向导轨的中部设置了一定数量的螺杆固定孔，如图5a、5b所示，通过上下均有螺纹的螺杆14分别与振动条、横向导轨上的任一螺杆固定孔螺纹连接，以将横向移动块固定在横向导轨的某一位置。

如图2所示，振动条主要由振动条片与弹簧孔洞组成，当横向移动块发生移动时，将带动传力弹簧以及振动条的移动，因此在振动条片2a上设置了一定数量的弹簧孔洞，具体实验时首先根据横向移动块的移动距离选择合适的弹簧孔洞后，然后将第二弹簧末端穿过弹簧孔洞2b，最后通过夹具使第二弹簧与振动条连接，使传力顺畅。

如图4a、4b所示，纵向移动装置主要包括纵向导轨4a、固定块孔4b、固定块4c、滑轮4d、试件孔4e、门形钢架4f、基块4g。斜拉索试件通过锚具11固定在第一横向固定支架3与第二横向固定支架4之间。门形钢架底部与基块相连，基块上分别集成了滑轮与固定块，滑轮底部设置导轨，并在两侧导轨边缘分别设置了固定块孔。一方面滑轮可沿导轨伸长方向自由移动，调节疲劳试验机的纵向空间，满足不同长度的斜拉索试件；另一方面调节完毕后，将基块上的固定块落入相应的固定块孔，使两个方向的平动自由度约束，可达到固定的效果。同时，当横向移动块发生移动时，也将带动试件的移动，因此在第一横向固定支架3与第二横向固定支架4分别设置一定数量的试件孔。

Claims (6)

1.一种电磁式斜拉索疲劳试验机，用于斜拉索试件的疲劳测试，其特征在于，包括底座、试件固定机构、磁性振动机构、弹性传力机构；所述试件固定机构包括两组横向放置的固定支架，分别为第一横向固定支架、第二横向固定支架，斜拉索试件的两端分别通过锚具与第一横向固定支架、第二横向固定支架锚固；所述磁性振动机构包括电磁铁、振动条、线圈，振动条的一端安装在底座上，另一端则穿过线圈后悬置于电磁铁所产生的磁场中心，所述线圈与产生交变电流的电源连接；所述弹性传力机构包括第一传力弹簧、第二传力弹簧，该第一传力弹簧、第二传力弹簧之间连接电子测力计，且第一传力弹簧与斜拉索试件连接，而第二传力弹簧则与振动条连接，同时第一传力弹簧、第二传力弹簧的弹性伸缩方向与斜拉索试件的长度方向一致。

2.根据权利要求1所述电磁式斜拉索疲劳试验机，其特征在于，所述第一横向固定支架包括门形钢架，该门形钢架包括横梁以及分别与横梁两端连接的两根门柱，每根门柱的端部均通过滑动导轮机构与一根纵向导轨可移动连接，所述的滑动导轮机构包括基块以及间隔地安装在基块的块体表面的滑轮，且所述基块与纵向导轨边缘相邻的两端面分别配装有固定块，纵向导轨对应固定块的位置设置固定块孔，所述的固定块孔在纵向导轨的延伸方向上至少设置一个。

3.根据权利要求2所述电磁式斜拉索疲劳试验机，其特征在于，所述门形钢架的横梁上开设有一排试件孔，而第二横向固定支架对应于门形钢架的横梁上所开设的试件孔开设孔洞；所述斜拉索试件的两端分别与门形钢架的横梁上相应的试件孔以及第二横向固定支架上的孔洞通过锚具锚固。

4.根据权利要求1所述电磁式斜拉索疲劳试验机，其特征在于，所述振动条包括振动条片，该振动条片沿其自身延伸方向开设一个以上的弹簧孔洞；所述第二传力弹簧与对应的弹簧孔洞连接。

5.根据权利要求1所述电磁式斜拉索疲劳试验机，其特征在于，所述振动条通过横向移动装置与底座连接，该横向移动装置包括安装在底座上的横向导轨、横向移动块以及螺杆，所述横向导轨的铺设方向与振动条的延伸方向一致，且横向导轨沿其中部开设一排螺杆固定孔；所述振动条通过螺栓组件安装在横向移动块上，且横向移动块与横向导轨可滑动连接；螺杆的一端与振动条螺纹配合连接，另一端穿过横向移动块后与横向导轨上的相应螺杆固定孔锁紧。

6.根据权利要求1所述电磁式斜拉索疲劳试验机，其特征在于，所述电磁铁通过导线连通电流。