CN107255539B - 一种起锈试件的应力校准装置和应力校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种起锈试件的应力校准装置和应力校准方法。应力校准装置包括虎钳和标尺，虎钳包括底座、丝杠螺母副和两个钳体，标尺固定在底座上；两个钳体都是动钳体，标尺包括水平标尺和垂直标尺；水平标尺沿虎钳的轴向布置，位于两个动钳体的上方；垂直标尺位于两个动钳体的对称轴线上。应力校准方法包括以下步骤：按设定的弓架形状，对弓架进行弯曲后，安装钢丝弦，构成弓形装置；获取弓架的二次曲线；在二次曲线上取复数个坐标点，代入公式x2+cy2‑ey＝0中，分别求出c和e的数值；通过公式或求出钢丝弦拉力T的理论值。本发明校准过程操作简单，校准精确度较高。

Description

一种起锈试件的应力校准装置和应力校准方法
[技术领域]
本发明涉及钢筋起锈及氯离子浓度极限状态的提示装置，尤其涉及一种起锈试件的应力校准装置和应力校准方法。
[背景技术]
海水和除冰盐环境中，氯离子触发钢筋锈蚀是混凝土结构性能劣化的主要原因。有效识别钢筋起锈事件的发生，获得钢筋起锈时间和触发钢筋锈蚀的临界氯离子浓度，是钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土结构服役可靠性分析和全寿命评估的关键技术问题。
专利号为CN201410151891.0的发明公开了一种钢筋起锈及氯离子浓度极限状态的提示装置和提示方法。钢筋起锈及氯离子浓度极限状态的提示装置包括起锈试件、弓架和试件张力调整器，所述的起锈试件是钢弦；钢弦由弓架绷紧，钢弦的一端固定在弓架的一端，钢弦的另一端通过试件张力调整器固定在弓架的另一端。将上述的提示装置放在腐蚀环境中，当钢弦断裂，弓架弹开时，即提示钢筋起锈、达到氯离子浓度极限状态。该发明装置结构简单、测试简便、能够及时提示钢筋起锈及氯离子浓度极限状态等事件的发生，不仅可用于研究不同腐蚀环境钢筋的起锈时间和临界氯离子浓度分布规律，还可用于研究应力作用对钢筋抗腐蚀性能的影响。但是，在该发明的弓形装置中，钢弦应力的校准过程操作复杂，效率低，校准精确度较低。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种校准过程操作简单，校准精确度较高的起锈试件的应力校准方法。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种操作简单，校准精确度较高的起锈试件的应力校准装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种弓形装置起锈试件的应力校准方法，包括以下步骤：
101)按设定的弓架形状，对弓架进行弯曲后，安装钢丝弦，构成弓形装置；
102)获取弓架的二次曲线，将二次曲线布置在平面直角坐标系中，钢丝弦的方向与平面直角坐标系的x轴的方向平行，弓架的高度方向与平面直角坐标系的y轴的方向平行；
103)在所述的二次曲线上取复数个坐标点，代入公式x2+cy2-ey＝0中，分别求出c和e的数值；
104)通过公式或公式/>求出钢丝弦拉力T的理论值；
其中，
E：弓架材料的弹性模量；
I：弓架横截面的惯性矩；
h：弓架跨高；
l：钢丝弦跨长。
以上所述的应力校准方法，对同一弓架制作一个二维的跨高跨长-拉力关系列表，将步骤104)获得的与不同弓架跨高、不同钢丝弦跨长对应的钢丝弦拉力数据填入跨高跨长-拉力关系列表中备用，当需要确定弓形装置的钢丝弦拉力时，根据弓形装置的弓架跨高和钢丝弦跨长查表得到。
以上所述的应力校准方法，在步骤102)中。平面直角坐标系以弓架二次曲线的弓谷作为原点。
一种上述应力校准方法使用的应力校准装置，包括虎钳和标尺，虎钳包括底座、丝杠螺母副和两个钳体，标尺固定在底座上；所述的两个钳体都是活动钳体，所述的标尺包括水平标尺和垂直标尺；水平标尺沿虎钳的轴向布置，位于两个活动钳体的上方；垂直标尺位于两个活动钳体的对称轴线上。
以上所述的应力校准装置，活动钳体的钳口上包括容纳弓架端部的凹槽。
以上所述的应力校准装置，丝杠螺母副包括丝杠、左旋螺母和右旋螺母，丝杠包括左螺纹和右螺纹，左旋螺母与左螺纹配合，右旋螺母与右螺纹配合；左旋螺母固定在第一钳体上，右旋螺母固定在第二钳体上；底座包括侧板，丝杠穿过侧板，由侧板轴向定位。
以上所述的应力校准装置，虎钳包括手轮，手轮安装在丝杠的端部，丝杠穿过侧板后与手轮固定。
以上所述的应力校准装置，底座包括直线导轨，直线导轨包括两根滑槽，钳体下部包括两根凸棱，凸棱嵌在滑槽中，两者滑动配合。
以上所述的应力校准装置，包括支架，支架固定在底座上，标尺固定在支架上；标尺为T字形，垂直标尺位于水平标尺的上方。
以上所述的应力校准装置，水平标尺担在活动钳体的钳口上，位于所述凹槽的一侧，并靠近所述的凹槽。
本发明校准过程操作简单，校准精确度较高。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例起锈试件的应力校准装置的主视图。
图2是发明实施例起锈试件的应力校准装置的俯视图。
图3是图2中的A向剖视图。
图4是图1中的B向剖视图。
图5是本发明实施例弓架二次曲线示意图。
图6是本发明实施例弓架二次曲线取点示意图。
[具体实施方式]
本发明实施例起锈试件的应力校准装置的结构如图1至图4所示，包括虎钳10、支架20和标尺30。
虎钳10包括底座11、丝杠螺母副、侧板12、手轮13和两个钳体14。左、右两个钳体14都是活动钳体。
底座11的内腔是一根直线导轨，直线导轨包括两根滑槽11a，侧板12用螺钉固定在底座11的右端。
丝杠螺母副包括丝杠15、左旋螺母16和右旋螺母17。丝杠15的左边为左螺纹15a，右边为右螺纹15b，左旋螺母16与左螺纹15a配合，右旋螺母17与右螺纹15b配合。左旋螺母16固定在左钳体14-A上，右旋螺母17固定在右钳体14-B上。
丝杠15的右端穿过侧板12，手轮13安装在丝杠15的端部。丝杠15穿过侧板12后与手轮13固定，由侧板12轴向定位。
钳体14下部有两根凸棱14c，凸棱14c嵌在滑槽11a中，两者滑动配合。
左、右两个钳体14的钳口上各有一个容纳弓架40端部的凹槽14a和钢丝张力调整螺钉的容让槽14b，凹槽14a用于弓架40调试时定位，防止弓架40在受压变形时偏移和脱出。
支架20固定在底座11上，标尺30固定在支架20上，位于凹槽14a的一侧，并靠近凹槽14a。
标尺30为T字形，包括水平标尺31和垂直标尺32，垂直标尺32位于水平标尺31中部的上方。
水平标尺31沿虎钳10的轴向布置，位于两个活动钳体14的上方，水平标尺31担在活动钳体14的钳口上。垂直标尺32位于两个活动钳体14的对称轴线上。
本发明以上实施例的起锈试件的应力校准装置使用时，先将弓架40的两端放到左、右两个钳体14的凹槽14a中，转动手轮13，两钳体14同时前行，弓架40向上弓起；当弓架40的跨高和/或跨长达到设定的要求时，停止转动手轮13，将钢丝和钢丝紧固螺栓上到弓架40上，即可高效地确定钢丝的拉力；弓架40的跨高和/或跨长通过读取标尺30的垂直标尺32和/或水平标尺31的刻度得到。
步骤1：开始将弓架料杆的两端放到两个活动钳体14的凹槽14a中；凹槽14a的深度为1cm。
步骤2：转动手轮13，两个活动钳体14向中间方向移动，通过观察水平标尺31测量两个凹槽14a之间间距，当凹槽14a之间的间距达到设定的L时(即弓架跨距为L)，停止旋转手轮13，弓架的形状由活动钳体14固定。
步骤3：在弓架料杆的中性轴上，距两端端部3cm处各有一个预留孔，凹槽14a深度为1cm，所以弓架的两端支在凹槽14a中时，预留孔是露在凹槽14a上方，位于容让槽14b的位置，有足够空间安装螺钉和钢丝。当弓架弯曲完成后，开始安装钢丝，一端用固定螺钉、另一端用调整螺钉将钢丝张紧在弓架上面。
步骤4：钢丝安装完成后，通过水平标尺31和垂直标尺32分别测量钢丝弦长l和跨高h；
步骤5：取出弓架，如图5所示，以弓谷作为坐标原点，在坐标纸上对弓架形状进行描点，拟合得到二次曲线，x2+cy2-ey＝0。
步骤6：对弓架建立理论模型，结合几何条件，可以得到如下式子：
结合理论模型与实际拟合曲线，设
可以得到：和/>
其中，
E：弓架材料的弹性模量；
I：弓架横截面的惯性矩；
h：弓架跨高；
l：钢丝弦跨长。
步骤7：在步骤5中取多个点，如图6所示，可以获得多组参数c和e，取c和e的平均值代入步骤6，再用步骤4测量的钢丝弦长l和跨高h，即可通过公式或/>算出弓架钢丝的拉力T。
对同一种弓架料杆，重复上述步骤1至7，可以得到不同弓架跨距为L、不同钢丝弦长l和不同跨高h下的钢丝的拉力T，从而制得表1。
表1：同一种弓架料杆不同弯曲状态下的钢丝拉力表
注：弓架料杆原长40cm，弓架材料弹性模量E＝171851.4MP,惯性矩I＝1.067×10-12m4,。
例如，需要得到14.9N的弓形试件：
步骤1：查表1，14.9N的弓形试件对应弓架跨长为L＝35cm，钢丝弦长l＝28.2cm和跨高h＝8cm；
步骤2：将弓架料杆弯放在活动钳体14的凹槽14a里面；凹槽14a深度为1cm，预留孔位置距离端部3cm。
步骤3：转动手轮13，两个活动钳体14向中间方向移动，通过观察水平标尺31测量两个凹槽14a之间间距，当凹槽14a之间的间距达到设定的L＝35cm时，停止旋转手轮13，弓架的形状由活动钳体14固定，凹槽14a间距即弓架跨长为35cm；
步骤4：安装固定螺钉、钢丝和调整螺钉，用调整螺钉张紧钢丝，然后略为松开活动钳体14，通过水平标尺31和垂直标尺32分别核对钢丝弦长l和跨高h，与表1中的l＝28.2cm、h＝8cm比对，如果相同，钢丝拉力T即为14.9N；如果不对应，说明操作有误差，通过旋动调整螺钉，使钢丝弦长l和跨高h达到表1的设定值，即可获得钢丝拉力T为14.9N。

Claims (10)

1.一种弓形装置起锈试件的应力校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
101)按设定的弓架形状，对弓架进行弯曲后，安装钢丝弦，构成弓形装置；
102)获取弓架的二次曲线，将二次曲线布置在平面直角坐标系中，钢丝弦的方向与平面直角坐标系的x轴的方向平行，弓架的高度方向与平面直角坐标系的y轴的方向平行；
103)在所述的二次曲线上取复数个坐标点，代入公式x2+cy2-ey＝0中，分别求出c和e的数值；
104)通过公式或公式/>求出钢丝弦拉力T的理论值；其中，
E：弓架材料的弹性模量；
I：弓架横截面的惯性矩；
h：弓架跨高；
l：钢丝弦跨长。
2.根据权利要求1所述的应力校准方法，其特征在于，对同一弓架制作一个二维的跨高跨长-拉力关系列表，将步骤104)获得的与不同弓架跨高、不同钢丝弦跨长对应的钢丝弦拉力数据填入跨高跨长-拉力关系列表中备用，当需要确定弓形装置的钢丝弦拉力时，根据弓形装置的弓架跨高和钢丝弦跨长查表得到。
3.根据权利要求1所述的应力校准方法，其特征在于，在步骤102)中，平面直角坐标系以弓架二次曲线的弓谷作为原点。
4.一种权利要求1所述弓形装置起锈试件的应力校准方法使用的应力校准装置，包括虎钳，虎钳包括底座、丝杠螺母副和两个钳体，其特征在于，包括标尺，标尺固定在底座上；所述的两个钳体都是活动钳体，所述的标尺包括水平标尺和垂直标尺；水平标尺沿虎钳的轴向布置，位于两个活动钳体的上方；垂直标尺位于两个活动钳体的对称轴线上。
5.根据权利要求4所述的应力校准装置，其特征在于，活动钳体的钳口上包括容纳弓架端部的凹槽。
6.根据权利要求4所述的应力校准装置，其特征在于，丝杠螺母副包括丝杠、左旋螺母和右旋螺母，丝杠包括左螺纹和右螺纹，左旋螺母与左螺纹配合，右旋螺母与右螺纹配合；左旋螺母固定在第一钳体上，右旋螺母固定在第二钳体上；底座包括侧板，丝杠穿过侧板，由侧板轴向定位。
7.根据权利要求6所述的应力校准装置，其特征在于，虎钳包括手轮，手轮安装在丝杠的端部，丝杠穿过侧板后与手轮固定。
8.根据权利要求4所述的应力校准装置，其特征在于，底座包括直线导轨，直线导轨包括两根滑槽，钳体下部包括两根凸棱，凸棱嵌在滑槽中，两者滑动配合。
9.根据权利要求4所述的应力校准装置，其特征在于，包括支架，支架固定在底座上，标尺固定在支架上；标尺为T字形，垂直标尺位于水平标尺的上方。
10.根据权利要求5所述的应力校准装置，其特征在于，水平标尺担在活动钳体的钳口上，位于所述凹槽的一侧，并靠近所述的凹槽。
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