CN107478526B - 腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置及方法,包括反力架、腐蚀循环容器及疲劳试验机,所述反力架分别通过油路与所述疲劳试验机相连,所述反力架包括立柱、斜撑及支座,所述立柱分别通过斜撑与所述支座连接固定,立柱一侧上连有若干液压千斤顶,所述液压千斤顶与所述油路连接;所述反力架立柱之间设有腐蚀循环容器,所述腐蚀循环容器包括腐蚀容器,循环容器及两者相连的管道,腐蚀容器上设有供试验钢丝穿过的圆孔。本发明基于在传统的疲劳试验和腐蚀试验基础上开发的,用于探索钢丝腐蚀疲劳耦合下的损坏机理,为实际桥梁工程的寿命评估打下基础。

Description

腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置及方法
技术领域
本发明属于腐蚀与疲劳交叉试验领域,具体涉及一种腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置及方法。
背景技术
大跨斜拉桥的斜拉索承担桥梁绝大部分的恒、活载并将其传递给塔柱,拉索寿命基本等同于整桥寿命。悬索桥的主缆承受桥梁的全部荷载,服役期内不可更换,主缆的竖向压力由主索鞍均匀传递给索塔,其寿命基本与桥梁相同。对于长大桥梁锚固支护工程的预应力锚索或锚杆亦直接承受上部荷载并将其传递给基础,其寿命同样绝对全桥寿命。此类缆索或锚索体系多由高强钢丝、平行钢丝束或钢绞线组成,钢丝的耐久性直接影响全桥的安全性,成为桥梁安全的最重要条件之一。
在服役期内由于环境侵蚀、材料老化和车辆、风、波浪、地震等交变荷载的综合作用,将不可避免地导致结构的损伤累积和抗力衰减,严重影响其疲劳寿命。目前,针对桥梁缆索或锚索的性能劣化和寿命评估多以单一因素作用为主,对环境腐蚀和疲劳荷载单独作用下的疲劳理论、劣化机理及耐久性评估已有较为深入的研究,但对其在腐蚀-疲劳耦合作用下的结构的劣化机理研究和寿命评估尚无定论。基于试验现象的疲劳研究成果,可以量化腐蚀对疲劳的加速作用以及交变荷载对腐蚀速率的加速作用,使得疲劳对于环境的依存性可以进行定量描述。因此,本发明的基于疲劳试验机的腐蚀-疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验方法对掌握桥梁缆索或锚索用钢丝的安全使用状况并进一步预测索用钢丝的服役寿命,具有极为重要的学术意义和现实使用价值。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置,解决现有疲劳试验不能同时对多根钢丝在腐蚀疲劳耦合下进行试验的问题,本发明的另一目的是提供一种腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验方法,解决现有技术未对钢丝在不同腐蚀-疲劳下进行寿命测试评估的问题。
技术方案:本发明的一种腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置,包括反力架、腐蚀循环容器及疲劳试验机,所述反力架包括两个立柱和支座,立柱一侧连有若干液压千斤顶,所述液压千斤顶通过油路与所述疲劳试验机连接;所述反力架的立柱之间设有腐蚀循环容器,所述腐蚀循环容器包括腐蚀容器,循环容器及两者相连的管道,腐蚀容器上设有供试验钢丝穿过的圆孔;所述液压千斤顶上设置有传感器。
为了将钢丝固定拉直,所述立柱包括第一立柱和第二立柱,所述第一立柱和第二立柱以间隔的方式垂直设置在支座上,所述第一立柱和第二立柱上开设有圆孔,圆孔内安装有锚具以固定液压千斤顶和钢丝。
为了提高立柱的稳定性,所述立柱的外侧和支座之间设置有斜撑。
为了便于观察判别钢丝腐蚀程度,所述腐蚀容器及循环容器皆为塑料材质的透明长方体器皿。
本发明的一种腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验方法,包括以下步骤:
步骤一:将钢丝通过锚具固定在不同反力架装置里两个立柱之间,同时钢丝穿过两立柱之间的腐蚀容器;
步骤二:通过向腐蚀容器内注入腐蚀溶液来开始腐蚀试验,通过控制管道的阀门与循环容器来实现周浸腐蚀,得到不同腐蚀程度的钢丝;
步骤三:通过疲劳试验机对不同的钢丝施加不同的交变载荷进行疲劳拉伸,记录疲劳试验数据,绘制S-N曲线。
有益效果:
1、本发明以传统疲劳机为基础,通过向多组截面面积不等的液压千斤顶同步施加液压,实现了在一组截面面积相等的钢丝上同步施加多组应力幅值不等的疲劳荷载的情况,将获得腐蚀-疲劳的S-N曲线的时间大大缩短。
2、较为妥善地解决了腐蚀与疲劳的结合,实现了在腐蚀环境中,获得构件疲劳S-N曲线的方法,所得到的S-N曲线与传统的S-N曲线相比,更符合钢丝在实际环境下的服役特性。
3、关于腐蚀疲劳方面,研究多止步于构件受腐蚀后的断口形貌的研究,本发明通过腐蚀疲劳试验得到的S-N曲线,填补了腐蚀疲劳研究领域的空白。
附图说明
图1为本发明反力架正面示意图;
图2为本发明正面示意图;
图3为本发明俯视示意图;
图4为本发明不同腐蚀-疲劳下钢丝的S-N曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,反力架是根据钢丝的尺寸及数量自行设计得到,其强度可满足多根钢丝同时进行疲劳,由钢板焊接而成,包括立柱5、斜撑12和支座4,立柱5分别通过斜撑12与支座4连接固定,立柱5一侧连接有液压千斤顶1,液压千斤顶1与油路2连接,立柱5的数量为两个,两个立柱以间隔的方式垂直设置在支座4上,立柱5留有圆孔来连接锚具8,锚具8用于固定液压千斤顶1及钢丝7,液压千斤顶1上还设置有传感器9;如图3所示,腐蚀循环容器是由腐蚀容器6、循环容器11及两者间的管道组成,腐蚀容器6及循环容器11皆是由塑料制成的透明方体箱,腐蚀容器6顶部可拆卸,腐蚀容器6的一侧通过管道与循环容器11相连,控制管道的阀门实现腐蚀溶液的循环使用,从而满足周浸腐蚀规范要求,腐蚀容器6另一方向上的两侧器壁设有圆孔,圆孔一圈粘有硅胶环,可用于钢丝的穿过。
为了测试不同腐蚀-疲劳下钢丝的寿命,需制作两个腐蚀循环容器来满足,将腐蚀循环容器置于反力架的两立柱之间,通过锚具将钢丝固定在两立柱上,且将其从连有液压千斤顶1一侧的立柱穿进,再穿过腐蚀容器6从另一侧的立柱穿出,保证钢丝不松动,至此,腐蚀循环容器通过钢丝与疲劳试验系统连接成一个整体,待一切固定完成后向腐蚀容器6中注入腐蚀溶液直到溶液漫过钢丝;按照周浸腐蚀的规范,定时进行溶液的循环,疲劳过程过程中通过容器观察腐蚀程度的变化。
接着将液压千斤顶1与疲劳试验机3结合,如图2所示,与疲劳机相连的液压千斤顶1通过油路2分流后,连接至两个疲劳反力架系统,每支反力架上有多个不同截面面积的液压千斤顶1,同时每组要有一支油路分流至油缸10以用来处理漏油等情况,各液压千斤顶1通过锚具8与反力架绑定,同时液压千斤顶1的另一端连有传感器9;通过控制疲劳试验机的液压系统向各油路输送液压,液压带动不同截面面积的液压千斤顶1做往返运动,同时液压千斤顶1通过锚具与钢丝固定,传感器的电压来间接显示所施加力的大小,通过以上方式来完成对钢丝交变荷载的施加,实现了多试样的同步疲劳。
最后,记录整个实验过程中的所有数据:利用液压千斤顶1施加于各根钢丝的交变应力幅值、腐蚀溶液的浓度、PH值;钢丝的腐蚀程度衡量值、钢丝断裂时所用时间及对应的应力幅,绘制出不同腐蚀-疲劳下的S-N曲线图,将两组不同腐蚀-疲劳下的S-N曲线图与无腐蚀参与的S-N曲线图进行对比,结果如图4所示,图中曲线3表示未腐蚀的S-N曲线,曲线1和2分别表示腐蚀较深和较浅的S-N曲线,由图可知腐蚀对钢丝的疲劳破坏具有促进作用,腐蚀程度越深钢丝越容易被破坏,故可知腐蚀疲劳耦合作用下较单独疲劳下的钢丝寿命更短,足以说明桥梁真实服役条件下更易发生破坏,需要进行及时的监测及防腐蚀处理。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置,其特征在于,包括反力架、腐蚀循环容器及疲劳试验机(3),所述反力架包括两个立柱(5)和支座(4),立柱一侧上连有多个不同截面面积的液压千斤顶(1),放置在疲劳试验机(3)上的液压千斤顶(1)通过油路连接至每个反力架立柱上的多个不同截面面积的液压千斤顶,通过控制疲劳试验机(3)和与其相连的液压系统向各油路输送液压,液压带动立柱上不同截面面积的液压千斤顶(1)做往返运动,立柱上的液压千斤顶(1)通过锚具与钢丝固定;所述反力架的立柱(5)之间设有腐蚀循环容器,所述腐蚀循环容器包括腐蚀容器(6)、循环容器(11)及两者相连的管道,腐蚀容器上设有供试验钢丝穿过的圆孔;所述立柱(5)连接的液压千斤顶上设置有传感器(9)。
2.根据权利要求1所述的腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置,其特征在于,所述立柱(5)分别为第一立柱和第二立柱,所述第一立柱和第二立柱以间隔的方式垂直设置在支座(4)上。
3.根据权利要求1所述的腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置,其特征在于,所述立柱(5)的外侧和支座(4)之间设置有斜撑(12)。
4.根据权利要求1所述的腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置,其特征在于,所述腐蚀容器(6)及循环容器(11)皆为塑料材质的透明长方体器皿。
5.根据权利要求2所述的腐蚀疲劳耦合作用下测定钢丝寿命的试验装置,其特征在于,所述第一立柱和第二立柱上开设有圆孔,圆孔内安装有用于固定液压千斤顶(1)和钢丝(7)的锚具(8)。
6.基于权利要求1所述的试验装置测定腐蚀疲劳耦合作用下钢丝寿命的试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将钢丝通过锚具固定在不同反力架装置里两个立柱之间,同时钢丝穿过两立柱之间的腐蚀容器;
步骤二:通过向腐蚀容器内注入腐蚀溶液来开始腐蚀试验,通过控制管道的阀门与循环容器来实现周浸腐蚀,得到不同腐蚀程度的钢丝;
步骤三:通过疲劳试验机及液压千斤顶对多根不同的钢丝同步施加不同的交变载荷进行疲劳拉伸,实现多试样的同步疲劳;记录疲劳试验数据,绘制出S-N曲线。
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