CN108344614A - 腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置，包括反力架、盐雾腐蚀装置、恒温箱及疲劳试验机，所述反力架包括槽钢、钢板及支撑，所述槽钢经开孔后通过锚具与钢板和支撑相连，反力架通过锚具与千斤顶相连，千斤顶通过油路与疲劳试验机相连，盐雾腐蚀装置位于两槽钢之间，盐雾腐蚀装置包括腐蚀箱、盐雾发生装置、废液回收装置，整个盐雾腐蚀装置处于恒温箱内。本发明基于传统的疲劳试验和腐蚀试验开发，用于探索不同温度对钢丝腐蚀疲劳耦合作用及损坏机理的影响，为不同地区实际桥梁工程的服役寿命评估打下基础。

Description

腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置及方法

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下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置及方法。

背景技术

大跨斜拉桥的斜拉索承担绝大部分恒、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，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，但腐蚀-疲劳两者耦合作用下结构的劣化机理研究和寿命评估研究较少，同时由于桥梁分布的区域广泛、季节更替等因素导致索用钢丝的工作温度有较大差异，而温度无疑会对钢绞线的疲劳腐蚀具有较为显著的影响。因此，本发明的腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置及方法对于掌握不同区域、不同季节下桥梁索用钢丝的安全使用状况并进一步预测其服役寿命，具有极为重要的学术意义和使用价值。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置，解决现有的疲劳试验不能同时对多根钢丝在不同温度下进行腐蚀疲劳耦合试验的问题。本发明的另一目的是提供一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验方法，解决现有技术未能在不同温度下对钢丝腐蚀疲劳耦合进行寿命评估的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置，包括反力架、盐雾腐蚀装置、恒温箱、疲劳试验机，所述反力架包括槽钢、支撑杆，所述槽钢与支撑杆形成方形结构，所述盐雾腐蚀装置位于反力架内部，盐雾腐蚀装置包括连通的腐蚀箱、盐雾发生装置、废液回收装置，整个盐雾腐蚀装置处于恒温箱内，所述恒温箱的数量为2-4个，所述反力架一侧设有一排传感器，另一侧设有一排液压千斤顶，锚具与液压千斤顶通过钢丝相连锚具固定，多根钢丝穿过一个腐蚀箱，所述液压千斤顶通过油管与疲劳试验机相连。

为了保证反力架的强度，所述槽钢外侧增加钢板来增加厚度。

本发明所述的反力架，由槽钢与支撑杆形成方形结构，保证反力架的刚度，所述两槽钢通过中间的支撑杆来降低加载过程中产生的位移。

反力架另一侧的一排液压千斤顶，其截面面积不同，对钢丝的拉伸力也不同。

本发明所述的液压千斤顶有一支油路分流至油缸，用以处理漏油等情况。

为了便于观察判别钢丝腐蚀程度，所述腐蚀箱为塑料材质的透明长方体器皿，所述恒温箱也为透明的。

本发明的一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：将钢丝依次穿过反力架的槽钢，与液压千斤顶和传感器通过锚具固定在一起；同时钢丝穿过两个槽钢间的腐蚀箱。

步骤二：对不同恒温箱设定不同温度，通过控制盐雾发生装置对钢丝进行盐雾腐蚀。

步骤三：通过疲劳试验机及液压千斤顶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。

本发明的有益效果是：

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，将获得腐蚀疲劳耦合作用下钢丝的S-N曲线的时间大大缩短；

2、较为妥善地实现了在腐蚀环境中，获得钢丝疲劳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，更符合钢丝在实际服役环境下的特性；

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；

4、以温度为变量设置对照组，通过考察不同温度下的S-N曲线，量化了温度对腐蚀疲劳的影响。

附图说明

图1为本发明反力架及腐蚀装置正面示意图；

图2为本发明正面示意图；

图3为本发明俯视示意图；

图4为本发明不同温度下腐蚀疲劳耦合钢丝的S-N曲线图。

其中，1-盐雾发生装置；2-腐蚀箱；3-废液回收装置；4-支撑杆；5-钢丝；6-槽钢；7-钢板；8-锚具；9-传感器；10-液压千斤顶；11-油管；12-疲劳试验机；13-恒温箱；14-油缸。

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，反力架是以槽钢为基础，根据钢丝的尺寸及数量设计得到，其强度可满足多根钢丝同时进行疲劳试验，整个反力架包括槽钢6、钢板7和支撑杆4，槽钢6与钢板7相结合，槽钢6的一侧连有液压千斤顶10，液压千斤顶10通过油管11与疲劳试验机12连接，槽钢6的数量为两个，两槽钢6通过支撑杆4相连，槽钢6留有圆孔来连接锚具8，锚具8用于固定液压千斤顶10、传感器9及钢丝5；盐雾腐蚀装置是由盐雾发生装置1、腐蚀箱2、废液回收装置3及三者之间的导管组成，腐蚀箱2与废液回收装置3是由塑料制成的透明长方体器皿，通过启动盐雾发生装置对钢丝进行盐雾腐蚀，腐蚀箱2的两侧设有圆孔，圆孔一圈粘有硅胶环，可用于钢丝5的穿过。

盐雾腐蚀装置设置在恒温箱13内，将恒温箱13置于反力架的两槽钢6之间，各根钢丝的腐蚀系统皆在恒温箱内，如图2所示，通过锚具8将钢丝5固定在反力架上，将其从连有液压千斤顶10一侧的槽钢穿进，穿过腐蚀箱2从另一侧的槽钢穿出，保证钢丝不松动，至此，腐蚀系统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，对几个恒温箱分别设置不同的温度，启动盐雾发生装置，疲劳过程中可通过腐蚀箱观察腐蚀程度的变化。

为了测试不同温度下腐蚀疲劳耦合钢丝的寿命，本发明试验使用了三个恒温箱，如图3所示，与疲劳试验机12相连的液压千斤顶10通过油路分流后，连接至三个反力架系统，每个反力架上有多个不同截面面积的液压千斤顶10，同时每组有一支油路分流至油缸14用以处理漏油等情况，各液压千斤顶10通过锚具8与反力架绑定，同时反力架的另一端连有传感器9；通过控制疲劳试验机12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10做往返运动，同时液压千斤顶10通过锚具8与钢丝5固定，传感器9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5交变荷载的施加，实现了多试样的同步疲劳加载。

最后，记录整个实验过程中的所有数据：利用液压千斤顶10施加于各根钢丝5的交变应力幅值、温度、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，绘制出不同温度下腐蚀疲劳的S-N曲线图，将三组不同温度下腐蚀疲劳的S-N曲线图进行对比，结果如图4所示，图中曲线3表示温度较低的S-N曲线，曲线1和2分别表示温度较高和温度适中的S-N曲线，由图可知升温对钢丝的腐蚀疲劳破坏具有促进作用，温度越高钢丝越容易被破坏，故可知温度较高环境下钢丝的寿命更短，说明气候较热地区的桥梁真实服役条件下更易发生破坏，同时夏季也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，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)

1.一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置，其特征在于：包括反力架、盐雾腐蚀装置、恒温箱、疲劳试验机，所述反力架包括槽钢、支撑杆，所述槽钢与支撑杆形成方形结构，所述盐雾腐蚀装置位于反力架内部，盐雾腐蚀装置包括连通的腐蚀箱、盐雾发生装置、废液回收装置，整个盐雾腐蚀装置处于恒温箱内，所述恒温箱的数量为2-4个，所述反力架一侧设有一排锚具与传感器，另一侧设有一排液压千斤顶，锚具与液压千斤顶通过钢丝相连，多根钢丝穿过一个腐蚀箱，所述液压千斤顶通过油管与疲劳试验机相连。

2.根据权利要求1所述的一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置，其特征在于：所述槽钢外侧设有钢板。

3.根据权利要求1所述的一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置，其特征在于：所述一排液压千斤顶，其截面面积不同。

4.根据权利要求1所述的一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置，其特征在于：液压千斤顶有一支油路分流至油缸。

5.根据权利要求1所述的一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验装置，其特征在于：所述腐蚀箱为塑料材质的透明长方体器皿，恒温箱也是透明的。

6.一种腐蚀疲劳下测定温度对钢丝寿命影响的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：将钢丝依次穿过反力架的槽钢，与液压千斤顶和传感器通过锚具固定在一起；同时钢丝穿过两个槽钢间的腐蚀箱；

步骤二：对不同恒温箱设定不同温度，通过控制盐雾发生装置对钢丝进行盐雾腐蚀；

步骤三：通过疲劳试验机及液压千斤顶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。