CN108362587A - 不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验装置及方法，包括步骤一：准备试验装置，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容器；步骤二：通过向腐蚀容器内注入不同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，本发明基于传统的疲劳试验和腐蚀试验基础上开发，用于探索不同腐蚀溶剂对钢丝在腐蚀‑疲劳荷载两者耦合作用下的疲劳性能的影响，为实际桥梁工程的寿命评估打下基础。

Description

不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳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，具体涉及一种在不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝承受疲劳-腐蚀耦合作用时疲劳寿命的试验装置及方法。
背景技术
大跨桥梁的斜拉索或主缆承担桥梁绝大部分的恒、活载并将其传递给塔柱，拉索或主缆的寿命基本等同于整桥寿命。此类缆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，针对桥梁缆索在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劣化机理研究和寿命评估研究很少。基于试验现象的疲劳研究成果，可以量化不同腐蚀溶剂对疲劳的加速作用，使得疲劳对于环境的依存性可以进行定量描述。因此，本发明的一种不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验装置及方法对掌握桥梁缆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现实使用价值。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验装置，解决现有疲劳试验不能同时对多根钢丝在不同腐蚀溶剂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不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验方法，解决现有技术未能同步评估不同腐蚀溶剂下钢丝腐蚀疲劳寿命的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验装置，包括反力架、腐蚀循环容器及疲劳试验机，所述反力架包括槽钢与支撑杆，所述槽钢与支撑杆形成空心方形结构，所述腐蚀循环容器位于反力架内部，腐蚀循环容器包括腐蚀容器，循环容器及两者相连的管道，所述腐蚀循环容器的数量为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，传感器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容器，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。
反力架另一侧所述的一排液压千斤顶，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，所述腐蚀容器为塑料材质的透明长方体器皿。
试验方法，包括以下步骤：
步骤一：将钢丝依次穿过反力架的钢板、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容器；
步骤二：通过向腐蚀容器内注入不同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。
4、以腐蚀溶剂为变量设置对照组，通过考察不同腐蚀溶剂作用下的S-N曲线，量化腐蚀溶剂对腐蚀疲劳寿命的影响。
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为本发明不同腐蚀溶剂下腐蚀疲劳耦合钢丝的S-N曲线图。
其中，1-液压千斤顶；2-锚具；3-槽钢；4-钢板；5-钢丝；6-支撑；7-传感器；8-腐蚀容器；9-油管；10-疲劳试验机；11-循环容器；12-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3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，包括槽钢、钢板和支撑，槽钢3与钢板4相结合，槽钢3的一侧连有液压千斤顶1，液压千斤顶1与油路连接，槽钢3的数量为两个，两槽钢通过支撑杆6相连，槽钢3留有圆孔来连接锚具，锚具2用于固定液压千斤顶1、传感器7及钢丝5；如图3所示，腐蚀循环容器是由腐蚀容器8、循环容器11及两者间的管道组成，腐蚀容器8及循环容器11皆是由塑料制成的透明方体箱，腐蚀容器8顶部可拆卸，腐蚀容器8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8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5的穿过。
将腐蚀循环容器置于反力架的两槽钢3之间，如图2所示，通过锚具2将钢丝5固定在反力架上，将其从连有液压千斤顶一侧的槽钢穿进，穿过腐蚀循环容器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，待一切固定完成后向腐蚀容器中注入不同的腐蚀溶剂直到溶剂漫过钢丝；按照周浸腐蚀的规范，定时进行溶液的循环，疲劳过程中通过容器观察腐蚀程度的变化。
为了测试不同腐蚀溶剂下腐蚀疲劳耦合钢丝的寿命，需要三个腐蚀循环容器，如图3所示， 与疲劳试验机10相连的液压千斤顶1通过油路分流后，连接至三个疲劳反力架系统，每个反力架上有多个不同截面面积的液压千斤顶1，同时每组要有一支油路分流至油缸12以用来处理漏油等情况，各液压千斤顶1通过锚具2与反力架绑定，同时反力架的另一端连有传感器7；通过控制疲劳试验机10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做往返运动，同时液压千斤顶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、温度、腐蚀溶液的种类；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，绘制出不同腐蚀溶剂下腐蚀疲劳的S-N曲线图，将三组不同腐蚀溶剂下腐蚀疲劳的S-N曲线图进行对比，结果如图4所示，图中曲线1表示H2O2溶液腐蚀下的S-N曲线，曲线2和3分别表示FeCl3·6H2O溶剂和NaCl溶剂腐蚀下的S-N曲线，由图可知不同的腐蚀溶剂对钢丝的腐蚀程度不同，需要区别对待。
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.不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：准备试验装置，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容器；
步骤二：通过向腐蚀容器内注入不同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。
2.根据权利要求1所述的不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验方法，其特征在于：所述试验装置包括反力架、腐蚀循环容器及疲劳试验机，所述反力架包括槽钢与支撑杆，所述槽钢与支撑杆形成空心方形结构，所述腐蚀循环容器位于反力架内部，腐蚀循环容器包括腐蚀容器，循环容器及两者相连的管道，所述腐蚀循环容器的数量为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，传感器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容器，所述液压千斤顶通过油管与疲劳试验机相连。
3.根据权利要求2所述的不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验方法，其特征在于：所述槽钢外侧设有钢板。
4.根据权利要求2所述的不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验方法，其特征在于：反力架另一侧所述的一排液压千斤顶，其截面面积不同。
5.根据权利要求2所述的不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验方法，其特征在于：所述的液压千斤顶有一支油路分流至油缸。
6.根据权利要求2所述的不同腐蚀溶剂下同步测定钢丝疲劳寿命的试验方法，其特征在于：所述腐蚀容器为塑料材质的透明长方体器皿。
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