CN110031312A - 一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试装置和方法,测试装置由主钢臂、侧钢臂、螺杆、螺帽、千斤顶、压力传感器、引伸计和夹片组成。两个侧钢臂一端通过螺栓与主钢臂连接形成加载框架,另一端设置开口的锥形孔洞,测试预应力筋通过夹片锚固于两侧钢臂锥孔内,两侧钢臂内侧依次布置千斤顶和压力传感器,通过千斤顶施加压力,形成杠杠加载体系。引伸计用于测定预应力筋变形,通过对引伸计和压力传感器读数的推算,可测得锈蚀预应力筋荷载变形关系等力学性能参数。本发明提出的测量装置和方法,能够实现对锈蚀预应力筋的力学性能的原位测试,真实反应预应力筋的受力状态,避免传统将预应力筋放张拆除后再进行力学性能测试引起的误差。

Description

一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试装置和方法
技术领域
本发明涉及预应力筋力学性能测试技术,尤其涉及锈蚀预应力筋在实际受力状态下原位测试装置和方法,属于土木工程结构性能测试领域。
背景技术
预应力结构由于其跨越能力大、经济性好等优势,近年来得到了飞速发展,广泛的应用于房屋建筑、公路桥梁等基础设施建设中。由于外界环境、有害物质的侵蚀,预应力筋锈蚀逐渐显现。预应力筋锈蚀不仅引起钢筋截面积损失、力学性能退化,还会引起预应力筋与混凝土间粘结性能的退化,进而退化结构的服役性能,甚至威胁结构安全。对预应力筋锈蚀规律以及锈蚀后的力学性能进行研究,对于该类结构服役性能、使用寿命评估,避免工程事故的发生,保证社会经济正常发展具有重要的意义。
国内外学者针对普通钢筋锈蚀问题开展了大量研究。由于材质、工作状态的差异,预应力筋和普通钢筋的锈蚀存在很大差异。高应力作用下,预应力筋的锈蚀更为复杂,除了会发生普通钢筋存在的化学腐蚀和电化学腐蚀外,还存在应力腐蚀和氢脆等多种腐蚀形式,其锈蚀速率较普通钢筋更为迅速,力学性能退化也更为复杂,有时会在较小的应力作用下发生脆性断裂。因此,对预应力筋进行锈蚀时需要模拟其实际的工作状态,通常将预应力筋锚固在张拉台座上,即在一定的应力水平下对预应力筋进行锈蚀模拟。
目前,预应力筋锈蚀模拟方面能够真实的反应其实际受力状态,但尚无有效的方法真实模拟实际受力状态对锈蚀预应力筋进行力学性能测试。传统的力学性能测试方法需要将锈蚀预应力筋从张拉台座上拆除,即将预应力筋有效应力卸载之后,再采用万能试验机对预应力筋进行性能测试。传统方法中预应力筋锈蚀断裂过程是:工作应力作用下锈蚀→有效应力卸载→无初始应力下拉拔断裂;实际工程中预应力筋的锈蚀断裂过程是:工作应力作用下锈蚀→工作应力作用下拉拔断裂。两者之间存在明显的差异,传统方法测得的力学性能参数未必能反应锈蚀预应力筋的真实状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试装置和方法,能有效解决上述技术问题,真实模拟实际受力状态对锈蚀预应力筋进行力学性能测试。
为有效解决上述技术问题,本发明采取的技术方案如下:
一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试方法,该方法包括以下步骤:
(1)根据测试预应力筋直径d确定侧钢臂锥孔和夹片的尺寸,通过夹片将测试预应力筋安装并锚固于测试装置上,安装千斤顶、压力传感器和引伸计;
(2)调试仪器,调节千斤顶消除压力传感器与侧钢臂间的空隙,并将压力传感器和引伸计读数清零;
(3)通过千斤顶正式进行加载,调节适当的加载速率和数据采集频率,连续同步读取压力传感器和引伸计读数Fn、ln(n=1、2、3…),直至测试预应力筋被拉断,对应的最大压力值为Fmax
(4)通过杆杠原理将千斤顶压力值换算为测试预应力筋所受的拉力值Fs,n=FnL1/(L1+L2),断裂时预应力筋拉力值为Fs,max=FmaxL1/(L1+L2)。同时计算拉力Fs,n作用下测试预应力筋的拉应力值σn=Fs,n/As,拉应变值εn=ln/l0。注:L1、L2分别为压力传感器中轴线距预应力筋与连接螺栓的距离,As为预应力筋锈蚀后的残余面积,l0为引伸计的测试标距;
(5)以预应力筋的拉应变值εn为横坐标,以预应力筋的拉应力值σn为纵坐标,绘制预应力筋应力应变曲线,确定锈蚀预应力筋的力学参数。
特别的,所述步骤(5)还包括以下步骤:
根据绘制的应力应变曲线确定预应力筋的工作应力、屈服强度和极限强度。应力应变曲线存在明显的两个转折点,第二个折点即为测试预应力筋的屈服强度,断裂时对应的应力为预应力筋的极限强度;
确定锈蚀预应力筋的弹性模量。应力应变曲线中两个折点间直线段的斜率即为预应力筋的弹性模量;
确定锈蚀预应力筋的屈服应变和极限应变。以第一个转折点为起点,向下延伸两个折点间的直线分别与纵坐标、横坐标轴相交。直线延长线与纵坐标的交点对应的应力值为测试预应力筋当前被施加的有效预应力值;直线延长线与横坐标的交点至第二个折点间的水平距离即为预应力筋的屈服应变,直线延长线与横坐标的交点至断裂点间的水平距离即为预应力筋的极限应变。
一种实现上述方法的测试装置,该装置包括主钢臂、侧钢臂、螺杆、螺帽、夹片、预应力筋、千斤顶、压力传感器、引伸计;所述的侧钢臂数量为两个,两个侧钢臂一端通过螺栓与主钢臂连接形成加载框架,另一端设置开口的锥形孔洞,被测试预应力筋通过夹片锚固于两侧钢臂锥孔内;所述的千斤顶和压力传感器依次布置在两个侧钢臂的中间,与加载框架和测试预应力筋形成杠杠加载体系;所述的压力传感器用以测定千斤顶施加的拉力值;所述的引伸计安装在被测试预应力筋上,用以测定预应力筋的变形。
特别的,所述两个侧钢臂一侧设置开口的锥孔,锥孔内侧直径小、外侧直径大,预应力筋可通过开口置于侧钢臂锥孔内,通过夹片进行锚固。
特别的,所述的千斤顶为液压千斤顶或机械千斤顶,可用螺栓固定于侧钢臂上,千斤顶承载力要大于或接近预应力筋极限拉力的2倍左右。
特别的,所述的引伸计通过橡皮筋安装在测试预应力筋上,引伸计的测试标距应小于主钢臂长度。
特别的,所述的压力传感器和引伸计与对应的数据采集系统连接,可以自动连续采集或手动分级进行数据采集。
本发明的有益效果为:本发明提供的一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试装置和方法,能真实模拟锈蚀预应力筋实际受力状态对其进行力学性能测试,避免传统方法需要将锈蚀预应力筋放张拆除后再进行拉拔测试引起的误差,实现了锈蚀预应力筋力学性能的简便测试,提高了测试数据的精度。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明中测试装置的整体外观示意图;
图2为本发明中测试装置的分解图;
图3为本发明中测试装置侧钢臂工作示意图;
图4为本发明中测试装置受力示意图;
图5为本发明中测试方法的预应力筋应力应变曲线图。
附图标记:1 主钢臂;2 侧钢臂;3 螺杆;4 螺帽;5 夹片;6 预应力筋;7 千斤顶;8压力传感器;9 引伸计。
具体实施方式
实施例1:
以下仅以实施例说明本专利可能实施的方案,然并非用以限制本专利所欲保护之范畴,合先叙明。
参考图1至图5,其显示本专利的第一较佳实施例,能真实模拟锈蚀预应力筋实际受力状态对其进行力学性能测试,避免传统方法需要将锈蚀预应力筋放张拆除再进行拉拔测试存在的误差,实现了锈蚀预应力筋力学性能的简便测试,提高了测试数据的精度。
本实施例具体设计方案如下:
本发明提供的第一种实施方案,提供一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试装置,该测试装置包括:主钢臂1、侧钢臂2、螺杆3、螺帽4、夹片5、预应力筋6、千斤顶7、压力传感器8、引伸计9。
所述的侧钢臂2数量为两个,两个侧钢臂2一端通过螺杆3和螺帽4与主钢臂1连接形成加载框架,另一端设置开口的锥形孔洞,被测试预应力筋6通过夹片5锚固于两侧钢臂2锥孔内;所述的千斤顶7和压力传感器8依次布置在两个侧钢臂2的中间,与加载框架和测试预应力筋6形成杠杠加载体系;所述的压力传感器8用以测定千斤顶7施加的拉力值;所述的引伸计9安装在被测试预应力筋6上,用以测定预应力筋6的变形。
所述两个侧钢臂2一侧设置开口的锥孔,锥孔内侧直径小、外侧直径大,预应力筋6可通过开口置于侧钢臂2锥孔内,通过夹片5进行锚固。
所述的千斤顶7为液压千斤顶或机械千斤顶,可用螺杆3和螺帽4固定于侧钢臂2上,千斤顶7承载力要大于或接近预应力筋6极限拉力的2倍左右。
所述的引伸计9通过橡皮筋安装在测试预应力筋6上,引伸计9的测试标距应小于主钢臂1长度。
所述的压力传感器8和引伸计9与对应的数据采集系统连接,可以自动连续采集或手动分级进行数据采集。
申请人声明,所属技术领域的技术人员在上述实施例的基础上,将上述实施例某步骤,与发明内容部分的技术方案相组合,从而产生的新的方法,也是本发明的记载范围之一,本申请为使说明书简明,不再罗列这些步骤的其它实施方式。
根据本发明提供的第二种实施方案,提供一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试方法。
一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试方法,该方法包括以下步骤:
(1)根据测试预应力筋6直径d确定侧钢臂2锥孔和夹片5的尺寸,通过夹片5将测试预应力筋6安装并锚固于测试装置上,安装千斤顶7、压力传感器8和引伸计9;
(2)调试仪器,调节千斤顶7消除压力传感器8与侧钢臂2间的空隙,并将压力传感器8和引伸计9读数清零;
(3)通过千斤顶7正式进行加载,调节适当的加载速率和数据采集频率,连续同步读取压力传感器8和引伸计9读数Fn、ln(n=1、2、3…),直至测试预应力筋6被拉断,对应的最大压力值为Fmax
(4)通过杆杠原理将千斤顶7压力值换算为预应力筋6所受的拉力值Fs,n=FnL1/(L1+L2),断裂时预应力筋6拉力值为Fs,max=FmaxL1/(L1+L2)。同时计算拉力Fs,n作用下测试预应力筋6的拉应力值σn=Fs,n/As,拉应变值εn=ln/l0。注:L1、L2分别为压力传感器8中轴线距预应力筋6与连接螺帽4的距离,As为预应力筋6锈蚀后的残余面积,l0为引伸计9的测试标距;
(5)以预应力筋6的拉应变值εn为横坐标,以预应力筋6的拉应力值σn为纵坐标,绘制预应力筋应力应变曲线,确定锈蚀预应力筋6的力学参数。
根据绘制的应力应变曲线确定预应力筋的工作应力、屈服强度和极限强度。应力应变曲线存在明显的两个转折点,第二个折点即为测试预应力筋6的屈服强度,断裂时对应的应力为预应力筋6的极限强度;
确定锈蚀预应力筋的弹性模量。应力应变曲线中两个折点间直线段的斜率即为预应力筋6的弹性模量;
确定锈蚀预应力筋的屈服应变和极限应变。以第一个转折点为起点,向下延伸两个折点间的直线分别与纵坐标、横坐标轴相交的交点分别为A和O’。直线延长线与纵坐标的交点A对应的应力值为测试预应力筋6当前被施加的有效预应力值;直线延长线与横坐标的交点O’至第二个折点间的水平距离即为预应力筋6的屈服应变,直线延长线与横坐标的交点O’至断裂点间的水平距离即为预应力筋6的极限应变。
技术效果:真实模拟实际受力状态下对锈蚀预应力筋进行力学性能测试,避免传统方法需要将锈蚀预应力筋放张拆除再进行拉拔测试引起的误差,实现了锈蚀预应力筋力学性能的简便测试,提高了测试数据的精度。
申请人又一声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的装置结构及实现方法,但本发明并不局限于上述实施方式,即不意味着本发明必须依赖上述结构及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
本发明并不限于上述实施方式,凡采用与本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有实施方式均在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锈蚀预应力筋力学性能原位测试装置和方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)根据测试预应力筋直径d确定侧钢臂锥孔和夹片的尺寸,通过夹片将测试预应力筋安装并锚固于测试装置上,安装千斤顶、压力传感器和引伸计;
(2)调试仪器,调节千斤顶消除压力传感器与侧钢臂间的空隙,并将压力传感器和引伸计读数清零;
(3)通过千斤顶正式进行加载,调节适当的加载速率和数据采集频率,连续同步读取压力传感器和引伸计读数Fn、ln(n=1、2、3…),直至测试预应力筋被拉断,对应的最大压力值为Fmax
(4)通过杆杠原理将千斤顶压力值换算为测试预应力所受的拉力值Fs,n=FnL1/(L1+L2),断裂时预应力筋拉力值为Fs,max=FmaxL1/(L1+L2)。同时计算拉力Fs,n作用下测试预应力筋的拉应力值σn=Fs,n/As,拉应变值εn=ln/l0。注:L1、L2分别为压力传感器中轴线距预应力筋与连接螺栓的距离,As为预应力筋锈蚀后的残余面积,l0为引伸计的测试标距;
(5)以预应力筋的拉应变值εn为横坐标,以预应力筋的拉应力值σn为纵坐标,绘制预应力筋应力应变曲线,确定锈蚀预应力筋的力学参数。
2.根据权利要求1所述锈蚀预应力筋力学性能原位测试方法,其特征在于,所述的步骤(5)还包括以下步骤:
(1)根据绘制的应力应变曲线确定预应力筋的工作应力、屈服强度和极限强度。应力应变曲线存在明显的两个转折点,第二个折点即为测试预应力筋的屈服强度,断裂时对应的应力为预应力筋的极限强度;
(2)确定锈蚀预应力筋的弹性模量。应力应变曲线中两个折点间直线段的斜率即为预应力筋的弹性模量;
(3)确定锈蚀预应力筋的屈服应变和极限应变。以第一个转折点为起点,向下延伸两个折点间的直线分别与纵坐标、横坐标轴相交。直线延长线与纵坐标的交点对应的应力值为测试预应力筋当前被施加的有效预应力值;直线延长线与横坐标的交点至第二个折点间的水平距离即为预应力筋的屈服应变,直线延长线与横坐标的交点至断裂点间的水平距离即为预应力筋的极限应变。
3.一种实现权利要求1所述方法的测试装置,其特征在于,该装置包括主钢臂、侧钢臂、螺杆、螺帽、夹片、预应力筋、千斤顶、压力传感器、引伸计,所述的侧钢臂数量为两个,两个侧钢臂一端通过螺栓与主钢臂连接形成加载框架,另一端设置开口的锥形孔洞,被测试预应力筋通过夹片锚固于两侧钢臂锥孔内;所述的千斤顶和压力传感器依次布置在两个侧钢臂的中间,与加载框架和测试预应力筋形成杠杠加载体系;所述的压力传感器用以测定千斤顶施加的拉力值;所述的引伸计安装在被测试预应力筋上,用以测定预应力筋的变形。
4.根据权利要求3所述测试装置,其特征在于,所述两个侧钢臂一侧设置开口的锥孔,锥孔内侧直径小、外侧直径大,预应力筋可通过开口置于侧钢臂锥孔内,通过夹片进行锚固。
5.根据权利要求3所述测试装置,其特征在于,所述的千斤顶为液压千斤顶或机械千斤顶,可用螺栓固定于侧钢臂上,千斤顶承载力要大于或接近预应力筋极限拉力的2倍左右。
6.根据权利要求3所述测试装置,其特征在于,所述的引伸计通过橡皮筋安装在测试预应力筋上,引伸计的测试标距应小于主钢臂长度。
7.根据权利要求3所述测试装置,其特征在于,所述的压力传感器和引伸计与对应的数据采集系统连接,可以自动连续采集或手动分级进行数据采集。
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