CN110274724A - 一种高强螺栓轴力检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种高强螺栓轴力检测系统，包括待检测的高强度螺栓，所述高强度螺栓中设有预紧的电阻材料，所述电阻材料随高强度螺栓拧紧过程一起被拉长，使得电阻材料的阻值发生变化，所述电阻材料的两端通过导线或无线数据传输方式连接至数据采集器，用于采集电阻材料的电阻数据，所述数据采集器连接处理器，用于将采集的电阻数据传输至处理器中，并由处理器计算得到高强度螺栓的轴力。本发明系统可以实时监测到预应力的大小，从而为高强度螺栓施工过程提供可靠的施工技术指标，同时也可以对施工的质量进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种高强螺栓轴力检测系统。
背景技术
高强螺栓多用于桥梁、钢轨、高压及超高压设备的钢结构连接节点。在土木工程领域，由于高强度螺栓在某种意义上属于隐蔽工程，长期以来在施工和日常维护过程中要检测其真实轴力是非常困难的，此外高强螺栓经过长期服役后其轴力也会衰减，所以高强螺栓节点的承载力难以得到正确的评估。
本发明提供一种高强螺栓轴力检测系统，来直接测出真实可靠的螺栓轴力数据，从而可以对钢结构螺栓节点的施工和日常维护提供质量评估依据。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种高强螺栓轴力检测系统。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种高强螺栓轴力检测系统，包括待检测的高强度螺栓，所述高强度螺栓中设有预紧的电阻材料，所述电阻材料随高强度螺栓拧紧过程一起被拉长，使得电阻材料的阻值发生变化，所述电阻材料的两端通过导线或无线数据传输方式连接至数据采集器，用于采集电阻材料的电阻数据，所述数据采集器连接处理器，用于将采集的电阻数据传输至处理器中，并由处理器计算得到高强度螺栓的轴力。
进一步的，所述高强度螺栓中设有贯穿其轴线的内孔道，所述内孔道的两端开口处为锥形孔并且分别位于高强度螺栓的螺帽段头部和螺纹段尾部，所述内孔道两端的锥形孔分别与环状楔形夹片相匹配，所述内孔道的中段为等直圆孔，用于穿入电阻材料，所述环状楔形夹片在内孔道的两端将电阻材料预张拉固定，使得电阻材料在高强度螺栓的内孔道中始终保持张紧状态。
进一步的，所述环状楔形夹片由若干个瓣形结构拼接而成，所述瓣形结构拼接的中心处形成有通孔，便于夹紧电阻材料。
进一步的，所述电阻材料为铜丝。
进一步的，每个所述环状楔形夹片由两个瓣形结构拼接而成。
一种采用权利要求-任一项所述的高强螺栓轴力检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤1）将待检测的高强度螺栓，在其螺帽段头部和螺纹段尾部沿着螺栓轴线加工出锥形孔，再次沿着轴线加工贯穿螺栓的等直圆孔，形成内孔道；
步骤2）取铜丝穿过高强度螺栓的内孔道，并拉紧铜丝；
步骤3）用环状楔形夹片插入锥形孔，夹紧铜丝；
步骤4）将铜丝与数据采集器相连，再将数据采集器与处理器相连，计算高强度螺栓的轴力。
进一步的，所述步骤4）中，铜丝初始长度为，半径为，电阻率为，泊松比为，数据采集器采集在测试过程中铜丝在拉伸过程中电阻的大小，根据铜丝泊松比公式和铜丝电阻公式，得到铜丝长度公式：
，
其中，为测量过程中铜丝半径，为测量过程中的铜丝长度，再采用公式，其中为高强度螺栓的弹性模量，得到螺栓的轴力值，其中N为待检测的高强度螺栓的轴力。
本发明的有益效果是:
本发明高强螺栓轴力检测系统，可以实时监测到预应力的大小，从而为高强度螺栓施工过程提供可靠的施工技术指标，同时也可以对施工的质量进行检测。
附图说明
图1为本发明待检测的高强度螺栓结构示意图；
图2为本发明的环状楔形夹片结构图；
图3为本发明的检测架构图；
图4为本发明的现场检测示意图。
图中标号说明：1、高强度螺栓；2、环状楔形夹片；3、电阻材料；4、数据采集器；5、处理器。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
如图3和图4所示，一种高强螺栓轴力检测系统，包括待检测的高强度螺栓1，所述高强度螺栓1中设有预紧的电阻材料3，所述电阻材料3随高强度螺栓1拧紧过程一起被拉长，使得电阻材料3的阻值发生变化，所述电阻材料3的两端通过导线或无线数据传输方式连接至数据采集器4，用于采集电阻材料3的电阻数据，所述数据采集器4连接处理器5，用于将采集的电阻数据传输至处理器5中，并由处理器5计算得到高强度螺栓1的轴力。
如图1和图2所示，所述高强度螺栓1中设有贯穿其轴线的内孔道，所述内孔道的两端开口处为锥形孔并且分别位于高强度螺栓1的螺帽段头部和螺纹段尾部，所述内孔道两端的锥形孔分别与环状楔形夹片2相匹配，所述内孔道的中段为等直圆孔，用于穿入电阻材料3，所述环状楔形夹片2在内孔道的两端将电阻材料3预张拉固定，使得电阻材料3在高强度螺栓1的内孔道中始终保持张紧状态。
所述环状楔形夹片2由若干个瓣形结构拼接而成，所述瓣形结构拼接的中心处形成有通孔，便于夹紧电阻材料3。
所述电阻材料3为铜丝。
每个所述环状楔形夹片2由两个瓣形结构拼接而成。
一种高强螺栓轴力检测方法，该方法包括以下步骤：
步骤1）将待检测的高强度螺栓1，在其螺帽段头部和螺纹段尾部沿着螺栓轴线加工出锥形孔，再次沿着轴线加工贯穿螺栓的等直圆孔，形成内孔道；
步骤2）取铜丝穿过高强度螺栓1的内孔道，并拉紧铜丝；
步骤3）用环状楔形夹片2插入锥形孔，夹紧铜丝；
步骤4）将铜丝与数据采集器4相连，再将数据采集器4与处理器5相连，计算高强度螺栓1的轴力。
所述步骤4）中，铜丝初始长度为，半径为，电阻率为，泊松比为，数据采集器4采集在测试过程中铜丝在拉伸过程中电阻的大小，根据铜丝泊松比公式和铜丝电阻公式，得到铜丝长度公式：
，
其中，为测量过程中铜丝半径，为测量过程中的铜丝长度，再采用公式，其中为高强度螺栓1的弹性模量，为已知量，得到螺栓的轴力值，其中N为待检测的高强度螺栓1的轴力。
本发明原理
本发明中，在施工过程中随着预应力的增加，高强度螺栓1被拉长，铜丝也随之被拉长，导致铜丝电阻发生变化，用数据采集器4采集铜丝电阻，再计算得到螺栓轴力的大小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高强螺栓轴力检测系统，包括待检测的高强度螺栓（1），其特征在于，所述高强度螺栓（1）中设有预紧的电阻材料（3），所述电阻材料（3）随高强度螺栓（1）拧紧过程一起被拉长，使得电阻材料（3）的阻值发生变化，所述电阻材料（3）的两端通过导线或无线数据传输方式连接至数据采集器（4），用于采集电阻材料（3）的电阻数据，所述数据采集器（4）连接处理器（5），用于将采集的电阻数据传输至处理器（5）中，并由处理器（5）计算得到高强度螺栓（1）的轴力。
2.根据权利要求1所述的高强螺栓轴力检测系统，其特征在于，所述高强度螺栓（1）中设有贯穿其轴线的内孔道，所述内孔道的两端开口处为锥形孔并且分别位于高强度螺栓（1）的螺帽段头部和螺纹段尾部，所述内孔道两端的锥形孔分别与环状楔形夹片（2）相匹配，所述内孔道的中段为等直圆孔，用于穿入电阻材料（3），所述环状楔形夹片（2）在内孔道的两端将电阻材料（3）预张拉固定，使得电阻材料（3）在高强度螺栓（1）的内孔道中始终保持张紧状态。
3.根据权利要求2所述的高强螺栓轴力检测系统，其特征在于，所述环状楔形夹片（2）由若干个瓣形结构拼接而成，所述瓣形结构拼接的中心处形成有通孔，便于夹紧电阻材料（3）。
4.根据权利要求2所述的高强螺栓轴力检测系统，其特征在于，所述电阻材料（3）为铜丝。
5.根据权利要求3所述的高强螺栓轴力检测系统，其特征在于，每个所述环状楔形夹片（2）由两个瓣形结构拼接而成。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述的高强螺栓轴力检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1）将待检测的高强度螺栓（1），在其螺帽段头部和螺纹段尾部沿着螺栓轴线加工出锥形孔，再次沿着轴线加工贯穿螺栓的等直圆孔，形成内孔道；
步骤2）取铜丝穿过高强度螺栓（1）的内孔道，并拉紧铜丝；
步骤3）用环状楔形夹片（2）插入锥形孔，夹紧铜丝；
步骤4）将铜丝与数据采集器（4）相连，再将数据采集器（4）与处理器（5）相连，计算高强度螺栓（1）的轴力。
7.根据权利要求6所述的高强螺栓轴力检测方法，其特征在于，所述步骤4）中，铜丝初始长度为，半径为，电阻率为，泊松比为，数据采集器（4）采集在测试过程中铜丝在拉伸过程中电阻的大小，根据铜丝泊松比公式和铜丝电阻公式，得到铜丝长度公式：
，
其中，为测量过程中铜丝半径，为测量过程中的铜丝长度，再采用公式，其中为高强度螺栓（1）的弹性模量，得到螺栓的轴力值，其中N为待检测的高强度螺栓（1）的轴力。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113074847A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-06 | 重庆交通大学 | 一种基于电阻应变效应的在役结构预应力检测方法 |
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2019
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