CN111766165B - 模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明模拟实际服役状态的预应力筋疲劳‑应力松弛测试方法包括：将待测筋安装于固定长度的测试固定装置两端之间；在其中一端锚具内装有应力传感器，在靠近其中一个锚具待测筋上装有应变传感器，用拉伸装置从待测筋的另一端张拉待测筋至设计值N，在张拉待测筋的过程中，测量并记录应力传感器的应力σ和相应的应变传感器的应变ε，计算得到弹性模量E＝σ/ε；在测试固定装置两端之间的待测筋某一处位置，采用加载装置对待测筋反复多次施加正交方向上的荷载F(t)，记录待测筋端部应力传感器显示出的应力和加载时间；得到应力与时间/疲劳加载次数的关系曲线，基于测试得到的弹性模量，将应力转换为应变，建立应变与时间或疲劳次数的关系曲线。

Description

模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法
技术领域
本申请涉及预应力筋材料测试技术领域，具体而言，涉及预应力筋的疲劳-应力松弛性能测试方法。
背景技术
预应力筋包含预应力钢丝、钢绞线和钢筋等类型，由于长期高应力的作用，随着时间发展出现应力松弛现象，即在外环境恒定状态下，总应变保持不变，而应力随时间的延长逐渐降低的现象。而在服役阶段，受外部荷载作用，这种应力松弛的现象与疲劳荷载耦合作用，存在加速放大的情况，研究表明，考虑疲劳荷载作用后的松弛作用，与常规不考虑荷载作用时相比，增大60％，对结构的长期性能影响不容忽视。结构在设计时，一般需要考虑预应力松弛导致的应力损失，从而预测长期性能。如忽略服役疲劳作用导致的松弛损失加速作用，则可能导致结构的设计偏于不安全。因此，对预应力筋材料进行疲劳荷载作用下的应力松弛分析，对于设计阶段准确考虑应力松弛损失，从而预测结构长期性能，是必不可少的。
在相关技术中，预应力筋的松弛测试中或不考虑服役期荷载的作用，对预应力筋的疲劳测试也仅采用轴向往复拉伸的方式。当前的测试技术，常规测试方法在研究预应力筋松弛规律时仅考虑了时间这一单一变量，无法考虑实际服役状态的荷载往复作用对松弛的附加作用。材料疲劳试验机，可进行轴向的往复拉伸进行疲劳测试，但是由于机器造价昂贵，松弛试验的持续时间一般较长(120～1000h)，试验机难以实现多工况试验，且仅施加轴向力而非与实际状态吻合的正交力，结果偏差大。
发明内容
本申请的发明目的是针对相关技术在预应力筋服役荷载作用下，预应力筋应力松弛测试方面的缺失和不足，而提出了一种可模拟实际服役状态正交荷载作用的预应力筋疲劳-应力松弛现象的测试方法，以解决在预应力筋应力松弛测试中对实际服役状态及服役荷载作用考虑缺失与不足的问题。
为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：它包括以下步骤：
(A)、将待测筋安装于固定长度的测试固定装置的两端之间，在待测筋的两端装有锚具；
(B)、在其中一端的锚具与固定装置之间装有应力传感器，在靠近其中一个锚具的待测筋上装有应变传感器，待测筋一端锚固，用拉伸装置从待测筋的另一端张拉待测筋至设计值N，在张拉待测筋的过程中，测量并记录应力传感器的应力σ和相应的应变传感器的应变ε，并且在待测筋的张拉端锚固住待测筋，根据测试结果，绘制应力-应变曲线，计算得到待测筋的弹性模量E＝σ/ε；
(C)、在测试固定装置两端之间的待测筋某一处位置，采用加载装置对待测筋反复多次施加正交方向上的荷载F(t)，实时监测施加的荷载F(t)大小，并记录待测筋两端应力传感器显示出的应力和加载时间，施加正交方向上的荷载的最大值Fmax＝N1(sinθ+cosθ·tanβ)，N1＝N(1+α)，
Figure BDA0002623569800000021
在公式中，Fmax表示F(t)的最大值，N为张拉待测筋的初始设计值，θ为施加了最大正交加载的待测筋相对于原始拉伸待测筋的一个偏移角度，β为施加了最大正交加载的待测筋相对于原始拉伸待测筋的另一个偏移角度，α为应力幅比例，h为设定的待测筋在Fmax作用下，拉伸的垂直距离，L为固定装置两端之间的待测筋距离，l为所施加的荷载F(t)距固定装置一端的距离；
(D)、在对待测筋进行了多次反复地加载和卸载后，卸掉正交方向上的荷载F(t)，在待测筋的其中一端拆除锚具，用拉伸装置对待测筋对其进行二次张拉，张拉至应力值等于初始张拉应力值N时，记录此时的应变传感器的应变ε，即为最终的松弛应变值；
(E)、根据公式E＝σ/ε，将步骤(C)得到的应力与时间的关系转换成应变与时间或疲劳次数的关系，并以此绘制曲线，即为待测筋松弛疲劳松弛曲线。
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：所述正交方向上的荷载F(t)为施加在垂直于待测筋方向的荷载。
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：所述步骤(C)中，α取值为5％～20％。
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：所述加载装置对待测筋进行连续作用力的加载/卸载，或者间断作用力的加载/卸载。
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：在步骤(C)中，在待测筋的中央位置处，施加正交方向上的荷载F(t)，Fmax＝2·N1·sinθ1，N1＝N(1+α)，θ1为正交加载后的待测筋相对于原始拉伸待测筋的偏移角度。
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：所述加载装置为机械加载装置或液压加载装置或砝码重力加载。
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：所述机械加载装置为千斤顶。
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：所述测试固定装置包括：锚具、左侧板、支撑杆、右侧板和拉伸装置，左侧板和右侧板分别被固定在至少三根支撑杆的两端，待测筋穿过左侧板和右侧板，其两端分别通过锚具固定在左侧板和右侧板上，拉伸装置在待测筋另一端对待测筋进行张拉。
本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其中：所述的待测筋为高强钢丝、钢绞线、钢筋或碳纤维筋。
通过本发明，可实现测量正交服役荷载作用下的待测筋应力松弛，总结松弛曲线规律，从而建立预应力作用长期损伤计算的修正模型，准确评估预应力结构长期性能，避免因预应力松弛损失估计不足造成结构设计偏不安全的现象。
附图说明
图1是本发明模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法的流程图；
图2为待测筋在测试固定装置中，进行预应力筋疲劳-应力松弛测试方法的示意图；
图3为待测筋的受力图，其中正交方向上的荷载F(t)施加在测试固定装置两端之间的待测筋上；
图4为待测筋的受力图，其中正交方向上的荷载F(t)施加在测试固定装置两端中央的待测筋上；
图5为在步骤(B)中，用拉伸装置从待测筋的另一端张拉待测筋至设计值N的过程中，用力传感器的应力σ和相应的应变传感器的应变ε绘制出的应力-应变曲线；
图6为在步骤(E)中，将得到的应力与时间的关系转换成应变与时间或疲劳次数的次数曲线，即为待测筋松弛疲劳松弛曲线。
在图2中，标号1为锚具；标号2为左侧板；标号3为支撑杆；标号4为待测筋；标号5为右侧板；标号6为拉伸装置。
具体实施方式
如图1所示，本发明的模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法包括以下步骤：
(A)、将待测筋4安装于固定长度的测试固定装置的两端之间，如图2所示，测试固定装置包括：锚具1、左侧板2、支撑杆3、右侧板5和拉伸装置6，左侧板2和右侧板5分别被固定在至少三根支撑杆3的两端，待测筋4穿过左侧板2和右侧板5，其两端分别通过锚具1固定在左侧板2和右侧板5上，拉伸装置6在待测筋4另一端对待测筋4进行张拉，待测筋4为高强钢丝、钢绞线、钢筋或碳纤维筋，在测试过程中，待测筋4在高压应力下，不发生位移变化；
(B)、在其中一端的锚具1内装有应力传感器，在靠近其中一个锚具1的待测筋4上装有应变传感器，在待测筋4的一端锚固有锚具1，用拉伸装置6从待测筋4的另一端张拉待测筋4至设计值N，在张拉待测筋4的过程中，测量并记录应力传感器的应力σ和相应的应变传感器的应变ε，并且在待测筋4的另一端锚固住待测筋4，根据测试结果，绘制如图5所示的应力-应变曲线，计算得到待测筋4的弹性模量E＝σ/ε；
(C)、在测试固定装置两端之间的待测筋4某一处位置，其受力关系如图3所示，采用加载装置对待测筋4反复多次施加正交方向上的荷载F(t)，加载装置为机械加载装置或液压加载装置或砝码重力加载。正交方向上的荷载F(t)为施加在垂直于待测筋4方向的荷载，加载装置对待测筋4进行连续作用力的加载/卸载，或者间断作用力的加载/卸载，实时监测施加的荷载F(t)大小，并记录待测筋4两端应力传感器显示出的应力和加载时间，施加正交方向上的荷载的最大值，Fmax＝N1(sinθ+cosθ·tanβ)，N1＝N(1+α)，
Figure BDA0002623569800000041
在公式中，Fmax表示F(t)的最大幅值，N为张拉待测筋4的设计值，θ为施加了最大正交加载的待测筋4相对于原始拉伸待测筋4的一个偏移角度，β为施加了最大正交加载的待测筋4相对于原始拉伸待测筋4的另一个偏移角度，α为应力幅比例，取为5％～20％，h为发明人设定的待测筋4在Fmax作用下，拉伸的垂直距离，L为固定装置两端之间的待测筋4距离，l为所施加的荷载F(t)距固定装置一端的距离；
如图4所示，当荷载F(t)施加在待测筋4的中央位置处时，Fmax＝2·N1·sinθ1，N1＝N(1+α)，θ1为正交加载后的待测筋4相对于原始拉伸待测筋4的偏移角度；
(D)、在对待测筋4进行了多次反复地加载和卸载后，卸掉正交方向上的荷载F(t)，在待测筋4的其中一端拆除锚具1，用拉伸装置6对待测筋4对其进行二次张拉，张拉至应力值等于初始张拉应力值N时，记录此时的应变传感器的应变ε，即为最终的松弛应变值；
(E)、根据公式E＝σ/ε，将步骤(C)得到的应力与时间的关系转换成应变与时间或疲劳次数的关系，并以此绘制曲线，即为如图6所示的待测筋4松弛疲劳松弛曲线。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的方法及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(A)、将待测筋(4)安装于固定长度的测试固定装置的两端之间，在待测筋(4)的两端装有锚具(1)；
(B)、在其中一端的锚具(1)与固定装置之间装有应力传感器，在靠近其中一个锚具(1)的待测筋(4)上装有应变传感器，在待测筋(4)的一端锚固，用拉伸装置(6)从待测筋(4)的另一端张拉待测筋(4)至设计值N，在张拉待测筋(4)的过程中，测量并记录应力传感器的应力σ和相应的应变传感器的应变ε，并且在待测筋(4)的拉伸端锚固住待测筋(4)，根据测试结果，绘制应力-应变曲线，计算得到待测筋(4)的弹性模量E＝σ/ε；
(C)、在测试固定装置两端之间的待测筋(4)某一处位置，采用加载装置对待测筋(4)反复多次施加正交方向上的荷载F(t)，实时监测施加的荷载F(t)大小，并记录待测筋(4)两端应力传感器显示出的应力和加载时间，施加正交方向上的荷载的最大值Fmax＝N1(sinθ+cosθ·tanβ)，N1＝N(1+α)，
Figure FDA0002930189770000011
在公式中，Fmax表示F(t)的最大值，N为张拉待测筋(4)的初始设计值，θ为施加了最大正交加载的待测筋(4)相对于原始拉伸待测筋(4)的一个偏移角度，β为施加了最大正交加载的待测筋(4)相对于原始拉伸待测筋(4)的另一个偏移角度，α为应力幅比例，h为设定的待测筋(4)在Fmax作用下，拉伸的垂直距离，L为固定装置两端之间的待测筋(4)距离，l为所施加的荷载F(t)距固定装置一端的距离；在待测筋(4)的中央位置处，施加正交方向上的荷载F(t)，Fmax＝2·N1·sinθ1，N1＝N(1+α)，θ1为正交加载后的待测筋(4)相对于原始拉伸待测筋(4)的偏移角度；
(D)、在对待测筋(4)进行了多次反复地加载和卸载后，卸掉正交方向上的荷载F(t)，在待测筋(4)的其中一端拆除锚具(1)，用拉伸装置(6)对待测筋(4)对其进行二次张拉，张拉至应力值等于初始张拉应力值N时，记录此时的应变传感器的应变ε，即为最终的松弛应变值；
(E)、根据公式E＝σ/ε，将步骤(C)得到的应力与时间的关系转换成应变与时间或疲劳次数的关系，并以此绘制曲线，即为待测筋(4)松弛疲劳松弛曲线。
2.如权利要求1所述模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其特征在于：所述正交方向上的荷载F(t)为施加在垂直于待测筋(4)方向的荷载。
3.如权利要求2所述模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其特征在于：所述步骤(C)中，α取值为5％～20％。
4.如权利要求3所述模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其特征在于：所述加载装置对待测筋(4)进行连续作用力的加载/卸载，或者间断作用力的加载/卸载。
5.如权利要求4所述模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其特征在于：所述加载装置为机械加载装置或液压加载装置或砝码重力加载。
6.如权利要求5所述模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其特征在于：所述机械加载装置为千斤顶。
7.如权利要求6所述模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其特征在于：所述测试固定装置包括：锚具(1)、左侧板(2)、支撑杆(3)、右侧板(5)和拉伸装置(6)，左侧板(2)和右侧板(5)分别被固定在至少三根支撑杆(3)的两端，待测筋(4)穿过左侧板(2)和右侧板(5)，其两端分别通过锚具(1)固定在左侧板(2)和右侧板(5)上，拉伸装置(6)在待测筋(4)另一端对待测筋(4)进行张拉。
8.如权利要求7所述模拟实际服役状态的预应力筋疲劳-应力松弛测试方法，其特征在于：所述的待测筋(4)为高强钢丝、钢绞线、钢筋或碳纤维筋。
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