备测试用的钢筋混凝土梁，并且测量基础数据；
[0044] 选取江苏沙钢集团有限公司热轧带肋HRB400钢筋，成分表如下表一：
[0046] 表一
[0047] 钢筋基本力学性能如下表二：
[0049] 表二
[0050] 混凝土配比及力学性能如下表三：
[0051]
[0053] 表三
[0054] 钢筋混凝土梁，梁尺寸为150mmX200mmX1500mm，保护层厚度取为15mm，纯弯段 500mm，净跨1200mm，纵筋采用2C14,架立筋采用2A10,箍筋采用A8双肢箍。
[0055] 本发明制备了四个测试用钢筋混凝土梁，编号分别为FB-B1，FB-B2，FB-B3，FB-B4， 且这四个钢筋混凝土梁是一样的，且测试用的钢筋混凝土梁的极限抗弯承载力为M u，针对 FB-B1梁与FB-B2梁，最大测试力Mmax为0? 75*M u，最小测试力Mmin为0? 1*M u，针对FB-B3梁 与FB-B4梁，最大测试力Mmax为0? 6*MU，最小测试力Mmin为0? 1*MU。如下表四所示：
[0057] 表四
[0058](2)、将测试装置固定到测试用的钢筋混凝土梁上，且主要包括以下步骤：
[0059] A、在钢筋混凝土梁的跨中位置上设置两对盲孔（浅坑）；即梁上下端面的中间水 平方向两侧分别设置一对盲孔；所述盲孔的深度为1mm，所以不会影响钢筋混凝土梁受力 性能，盲孔直径与支撑装置的螺栓直径适应。
[0060] B、将两个带磁探头的支撑装置分别固定在两对盲孔（浅坑）上；
[0061] C、通过设置在支撑装置上的磁探头支座调整磁探头的高度，使得测探头与钢筋混 凝土梁中的钢筋的中心线对齐；
[0062] D、通过磁探头支座调整磁探头的朝向，使其中一个磁探头朝向与钢筋垂直，用于 测量钢筋的法向磁场，称为第一磁探头；另一个磁探头朝向与钢筋平行，用于测量钢筋的切 向磁场，称为第二磁探头；
[0063] E、通过支撑装置调整磁探头与钢筋混凝土梁表面之间的距离，使得磁探头与钢筋 混凝土梁表面之间的距离为8-12mm ;本发明优选为10mm ;
[0064] (3)、通过疲劳试验机给固定了测试装置的钢筋混凝土梁提供测试力，所述测试力 为逐渐增大然后逐渐减小的循环力，所述测试力形成的力与时间的波形可以是正弦波或者 是三角波；疲劳测试所用的试验机是PMW-800脉动疲劳试验机，采集频率为200Hz ;
[0065](4)、采集测试数据、处理测试数据以及得到结论：
[0066] 如图3、图4所示，为编号FB-B1测试用钢筋混凝土梁的得到的曲线，图3横坐标为 试验机的测试力以及纵坐标为第一磁探头测得的磁场强度，图4横坐标为试验机的试验力 以及纵坐标为第二磁探头测得的磁场强度，从图3与图4中可以看出，在法相磁场B n和切 线磁场Bt产生突变时，即曲线突然上升时，即为第一条裂缝产生的时间；
[0067] 此外，从图3和图4显示，第一次循环产生了很大的不可逆磁化，FB-B1梁的测试 力卸载至OkN的法向和切向不可逆磁化分别为87. 6mG和65. 8mG，第二循环结束后的不可逆 磁化分别为92. 5mG和70. 6mG，增量分别为4. 9mG和4. 8mG。根据接近理论，循环荷载作用 下的铁磁材料将逐渐从不可逆磁化状态趋近于理想的可逆磁化状态，不可逆磁化部分会逐 渐减小，与测试结果相符。
[0068] 在经过第一次循环加载产生了很大的不可逆磁化后，不可逆磁场会随着循环次数 逐渐增加并逐渐趋向于稳定值，循环荷载作用下的磁场变化幅值基本保持稳定，如表五所 示，A Bt为切向磁场变化幅值，A Bn为法相磁场变化幅值：
[0070] 表五
[0071] 并且测试结束后的四个测试梁的最终破坏形式如下表六所示：
[0073] 表六
[0074] 测试中磁探头布置在纵筋最易断裂的跨中纯弯段区域，从表五和表六可以看出， FB-B1梁是疲劳剪切破坏，A Bt比A Bn小；FB-B2~B4梁是弯曲破坏，纵筋疲劳断裂在跨 中区域，ABt比A Bn大。所以，在压磁疲劳测试过程中通过切向与法向可逆压磁场变化的 幅值可以初步判断试验梁的破坏形式。而且我们可以从表五中看出，FB-B1梁得到的最大 A Bt也小于最小A Bn，即也可以得出任意一个A Bt均小于A Bn ;FB-B2~B4梁得到的最 小A Bt也大于最大A Bn，即也可以得出任意一个A Bt均大于A Bn，所以只需要部分的切 向磁场与法相磁场的变化幅值也能初步判断试验梁的破坏形式。
[0075] A Bn (n) = Bnmax (n) -Bnmin (n) (5)
[0076] A Bt (n) = Btmax (n) _Btmin (n) (6)
[0077] 其中式（5)式（6)中，n为循环次数，A B>)为第一磁探头测得的法向磁场的变 化幅值，Bnmax(n)为第一磁探头测得的法相磁场的波峰值；B nmin(n)为第一磁探头测得的 法相磁场的波谷值。ABt(n)为第二磁探头测得的切向磁场变化幅值，B tmax(n)为第二磁 探头测得的法相磁场的波峰值；Btmin(n)为第二磁探头测得的法相磁场的波谷值。
[0078] 如果A Bn(n) > A Bt (n)，则判断钢筋混凝土梁最后会被剪切破坏；
[0079] 如果A Bn(n)〈 A Bt(n)，则判断钢筋混凝土梁最后会被弯曲破坏。
[0080] 金属疲劳过程一般可以分为三个阶段，钢筋混凝土梁的疲劳一般也呈三阶段特 征，统计结果显示第一和第三阶段分别占总寿命的10%左右，第二阶段占80%左右。如图 5所示，为FB-B4梁不同循环次数时的第一曲线，即以一个循环内疲劳试验机测试力为横坐 标而磁探头测得的磁场强度为纵坐标，从图中我们可以明显看出随着循环次数的变大，第 一曲线首尾相连形成的封闭图形的面积在逐渐减小。如图6所示，为以第一曲线首尾相连 形成的封闭图形的面积作为纵坐标而以测试力的循环次数作为横坐标形成一个第三曲线， 从图中可以看出有三个阶段，首先是第一阶段的封闭图形的面积缓缓下降，第二阶段是封 闭图形面积趋于平稳，第三阶段是封闭图形的面积加速下降，直到趋近于零，与金属疲劳过 程相似，所以可以判断出当第三曲线中出现第二次的面积减小速度加快时（即出现第二次 突变时），则表示这个测试力循环的次数对应的时间处于钢筋疲劳过程中的第二阶段与第 三阶段之间，即此时钢筋混凝土梁即将损坏。
[0082] 式（7)中，n为循环次数，m为每一循环的采集点数，BiS每一循环中第i次采集 到的点对应的磁场强度，FiS每一循环中第i次采集到的点对应的力的大小。
【主权项】
1. 一种基于压磁效应的钢筋混凝土结构疲劳测试方法，其特征在于，它包括以下步 骤： (1 )、制备测试用的钢筋混凝土梁，并且测量基础数据； (2) 、将测试装置固定到测试用的钢筋混凝土梁上，且主要包括以下步骤： A、 在钢筋混凝土梁的跨中位置上设置两对盲孔； B、 将两个带磁探头的支撑装置分别固定在两对盲孔上； C、 通过设置在支撑装置上的磁探头支座调整磁探头的高度，使得测探头与钢筋混凝土 梁中的钢筋的中心线对齐； D、 通过磁探头支座调整磁探头的朝向，使其中一个磁探头朝向与钢筋垂直，用于测量 钢筋的法向磁场，称为第一磁探头；另一个磁探头朝向与钢筋平行，用于测量钢筋的切向磁 场，称为第二磁探头； E、 通过支撑装置调整磁探头与钢筋混凝土梁表面之间的距离，使得磁探头与钢筋混凝 土梁表面之间的距离为8-12mm; (3) 、通过疲劳试验机给固定了测试装置的钢筋混凝土梁提供测试力，所述测试力为逐 渐增大然后逐渐减小的循环力； (4) 、采集测试数据、处理测试数据以及得到结论： ① 、钢筋混凝土梁受到来自疲劳试验机的测试力后，磁场会发生改变，磁探头采集磁场 强度信号； ② 、根据采集到的磁场强度以及疲劳试验机的测试力，形成一个以疲劳试验机测试力 为横坐标而磁探头测得的磁场强度为纵坐标的第一曲线，同时形成一个以时间为横坐标而 磁探头测得的磁场强度为纵坐标的第二曲线； ③ 、当测试力在第一个循环时，随着测试力的增加，磁场会有变化，当测试力增加到一 定程度时，第一曲线中的磁场会产生一个突变，此时则表示钢筋混凝土梁在测试力作用下 产生了第一条裂缝； ④ 、测试力在每个循环时都会形成一个第二曲线，每个第二曲线的波峰磁场强度数值 减去波谷磁场强度数值可以得到一个磁场变化幅值，将每个循环中通过第一磁探头测得的 磁场变化幅值与通过第二磁探头测得的磁场变化幅值均取平均值，若第一磁探头测得的磁 场变化幅值的平均值大于第二磁探头测得的磁场变化幅值的平均值，则可判断钢筋混凝土 梁会发生剪切破坏；若第一磁探头测得的磁场变化幅值的平均值小于第二磁探头测得的磁 场变化幅值的平均值，则可判断钢筋混凝土梁会发生弯曲破坏； ⑤ 、计算第一曲线的面积，然后以这个面积作为纵坐标而以测试力的循环次数作为横 坐标形成一个第三曲线，随循环次数增多，则第一曲线的面积越小，当第三曲线中出现第二 次的面积减小速度加快时，表示这个测试力循环的次数对应的时间是钢筋混凝土梁即将损 坏的时间。2. -种如权利要求1所述的测试装置，其特征在于：它包括数据采集装置以及数据处 理装置，所述数据采集装置包括磁探头（1 )、固定在测试用的钢筋混凝土梁（2)上的支撑装 置（3)、设置在支撑装置（3)上用于调节磁探头（1)位置的磁探头支座（4)，所述数据处理装 置包括计算机，所述磁探头（1)与计算机信号连接。
【专利摘要】本发明涉及土木工程中钢筋混凝土结构基本性能研究领域，具体涉及一种基于压磁效应的钢筋混凝土结构疲劳测试方法和装置。通过测试钢筋混凝土结构的磁场强度能明确定义裂纹萌生与扩展阶段、能把握疲劳损伤过程尤其是后期迅速劣化过程且能预估结构疲劳破坏形式。
【IPC分类】G01N3/32
【公开号】CN104931364
【申请号】CN201510300212
【发明人】金伟良, 张军, 左佑, 毛江鸿, 崔磊
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月4日