测定腐蚀钢丝疲劳寿命的试验系统及方法与流程

本发明属于材料疲劳寿命测试领域，具体涉及一种测定腐蚀钢丝疲劳寿命的试验系统及方法。

背景技术：

大跨斜拉桥的斜拉索承担桥梁绝大部分的恒、活载并将其传递给塔柱，拉索寿命基本等同于整桥寿命。悬索桥的主缆承受桥梁的全部荷载，服役期内不可更换，主缆的竖向压力由主索鞍均匀传递给索塔，其寿命基本与桥梁相同。对于长大桥梁锚固支护工程的预应力锚索或锚杆亦直接承受上部荷载并将其传递给基础，其寿命同样绝对全桥寿命。此类缆索或锚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，针对桥梁缆索或锚索的性能劣化和寿命评估多以单一因素作用为主，但对其在腐蚀条件下的疲劳性能的研究和疲劳寿命评估尚未见报道，目前测试钢丝疲劳寿命，一般是对单根钢丝进行疲劳试验，且未考虑腐蚀条件，测试结果偏差较大。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种测定腐蚀钢丝疲劳寿命的试验系统，解决现有疲劳试验不能同时对多根钢丝进行试验的问题，本发明的另一目的是提供一种测定腐蚀钢丝疲劳寿命的试验方法，解决现有技术未对钢丝在不同腐蚀条件下进行疲劳寿命测试评估的问题。

技术方案：本发明的测定腐蚀钢丝疲劳寿命的试验系统，包括多个反力架装置和疲劳试验机，所述多个反力架装置分别通过油路与所述疲劳试验机相连，所述反力架装置包括立柱、斜撑和支座，所述立柱分别通过斜撑与所述支座连接固定，所述立柱一侧连接有千斤顶，所述千斤顶与所述油路连接。

为了将钢丝固定拉直，所述立柱包括第一立柱和第二立柱，所述第一立柱和第二立柱以间隔的方式垂直设置在支座上，所述第一立柱和第二立柱上开设有圆孔，圆孔内安装有锚具以固定千斤顶和钢丝。

为了监控疲劳拉伸过程中对钢丝施加力的大小，所述千斤顶上设置有传感器。

测定腐蚀钢丝疲劳寿命的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：将钢丝放入腐蚀容器进行周浸腐蚀，得到不同腐蚀程度的钢丝；

步骤二：将不同腐蚀程度的钢丝通过锚具固定在不同的反力架装置里两个立柱之间；

步骤三：通过疲劳试验机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，绘制不同腐蚀程度的钢丝的s-n曲线。

1、有益效果：本发明可以对腐蚀条件下构件疲劳寿命的进行定量评估，以传统疲劳机为基础，通过向多组截面面积不等的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。同时，通过设置多组反力架，实现了不同腐蚀程度的钢丝同步进行疲劳试验的情形，缩短了试验时间。

附图说明

图1为本发明正面示意图；

图2为本发明俯视示意图；

图3为本发明的反力架正面示意图；

图4为本发明的腐蚀容器侧面示意图；

图5为不同腐蚀程度的钢丝的s-n曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步说明。1

如图4所示，腐蚀容器12是由塑料制成的透明方体箱，箱子顶部可拆卸，箱子一侧壁上带有水阀13，箱子底部内侧附有支架11用于安放钢丝6，通过打开箱子的顶部进行腐蚀溶液的注入，通过控制水阀13来完成腐蚀溶液的释放，从而满足周浸腐蚀规范的要求。如图3所示，反力架是由钢板焊接而成，包括立柱5、斜撑10和支座4，立柱5分别通过斜撑10与支座4连接固定，立柱5一侧连接有千斤顶1，千斤顶1与油路2连接，立柱5的数量为两个，两个立柱以间隔的方式垂直设置在支座4上，立柱5留有圆孔来连接锚具7，锚具7用于固定千斤顶1及钢丝6，千斤顶1上还设置有传感器8。

为了测试不同腐蚀程度的钢丝的疲劳寿命，首先需制作多个腐蚀容器来满足同种腐蚀浓度下不同应力幅钢丝的腐蚀，同时，也要满足不同腐蚀条件下多组钢丝的腐蚀，每根钢丝的腐蚀时间应与其疲劳应力幅值相对应，接着使用钢材制作出符合强度满足尺寸的反力架，然后将液压千斤顶与疲劳试验机结合，如图1和图2所示，与疲劳机相连的液压千斤顶1通过油路2分流后，连接至两个疲劳反力架系统，每支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9以用来处理漏油等情况，各液压千斤顶通过锚具7与反力架绑定，同时液压千斤顶的另一端连有传感器8；通过控制疲劳机的液压系统向各千斤顶施加液压，液压带动千斤顶做往返运动，同时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；钢丝腐蚀完成后进行清洗，通过锚具将不同腐蚀程度的钢丝分别从连有液压千斤顶的一侧穿进，再与另一侧的锚具相连，保证连接处夹头不松动，控制疲劳试验机的液压系统向各油路输送液压，液压带动不同截面面积的千斤顶来施加不同的交变荷载，从而实现多试样的同步疲劳。

最后，记录整个实验过程中的所有数据：利用液压千斤顶施加于各根钢丝的交变应力幅值、腐蚀溶液的浓度、ph值；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，绘制出不同腐蚀程度的s-n曲线图，将两组不同腐蚀程度下的s-n曲线图与无腐蚀的s-n曲线图进行对比，结果如图5所示，图中曲线3表示未腐蚀的s-n曲线，曲线1和2分别表示腐蚀较深和较浅的s-n曲线，由图可知腐蚀对钢丝的疲劳破坏具有促进作用，腐蚀程度越深钢丝越容易被破坏，故可知腐蚀疲劳耦合作用下较单独疲劳下的钢丝寿命更短，足以说明桥梁真实服役条件下更易发生破坏，需要进行及时的监测及防腐蚀处理。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种测定腐蚀钢丝疲劳寿命的试验系统，包括多个反力架和疲劳试验机，所述多个反力架分别通过油路与所述疲劳试验机相连，所述反力架包括立柱、斜撑和支座，所述立柱分别通过斜撑与所述支座连接固定，所述立柱一侧连接有千斤顶，所述千斤顶与所述油路连接。本发明可以对腐蚀条件下构件疲劳寿命的进行定量评估，以传统疲劳机为基础，通过向多组截面面积不等的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。同时，通过设置多组反力架，实现了不同腐蚀程度的钢丝同步进行疲劳试验的情形，缩短了试验时间。

技术研发人员：王莹;张文辉;吴佰建
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2017.07.11
技术公布日：2017.10.24