一种适用于锚具连接器进行疲劳性能测试的装置及其方法与流程

本发明属于测试技术领域，更具体讲涉及一种适用于锚具连接器进行疲劳性能测试的装置及其方法。

背景技术：

随着改革开放的推行，国民经济大幅提升，基础建设也进入快速发展期。在基础建设中，预应力混凝土工程成为主力军，而在预应力混凝土工程中需要广泛使用到锚具连接器，锚具连接器的作用日益突出。尤其是在后张法结构或构件中，为保持预应力筋的拉力、并将拉力传递到混凝土内部，更是离不开锚具连接器。使用在动载荷结构工程中（例如桥梁工程、高铁、地铁等项目）的锚具连接器必须要求具备合格的疲劳性能（标准依据GB/T14370-2015和TB/T3193-2016），因为锚具连接器的疲劳性能关系着工程建设的使用寿命和运行安全性。对我国现役的锚具连接器进行疲劳性能测试，缺乏相应的技术支持及技术手段，相关标准的界定也不明确，在技术上多是借鉴国外、并受制于人。目前，对于锚具连接器进行疲劳性能测试主要是利用疲劳试验机直接连接锚具连接器进行测试，现役的测试方法存在以下缺陷：通用性较差，测试质量不稳定，需要搭建专用的测试平台，测试成本高。因此，探究一种一种适用于锚具连接器进行疲劳性能测试的装置及其方法是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种适用于锚具连接器进行疲劳性能测试的装置及其方法。本发明的测试装置和测试方法通用性高、测试质量稳定、测试成本低、操作简单，为探索应力状态与失效之间的关联提供实时精确的分析数据，为锚具连接器的疲劳性能状态的判定及疲劳寿命的试验研究提供可靠的技术基础和技术服务。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的适用于锚具连接器进行疲劳性能测试的装置包括工字轮状的内部架构，位于所述内部架构两外端面的锚具，用于连接内部架构与疲劳实验机的外连组件，以及与外部监测系统相连接的应变片；所述内部架构是由若干根相同的预张拉支杆通过定位螺栓以均布方式支撑固定在两个结构相同的固定支撑板之间形成的工字轮状结构；所述锚具是由内设若干锥孔的锚板和插嵌在锚板锥孔内的夹片构成，所述夹片的内腔为圆柱孔、外形为圆锥台形结构，所述夹片的圆锥台锥度与锚板的锥孔锥度相同（当锚具受到外在拉力作用时，锥度相同的夹片和锚板通过自锁而实现紧固）；所述外连组件包括上夹板，嵌装在上夹板中心内的夹持柄，支撑在上夹板和固定支撑板之间的限位套，穿装在限位套内腔中、用于连接上夹板和固定支撑板的连接螺栓（外连组件通过连接螺栓、限位套不仅实现了与内部架构的牢固连接，而且也保证了锚具中各钢绞线受力同步和受力均匀；同时外连组件又通过夹持柄与疲劳试验机相连接）。

在本发明中在所述固定支撑板的中心开设有一个钢绞线穿装孔，所述钢绞线穿装孔的内径小于所述锚板的外径（使锚板可以压合在固定支撑板的外端面，预张拉支杆支撑固定支撑板向外传导的支撑力和加载预应力后的钢绞线对锚具产生的向内拉力达到平衡后形成锚具预应力）；环绕钢绞线穿装孔以均布方式开设有数量和规格均与连接螺栓相匹配的螺纹孔；在螺纹孔与钢绞线穿装孔之间的固定支撑板上、环绕钢绞线穿装孔以均布方式开设有若干个用于安装定位螺栓、且留有相对滑动间隙的光孔（光孔可以在进行疲劳测试过程中实现定位螺栓与固定支撑板之间相对的小间隙的自由滑动，避免预张拉支杆反向产生测试阻力，从而保证测试拉力通过钢绞线完全作用于锚具）。

在本发明中所述预张拉支杆的两端均开设有与定位螺栓相匹配的螺纹盲孔（螺纹盲孔与定位螺栓结合后，将预张拉支杆和两端的固定支撑板连接为一个整体，搭建成测试装置的内部架构）。

在本发明中所述上夹板上开设有与连接螺栓相匹配的螺栓穿装光孔。

在本发明中所述上夹板和固定支撑板相对端的端面上均开设有用于限位套定位的内沉凹槽（限位套定位到内沉凹槽中，可以避免测试时旋转剪切力的影响）。

本发明中所述定位螺栓和连接螺栓的数量均为四条（保证受力同步和受力均匀）。

利用本发明的装置对锚具连接器进行疲劳性能测试的方法，所述方法包括下述步骤：

A、预备钢绞线：根据测试装置以及高压加载装置的长度来确定钢绞线的长度，依据疲劳试验机的性能参数来确定钢绞线的数量，并切割所需要的钢绞线；

B、搭建内部架构：先通过四个定位螺栓将四根预张拉支杆的一端与一个固定支撑板进行连接，再通过另外四个定位螺栓将四根预张拉支杆的另一端与另一个固定支撑板进行连接，搭建成工字轮状的内部架构；其中，定位螺栓的螺纹段旋入预张拉支杆端头对应的螺纹盲孔内，定位螺栓可以在光孔内相对固定支撑板进行小间隙的自由滑动（避免预张拉支杆反向产生测试阻力，从而保证测试拉力通过钢绞线完全作用于锚具）；

C、穿装钢绞线：在内部架构中穿装预备好的钢绞线，让所有钢绞线从一个固定支撑板中心所开设的钢绞线穿装孔中穿入、从另一个固定支撑板中心所开设的钢绞线穿装孔中穿出，并使钢绞线的两个端头分别外延伸出固定支撑板的远端端面；

D、锚固钢绞线：首先，在钢绞线外延伸出的两个端头分别套装上锚板，使每根钢绞线的端头均从锚板对应的锥孔中穿过；然后，向每个锥孔中插嵌锥度相同的夹片；接着，通过高压加载装置对钢绞线加载预应力，使夹片与锚板发生自锁，即两端的锚具拉紧，此时的钢绞线紧凑而不松散；随后，卸去高压加载装置、截掉过长的钢绞线（确保钢绞线的长度不触及到后续安置的外连组件中的上夹板）；

E、安装外连组件：首先，将所需的各个连接螺栓预穿在上夹板对应的螺栓穿装光孔中；接着，将各个限位套穿装到对应的连接螺栓上；然后，将各个连接螺栓的端头初步穿入固定支撑板边缘的各个螺纹孔中；紧跟着，调整限位套，使调整限位套的两端分别卡嵌到上夹板和固定支撑板相对端的端面所开设的内沉凹槽中进行定位（可以避免测试时旋转剪切力的影响）；最后，紧固连接螺栓，使连接螺栓的螺纹段与固定支撑板螺纹孔紧密结合，即外连组件牢固地连接在内部架构上；

F、连接疲劳试验机：将疲劳测试装置中的夹持柄固定到疲劳试验机的夹头上；

G、进行疲劳测试：输入测试参数，启动疲劳试验机，开始疲劳测试，观察、记录测试数据，并分析实验结果。

本发明中所述高压加载装置为千斤顶（或其它任意公知的加载装置来实现）。

本发明中对钢绞线加载的所述预应力不超过钢绞线公称极限抗拉力的10%。

本发明的设计原理如下：

本发明通过采用全新的加载方法和装配方法，通过根据需要布置在锚具连接器检测位置处的应变片实时监测应力值、并采集相关数据，来模拟锚具连接器受到动载荷的实际工作状态，所以利用本发明对锚具连接器进行疲劳性能测试所得的测试质量稳定、通用性高；由于本发明不需要搭建专用的测试平台，所以测试成本低、操作简单。因此，利用本发明对锚具连接器进行疲劳性能测试，能够为探索应力状态与失效之间的关联提供实时精确的分析数据，为锚具连接器的疲劳性能状态的判定及疲劳寿命的试验研究提供可靠的技术基础和技术服务。

更进一步讲，预张拉支杆支撑固定支撑板传导向外的支撑力，通过高压加载装置对钢绞线加载预应力实现锚具的向内拉力，锚具的拉力与支撑力达到平衡就形成锚具预应力。设定试验应力、振幅、加载频率、加载速度、循环次数等测试参数后启动疲劳实验机，实验应力通过夹持柄、连接螺栓、限位套、固定支撑传递到锚具上，观察、记录测试数据，并分析实验结果：即在限定的循环次数内锚具是否完好损伤、是否产生变形来判定锚具连接器的疲劳性能状态及疲劳寿命。

本发明的有益技术效果如下：

本发明提供了一种适用于锚具连接器进行疲劳性能测试的装置及其方法。本发明的测试装置和测试方法通用性高、测试质量稳定、测试成本低、操作简单，为探索应力状态与失效之间的关联提供实时精确的分析数据，为锚具连接器的疲劳性能状态的判定及疲劳寿命的试验研究提供可靠的技术基础和技术服务。

附图说明

图1是本发明中测试装置的结构示意图（即图2中的B-B剖面图）。

图2是图1中的A-A剖面图（即固定支撑板的剖面图）。

图3是本发明中测试方法的流程图。

图中序号：1、夹持柄，2、连接螺栓，3、上夹板，4、限位套，5、固定支撑板，5-1、钢绞线穿装孔，5-2、光孔，5-3、螺纹孔，6、夹片，7、锚板，8、钢绞线，9、预张拉支杆，10、定位螺栓，11、内沉凹槽。

具体实施方式

本发明以下结合附图和实施例作进一步描述：

如图1、图2所示，本发明的适用于锚具连接器进行疲劳性能测试的装置包括工字轮状的内部架构，位于所述内部架构两外端面的锚具，用于连接内部架构与疲劳实验机的外连组件，以及与外部监测系统相连接的应变片；所述内部架构是由若干根相同的预张拉支杆9通过定位螺栓10以均布方式支撑固定在两个结构相同的固定支撑板5之间形成的工字轮状结构；所述锚具是由内设若干锥孔的锚板7和插嵌在锚板7锥孔内的夹片6构成，所述夹片6的内腔为圆柱孔、外形为圆锥台形结构，所述夹片6的圆锥台锥度与锚板7的锥孔锥度相同（当锚具受到外在拉力作用时，锥度相同的夹片6和锚板7通过自锁而实现紧固）；所述外连组件包括上夹板3，嵌装在上夹板3中心内的夹持柄1，支撑在上夹板3和固定支撑板5之间的限位套4，穿装在限位套4内腔中、用于连接上夹板3和固定支撑板5的连接螺栓2（外连组件通过连接螺栓2、限位套4不仅实现了与内部架构的牢固连接，而且也保证了锚具中各钢绞线受力同步和受力均匀；同时外连组件又通过夹持柄1与疲劳试验机相连接）。

在本发明中在所述固定支撑板5的中心开设有一个钢绞线穿装孔5-1，所述钢绞线穿装孔5-1的内径小于所述锚板7的外径（使锚板7可以压合在固定支撑板5的外端面，预张拉支杆9支撑固定支撑板5向外传导的支撑力和加载预应力后的钢绞线8对锚具产生的向内拉力达到平衡后形成锚具预应力）；环绕钢绞线穿装孔5-1以均布方式开设有数量和规格均与连接螺栓2相匹配的螺纹孔5-3；在螺纹孔5-3与钢绞线穿装孔5-1之间的固定支撑板5上、环绕钢绞线穿装孔5-1以均布方式开设有若干个用于安装定位螺栓10、且留有相对滑动间隙的光孔5-2（光孔5-2可以在进行疲劳测试过程中实现定位螺栓10与固定支撑板5之间相对的小间隙的自由滑动，避免预张拉支杆9反向产生测试阻力，从而保证测试拉力通过钢绞线8完全作用于锚具）。

在本发明中所述预张拉支杆9的两端均开设有与定位螺栓10相匹配的螺纹盲孔（螺纹盲孔与定位螺栓10结合后，将预张拉支杆9和两端的固定支撑板5连接为一个整体，搭建成测试装置的内部架构）。

在本发明中所述上夹板3上开设有与连接螺栓2相匹配的螺栓穿装光孔。

在本发明中所述上夹板3和固定支撑板5相对端的端面上均开设有用于限位套4定位的内沉凹槽11（限位套4定位到内沉凹槽11中，可以避免测试时旋转剪切力的影响）。

本发明中所述定位螺栓10和连接螺栓2的数量均为四条（保证受力同步和受力均匀）。

利用本发明的装置对锚具连接器进行疲劳性能测试的方法如下（参见图3）：

实施例一

本实施例的方法包括下述步骤：

A、预备钢绞线：准备七根为一组、自由长度大于800mm、规格型号是1×7-15.20-1860的钢绞线8，并切割所需要的钢绞线。

B、搭建内部架构：先通过四个定位螺栓10将四条长度为1m的预张拉支杆9的一端与一个固定支撑板5进行连接，再通过另外四个定位螺栓10将四根预张拉支杆9的另一端与另一个固定支撑板5进行连接，搭建成工字轮状的内部架构；其中，定位螺栓10的螺纹段旋入预张拉支杆9端头对应的螺纹盲孔内，定位螺栓10可以在光孔5-2内相对固定支撑板5进行小间隙的自由滑动。

C、穿装钢绞线：在内部架构中穿装预备好的钢绞线，让所有钢绞线从一个固定支撑板5中心所开设的钢绞线穿装孔5-1中穿入、从另一个固定支撑板5中心所开设的钢绞线穿装孔5-1中穿出，并使钢绞线的两个端头分别外延伸出固定支撑板5的远端端面。

D、锚固钢绞线：首先，在钢绞线外延伸出的两个端头分别套装上锚板7，使每根钢绞线的端头均从锚板7对应的锥孔中穿过；然后，向每个锥孔中插嵌锥度相同的夹片6；接着，通过千斤顶对钢绞线加载预应力，使夹片6与锚板7发生自锁，即两端的锚具拉紧，此时的钢绞线紧凑而不松散；随后，卸去千斤顶、截掉过长的钢绞线。

E、安装外连组件：首先，将所需的各个连接螺栓2预穿在上夹板3对应的螺栓穿装光孔中；接着，将各个限位套4穿装到对应的连接螺栓2上；然后，将各个连接螺栓2的端头初步穿入固定支撑板5边缘的各个螺纹孔5-3中；紧跟着，调整限位套4，使调整限位套4的两端分别卡嵌到上夹板3和固定支撑板5相对端的端面所开设的内沉凹槽11中进行定位；最后，紧固连接螺栓2，使连接螺栓2的螺纹段与固定支撑板5螺纹孔5-3紧密结合，即外连组件牢固地连接在内部架构上。

F、连接疲劳试验机：将疲劳测试装置中的夹持柄1固定到疲劳试验机的夹头上。

G、进行疲劳测试：输入测试参数为试验应力上限值0.7Fptk（Fptk钢绞线8公称极限抗拉力）、振幅0.2Fptk、加载频率5Hz、加载速度50MPa/min、循环次数要求200万次 ，启动疲劳试验机，开始疲劳测试，观察、记录测试数据，并分析实验结果为循环次数200万次锚具完好未损伤、未产生变形、钢绞线8未有断裂。

实施例二

本实施例的方法包括下述步骤：

A、预备钢绞线：准备六根为一组、自由长度大于800mm、规格型号是1×7-15.20-1860的钢绞线8，并切割所需要的钢绞线。

B、搭建内部架构：先通过四个定位螺栓10将四条长度为1m的预张拉支杆9的一端与一个固定支撑板5进行连接，再通过另外四个定位螺栓10将四根预张拉支杆9的另一端与另一个固定支撑板5进行连接，搭建成工字轮状的内部架构；其中，定位螺栓10的螺纹段旋入预张拉支杆9端头对应的螺纹盲孔内，定位螺栓10可以在光孔5-2内相对固定支撑板5进行小间隙的自由滑动。

C、穿装钢绞线：在内部架构中穿装预备好的钢绞线，让所有钢绞线从一个固定支撑板5中心所开设的钢绞线穿装孔5-1中穿入、从另一个固定支撑板5中心所开设的钢绞线穿装孔5-1中穿出，并使钢绞线的两个端头分别外延伸出固定支撑板5的远端端面。

D、锚固钢绞线：首先，在钢绞线外延伸出的两个端头分别套装上锚板7，使每根钢绞线的端头均从锚板7对应的锥孔中穿过；然后，向每个锥孔中插嵌锥度相同的夹片6；接着，通过千斤顶对钢绞线加载预应力，使夹片6与锚板7发生自锁，即两端的锚具拉紧，此时的钢绞线紧凑而不松散；随后，卸去千斤顶、截掉过长的钢绞线。

E、安装外连组件：首先，将所需的各个连接螺栓2预穿在上夹板3对应的螺栓穿装光孔中；接着，将各个限位套4穿装到对应的连接螺栓2上；然后，将各个连接螺栓2的端头初步穿入固定支撑板5边缘的各个螺纹孔5-3中；紧跟着，调整限位套4，使调整限位套4的两端分别卡嵌到上夹板3和固定支撑板5相对端的端面所开设的内沉凹槽11中进行定位；最后，紧固连接螺栓2，使连接螺栓2的螺纹段与固定支撑板5螺纹孔5-3紧密结合，即外连组件牢固地连接在内部架构上。

F、连接疲劳试验机：将疲劳测试装置中的夹持柄1固定到疲劳试验机的夹头上。

G、进行疲劳测试：输入测试参数为试验应力上限值0.7Fptk（Fptk钢绞线8公称极限抗拉力），振幅0.3Fptk，加载频率20Hz，加载速度40MPa/min，循环次数要求200万次，启动疲劳试验机，开始疲劳测试，观察、记录测试数据，并分析实验结果为循环次数200万次锚具完好未损伤、未产生变形、钢绞线8于夹持处328mm断裂两根。

实施例三

本实施例的方法包括下述步骤：

A、预备钢绞线：准备四根为一组、自由长度大于800mm、规格型号是1×7-15.20-1860的钢绞线8，并切割所需要的钢绞线。

B、搭建内部架构：先通过四个定位螺栓10将四条长度为1m的预张拉支杆9的一端与一个固定支撑板5进行连接，再通过另外四个定位螺栓10将四根预张拉支杆9的另一端与另一个固定支撑板5进行连接，搭建成工字轮状的内部架构；其中，定位螺栓10的螺纹段旋入预张拉支杆9端头对应的螺纹盲孔内，定位螺栓10可以在光孔5-2内相对固定支撑板5进行小间隙的自由滑动。

C、穿装钢绞线：在内部架构中穿装预备好的钢绞线，让所有钢绞线从一个固定支撑板5中心所开设的钢绞线穿装孔5-1中穿入、从另一个固定支撑板5中心所开设的钢绞线穿装孔5-1中穿出，并使钢绞线的两个端头分别外延伸出固定支撑板5的远端端面。

D、锚固钢绞线：首先，在钢绞线外延伸出的两个端头分别套装上锚板7，使每根钢绞线的端头均从锚板7对应的锥孔中穿过；然后，向每个锥孔中插嵌锥度相同的夹片6；接着，通过千斤顶对钢绞线加载预应力，使夹片6与锚板7发生自锁，即两端的锚具拉紧，此时的钢绞线紧凑而不松散；随后，卸去千斤顶、截掉过长的钢绞线。

E、安装外连组件：首先，将所需的各个连接螺栓2预穿在上夹板3对应的螺栓穿装光孔中；接着，将各个限位套4穿装到对应的连接螺栓2上；然后，将各个连接螺栓2的端头初步穿入固定支撑板5边缘的各个螺纹孔5-3中；紧跟着，调整限位套4，使调整限位套4的两端分别卡嵌到上夹板3和固定支撑板5相对端的端面所开设的内沉凹槽11中进行定位；最后，紧固连接螺栓2，使连接螺栓2的螺纹段与固定支撑板5螺纹孔5-3紧密结合，即外连组件牢固地连接在内部架构上。

F、连接疲劳试验机：将疲劳测试装置中的夹持柄1固定到疲劳试验机的夹头上。

G、进行疲劳测试：输入测试参数为试验应力上限值0.7Fptk（Fptk钢绞线8公称极限抗拉力），振幅0.2Fptk，加载频率60Hz，加载速度30MPa/min，循环次数要求200万次，启动疲劳试验机，开始疲劳测试，观察、记录测试数据，并分析实验结果为循环次数200万次锚具完好未损伤、未产生变形、钢绞线8未产生断裂。