预应力筋的疲劳-应力松弛测试装置

摘要

本发明的预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置包括：左锚具、左侧板、支撑杆、右侧板和右锚具，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，其两端分别通过左锚具和右锚具固定在左侧板和右侧板上，它还包括：至少一个加载支架和千斤顶，加载支架包括：拉杆、上拉板、中间板、挡块和下拉板，至少三根拉杆的一端固定在下拉板上，三根拉杆的另一端穿过中间板固定在上拉板上，中间板固定在其中二根支撑杆上，千斤顶放置在中间板上，其上端顶住上拉板，下拉板放置在待测筋的下方，在下拉板上装有两块挡块，待测筋被卡在两块挡块和下拉板之间，本发明实现了考虑服役荷载作用下的预应力筋松弛测试。

权利要求

1.一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，它包括：左锚具(1)、左侧板(2)、支撑杆(3)、右侧板(5)和右锚具(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(15)穿过左侧板(2)和右侧板(5)，其两端分别通过左锚具(1)和右锚具(6)固定在左侧板(2)和右侧板(5)上，其特征在于：它还包括：至少一个加载支架(16)、千斤顶(4)、数据采集仪(12)、力传感器(13)和应力传感器(14)，加载支架(16)包括：拉杆(7)、上拉板(8)、中间板(9)、挡块(10)和下拉板(11)，至少三根拉杆(7)的一端固定在下拉板(11)上，三根拉杆(7)的另一端穿过中间板(9)固定在上拉板(8)上，中间板(9)固定在其中二根支撑杆(3)上，千斤顶(4)放置在中间板(9)上，其上端顶住上拉板(8)，下拉板(11)放置在待测筋(15)的下方，在下拉板(11)上装有两块挡块(10)，待测筋(15)被卡在两块挡块(10)和下拉板(11)之间，在左锚具(1)与左侧板(2)之间和右锚具(6)与右侧板(5)之间分别装有应力传感器(14)，在千斤顶(4)的上端与上拉板(8)之间装有力传感器(13)，力传感器(13)和应力传感器(14)分别通过导线与数据采集仪(12)相连。

2.如权利要求1所述的预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其特征在于：所述支撑杆(3)的两端分别均匀地固定在左侧板(2)和右侧板(5)的周边上。

3.如权利要求2所述的预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其特征在于：所述中间板(9)固定在待测筋(15)上方的支撑杆(3)上。

4.如权利要求3所述的预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其特征在于：所述中间板(9)通过紧固件固定在支撑杆(3)上。

5.如权利要求4所述的预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其特征在于：所述数据采集仪(12)具有可视化显示端。

6.如权利要求5所述的预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其特征在于：所述千斤顶(4)为液压千斤顶或机械千斤顶。

7.如权利要求6所述的预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其特征在于：所述待测筋(15)为高强钢丝、钢绞线、钢筋或碳纤维筋。

说明书

预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置

技术领域

[0001] 本申请涉及了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‑应力松弛测试装置。

背景技术

[0002] 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，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。不考虑服役荷载对预应力筋的松弛加速
作用，会导致损失分析低估，造成结构设计偏不安全的后果。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，预测结构长期性能，
是必不可少的。

[0003] 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，或者，采用轴向拉伸的方式进行疲劳加载。仅施加预应力而不考虑服役荷载的测试只考虑时间的单一变
量，测试结果不准确。轴向疲劳拉伸的试验，通过轴向作用模拟服役荷载，这与服役实际状
态不符合，测试结果不准确，且轴向疲劳拉伸试验机一般造价昂贵，单台疲劳试验机价格达
数十万元。此外，由于疲劳试验机的应力松弛试验周期较长(120h～1000h)，受价格限制，试
验室难以实现多台仪器同时测试，单台仪器进行多工况的疲劳应力松弛测试耗费大量的时
间精力，且在等待过程中，钢筋材料因环境问题产生的性能变化难以考量，无法消除储存等
待期间钢筋等材料的锈蚀或其他因素对松弛性能的影响。

发明内容

[0004] 本申请的发明目的是解决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，而提出了一种模拟实际服役状态下的预应力筋疲劳‑应力松弛测试装置，
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或不足的问
题，以小成本实现预应力筋服役状态松弛性能的试验研究，推动相关研究的发展，减少因松
弛损失分析不足导致的结构性能分析偏不安全的情况。

[0005] 为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

[0006] 本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，它包括：左锚具、左侧板、支撑杆、右侧板和右锚具，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，其两端分别通过左锚具和右锚具固定在左侧板和右侧板上，其中：它还包
括：至少一个加载支架和千斤顶，加载支架包括：拉杆、上拉板、中间板、挡块和下拉板，至少
三根拉杆的一端固定在下拉板上，三根拉杆的另一端穿过中间板固定在上拉板上，中间板
固定在其中二根支撑杆上，千斤顶放置在中间板上，其上端顶住上拉板，下拉板放置在待测
筋的下方，在下拉板上装有两块挡块，待测筋被卡在两块挡块和下拉板之间。

[0007] 本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其中：它还包括：数据采集仪、力传感器和应力传感器，在左锚具与左侧板之间和右锚具与右侧板之间分别装有应力传感
器，在千斤顶的上端与上拉板之间装有力传感器，力传感器和应力传感器分别通过导线与
数据采集仪相连。

[0008] 本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其中：所述支撑杆的两端分别均匀地固定在左侧板和右侧板的周边上。

[0009] 本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其中：所述中间板固定在待测筋上方的支撑杆上。

[0010] 本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其中：所述中间板通过紧固件固定在支撑杆上。

[0011] 本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其中：所述数据采集仪具有可视化显示端。

[0012] 本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其中：所述千斤顶为液压千斤顶或机械千斤顶。

[0013] 本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，其中：所述待测筋为高强钢丝、钢绞线、钢筋或碳纤维筋。

[0014] 本发明的预应力筋疲劳‑应力松弛测试装置用于将待测预应力筋、加载与测试设备固定于相对位置，同时为预应力筋的提供张拉锚固；加载部件用于给预应力筋施加正交
向往复力作用，或者模拟弯起钢筋，在相应位置施加固定的正交荷载；应力传感器和力传感
器用于测量预应力筋端部的应力变化时程和正交加载力值数据；数据采集仪用于记录力传
感器和应力传感器采集到的数据值。

[0015] 本发明预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置，右锚具和左锚具可保证待测筋具有一定预应力，在测试期间的应变稳定且可为正交加载提供固定支撑；加载部件即千斤顶为
待测预应力筋提供正交加载、多点加载和弯起钢筋模拟；传感器实现了物理量的测量，数据
采集仪用于应力和加载力的实时数据采集，数据采集仪内具有可视化显示端，为长期试验
提供随时可看的检查准备。

[0016] 本发明预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置实现了如下技术效果：可以对具有预应力的高强钢丝、钢绞线、钢筋，以及新型碳纤维筋等存在应力松弛现象的材料进行正交加
载模拟测试，实现了在服役状态荷载下作用的应力松弛测试，从而获得更准确的松弛发展
规律，指导设计规范，提高结构长期性能预测的准确性。与传统常规应力测试方法相比，本
发明实现了在测试中对服役状态的正交荷载作用的考虑，大大的提高了测试结果与实际工
程的吻合度。与MTS810等材料疲劳机相比，本发明一方面施加了正交荷载，与实际工程吻合
度更高，另一方面，大幅降低造价。由于造价低廉，试验室具备配置多台试验机的客观条件，
能够实现同时开展多加载工况的正交疲劳‑松弛测试，避免了钢筋材料在测试等待期的性
能变化造成的测试不准确，也为大量的开展工况测试提供了可能性。

附图说明

[0017] 图1为本发明的预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置。

[0018] 在图1中，标号1为左锚具；标号2为左侧板；标号3为支撑杆；标号4为千斤顶；标号5为右侧板；标号6为右锚具；标号7为拉杆；标号8为上拉板；标号9为中间板；标号10为挡块；
标号11为下拉板；标号12为数据采集仪；标号13为力传感器；标号14为应力传感器；标号15
为待测筋；标号16为加载支架。

具体实施方式

[0019] 如图1所示，本发明的一种预应力筋的疲劳‑应力松弛测试装置包括：左锚具1、左侧板2、支撑杆3、右侧板5、右锚具6、加载支架16、千斤顶4、数据采集仪12、力传感器13和应
力传感器14，左侧板2和右侧板5分别被固定在四根支撑杆3的两端，四根支撑杆3的两端分
别均匀地固定在左侧板2和右侧板5的周边上，待测筋15穿过左侧板2和右侧板5，其两端拉
伸后分别通过左锚具1和右锚具6固定在左侧板2和右侧板5上，在左锚具1与左侧板2之间和
右锚具6与右侧板5之间分别装有应力传感器14，待测筋15为高强钢丝、钢绞线、钢筋或碳纤
维筋。

[0020] 加载支架16包括：拉杆7、上拉板8、中间板9、挡块10和下拉板11，至少三根拉杆7的一端固定在下拉板11上，三根拉杆7的另一端穿过中间板9固定在上拉板8上，中间板9通过
紧固件固定在待测筋15上方的支撑杆3上，千斤顶4放置在中间板9上，千斤顶4为液压千斤
顶或机械千斤顶，其上端顶住上拉板8，下拉板11放置在待测筋15的下方，在下拉板11上装
有两块挡块10，待测筋15被卡在两块挡块10和下拉板11之间。在千斤顶4的上端与上拉板8
之间装有力传感器13，力传感器13和应力传感器14分别通过导线与数据采集仪12相连。数
据采集仪12具有可视化显示端。

[0021] 如图1所示，经过张拉设备对待测筋15进行张拉后，其两端分别通过左锚具1和右锚具6固定在左侧板2和右侧板5上，左锚具1和右锚具6中的应力通过导线传递给数据采集
仪12，用于实时测量应力变化。

[0022] 将加载支架16固定在支撑杆3上，待测筋15被卡在两块挡块10和下拉板11之间，千斤顶4放置在中间板9和上拉板8之间，千斤顶4顶住上拉板8，对千斤顶4进行加载，千斤顶4
的上端顶起上拉板8，拉杆7带动下拉板11对待测筋15施加向上的荷载，用来模拟对具有预
应力的待测筋15施加跨中位置荷载作用。卸载时，加载千斤顶4卸载使得下拉板11下降，从
而逐渐脱离待测筋15，给待测筋15卸载。

[0023] 力传感器13用来测量千斤顶4加载力的值，应力传感器14用于测量待测筋15的预应力，数据采集仪12根据所测得的力值大小控制着千斤顶4进行继续加载、暂停或卸载。

[0024] 需要说明的是，加载支架16在支撑杆3上的位置上可移动的，在实际使用中，跨中加载或者偏载或者多点加载均可以通过调整加载支架16的位置和数量实现。

[0025] 数据采集仪12实时记录力传感器13和应力传感器14得到的数据值，可选取1min，2min，5min，10min等数据点的应力数据绘制时间轴的应力松弛发展曲线。

[0026] 需要说明的是，数据采集仪12可记录全部的应力时程数据，但是由于应力松弛的试验时间一般较长(120h～1000h)，本实施例在数据采集仪12中设置了用于绘制应力松弛
发展曲线的部分时间节点，在实际使用中，数据采集仪12可实现实时数据的全时程曲线绘
制。

[0027] 在数据采集仪12中包括数据内处理系统，它用来将力传感器13和应力传感器14传来的数据进行粗处理，根据初始设定，选择阶段性的时间点绘制不同时间轴的应力松弛发
展曲线，或根据实时数据绘制实时的应力松弛曲线。数据采集仪12上的显示屏幕用来切换
显示不同时间轴的应力松弛、正交荷载力曲线或数据，用于实时查看，以便于检查是否出现
错误或调整正交加载力。

[0028] 需要说明的是，千斤顶4既可以对待测筋15施加循环作用的疲劳荷载，也可以根据需要，在某一位置固定长期施加某一荷载值，模拟恒载或弯起钢筋。

[0029] 以上所述仅为本发明的优选实施例，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。