湿热环境与动载荷耦合作用下的力学测试方法技术

本发明专利技术公开了一种湿热环境与动载荷耦合作用下的力学测试方法，主要包括以下步骤：（1）制定环境温度和环境湿度，环境温度的变化范围为0℃~60℃；环境湿度的变化范围为65%~98%；环境温度和环境湿度呈周期性同步变化；（2）设定车辆载荷谱及编制实验谱；（3）在步骤（1）、（2）耦合的环境下对被测试件进行力学性能测试。采用本发明专利技术的力学测试方法，能够实现湿热环境与动载的耦合作用下材料和构件的力学性能测试；能够真实地模拟呈周期性变化的湿热环境；能够真实地模拟桥梁所承受的车辆载荷等随机载荷，并能实现湿热环境与随机载荷的耦合作用下材料和构件的疲劳/耐久性测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及力学、土木、机械、船舶与海洋工程和交通运输工程，具体涉及一种。
技术介绍
湿热环境对于钢结构和钢筋混凝土(RC)结构的疲劳性能、耐久性及服役寿命具有重要的影响。为了探明湿热环境对于钢结构和RC结构的疲劳性能及耐久性的影响机理，在服役条件下结构疲劳/耐久性的仿真测试是必须的。目前，在湿热环境下的疲劳/耐久性测试方法有恒温-恒湿测试、温度-湿度循环测试、水浸老化等。然而，这些现有测试方法都无法模拟或再现受力构件的实际服役条件，具体表现为1)现有测试方法都是先将试件放置于设定的环境内进行老化处理，然后将试件取出，在室温、大气条件下实施动静载测试，以测定其力学性能等的变化。这样的测试无法考虑实际服役环境与载荷的耦合作用，与承载构件的工作条件相差甚远；2)现有测试条件与构件所处的实际服役环境相差较远，没有考虑或很少考虑环境的变化尤其是周期变化。即使是考虑周期变化，但在每一周期内，对温度和湿度的设定都是恒值；3)动载测试未见报道，更没有考虑桥梁结构所承受的车辆载荷等随机载荷的作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有湿热环境下材料与结构疲劳/耐久性测试方法的不足，提供一种。为各种材料与结构的湿热环境疲劳/耐久性研究提供测试方法。本专利技术的目的通过下述技术方案来实现，一种，包括以下步骤(1)制定环境温度和环境湿度；环境温度的变化范围为0°c 60°C；环境湿度的变化范围为659Γ98% ；环境温度和环境湿度呈周期性同步变化；(2)设定车辆载荷谱及编制实验谱；(3)在步骤(1)、(2)耦合的环境下对试件进行力学性能测试。所述环境温度和环境湿度的周期为1个月 12个月。本专利技术的湿热环境模拟是指亚热带地区外建筑物所处的呈周期性变化的湿热环境的模拟；其中环境温度和环境湿度的变化曲线是通过对实测的温度、湿度数据进行拟合得到的，步骤(1)所述的环境温度和环境湿度是由设置在定制的环境模拟系统控制器内的仿真软件来实现的。步骤(2)的车辆载荷谱是通过对采集的桥梁所受车辆载荷数据进行统计分析、再进行载荷谱模拟后得到；车辆载荷是随机载荷，随机过程是非高斯平稳过程。本专利技术的随机载荷的模拟是指桥梁所受车辆荷载的数据采集及统计分析、车辆载荷谱的模拟。即先采集桥梁所受车辆载荷的数据，继而对所采集的数据记性统计分析，得到车辆载荷谱的威布尔分布图和功率密度函数，最后根据车辆载荷谱的概率分布密度函数和功率谱密度函数，采用FFT方法和“分布变换”的方法，可较高精度地模拟出车辆载荷谱。步骤(2)所述的实验谱通过试验机自带的微机进行模拟和控制，或通过其它计算机模拟后输入到试验机的控制系统中。本专利技术为了能使试验系统按照载荷谱顺利实现加载，并能最大限度地减少测试时间，需要对车辆载荷谱作一些处理，即对车辆载荷谱进行编制a)删除过小的载荷；b)去掉车辆载荷谱中的过大载荷。所述车辆载荷的频率范围为广10Hz。本专利技术的湿热环境与动载耦合作用的仿真测试方法是指变化缓慢的湿热环境与频率较高的动载的耦合作用下材料和构件的力学性能测试方法。本专利技术的测试方法可用于桥梁、机械、船舶、海洋平台、管道等构造物的混凝土、复合材料和金属(含合金)等材料及构件的力学性能测试。本专利技术与现有测试方法相比，具有以下优点(1)能够实现湿热环境与动载的耦合作用下材料和构件的力学性能测试；(2)能够真实地模拟呈周期性变化的湿热环境；(3)能够真实地模拟桥梁所承受的车辆载荷等随机载荷，并能实现湿热环境与随机载荷的耦合作用下材料和构件的疲劳/耐久性测试。附图说明图1为广东地区桥梁的工作温度， 图2为广东地区桥梁的工作湿度，图3为折算后的车流量时间序列， 图4为车辆载荷的威布尔分布拟合曲线， 图5为车辆载荷的功率谱密度函数， 图6为数值模拟的载荷序列， 图7为广东地区桥梁的湿热工作环境曲线， 图8为广州地区的气温， 图9为广州地区的相对湿度， 图10为恒幅疲劳载荷谱。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。实施例1 广东地区湿热环境下钢筋混凝土(RC)桥梁构件的耐久性测试方法。(1)测试材料及试件试件材料为C50混凝土，受拉钢筋为Φ10的II级光圆钢筋；试件为三点弯曲梁，其尺寸为长 1850 X 宽 100X 高 200mm ； (2)湿热环境及模拟根据实测数据可知，广东地区横跨江河的桥梁最高工作温度为50°C，最低工作温度为 5°C，如图1所示。对图1的数据进行拟合，可得到桥梁的工作温度曲线方程，并作为模拟目标函数。工作温度的变化周期取为1年，其模拟由设置在定制的环境模拟系统控制器内的仿真软件来实现。同理，广东地区桥梁的最高相对湿度为98%，最低相对湿度为70%，如图2所示。对图2的数据进行拟合，可得到桥梁的工作湿度曲线方程，并作为模拟目标函数。湿度的变化周期也取为1年，其模拟也由设置在定制的环境模拟系统控制器内的仿真软件来实现。(3)车辆载荷的模拟及实验谱的编制 1)车辆载荷的数据采集及预处理图3是从广州地区某高速公路连续1个月采集到的车流量数据中任意抽出1周时间的数据，经过抽样容量的确定、无效数据的取舍、等效损伤折算等处理后所得到的车流量时间序列。2)车辆载荷序列的统计特性统计分析结果表明a)该高速公路的车流量时间序列中，日车辆载荷的平均值和变异系数变化不大，说明该高速公路在短期内的车辆载荷是平稳的，即车辆载荷这一随机过程属于平稳的随机过程；b)车辆载荷谱服从2参数的威布尔分布，如图4所示；c)车辆载荷谱的功率谱密度函数如图5所示。3)车辆载荷谱的模拟对于服从威布尔分布(非高斯分布)的车辆载荷谱的模拟，已提出了较成熟的模拟方法，即根据车辆载荷谱的概率分布密度函数和功率谱密度函数，采用FFT方法和“分布变换”的方法，可较高精度地模拟出车辆载荷谱，如图6所示。4)实验谱的编制为了能使试验系统按照载荷谱顺利实现加载，并能最大限度地减少测试时间，需要对上述模拟谱作一些处理，即对车辆载荷谱进行编制a)删除过小的载荷；b)去掉模拟谱中的过大载荷。另外，由《公路桥梁涵洞设计规范》规定的技术指标，确定桥梁的载荷设计等级和相应的载荷设计值，再按照试件的类型，由等效弯矩换算出试件的载荷值。实验谱中载荷循环次数的计算方法，可采用雨流计数法。(4)测试装置为了能按照以上测试方法实现周期变化的湿热环境与车辆载荷耦合作用下的构件耐久性测试，需要集成和构建相应的测试平台。该测试平台可以分为以下三部分 1)改进的MTS试验系统为了实现车辆随机载荷对试件的作用，在MTS810试验系统的基础上，搭载了一个能够实时模拟车辆随机载荷并能控制MTS试验机的CPU，并安装了能承载环境箱和试件的工作D ο2)环境模拟系统为了满足工作温度和相对湿度的周期性变化的要求，定制了 SDH4036L型低温湿热试验装置(环境模拟系统)。该装置的主要技术指标如下a)温度范围(可调)-40°C +100°C；温度波动度士 1°C ；b)升降温速率·》30C/min (0°C 100°C范围内)；c)湿度范围(任意一点可恒定)68%R · H 98% R · H ；湿度波动度士2% R · H ；d)湿度变化速率0.5% R · H/min。)其它配套的仪器设备除了上述两大系统外，本耐久性测试系统中还配备了数据测试及处理用的其它仪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄培彦，周昊，郑小红，郭馨艳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：