用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置及疲劳性能评价方法制造方法及图纸

一种用于纤维杆体的拉‑拉疲劳测试装置及疲劳性能评价方法，属于土木工程技术领域。本发明专利技术解决了现有的技术中缺少对纤维增强复合材料杆体的拉‑拉疲劳测试的研究，导致极大的限制了纤维复合材料杆体在桥梁斜拉索和地锚等中的应用，阻碍了新材料和新结构在土木工程中的应用和发展的问题。纤维杆体竖向设置且其上部和下部分别通过锚具锚固，应变传感器及温度传感器的数量均为若干个，且分别粘贴在纤维杆体的表面，压电传感器分别粘贴在纤维杆体的两端，位移传感器平行于纤维杆体设置，固定装置包括两个上下平行布置的定位板，且两个所述定位板均固设在两个锚具之间的纤维杆体上，位移传感器的上部与纤维杆体之间通过一个定位板固接。

Tension tension fatigue testing device and fatigue performance evaluation method for fiber rod

The utility model relates to a tension tension fatigue testing device for a fiber rod body and a fatigue performance evaluation method, belonging to the technical field of civil engineering. The invention solves the problem that the existing technology lacks the research on the tension-tension fatigue test of the fiber-reinforced composite rod body, which greatly limits the application of the fiber-reinforced composite rod body in the bridge cable, the ground anchor and the like, and hinders the application and development of the new material and the new structure in the civil engineering. The fiber rod body is vertically arranged and its upper part and lower part are respectively anchored by anchorages. The number of strain sensors and temperature sensors are several, and they are respectively pasted on the surface of the fiber rod body. The piezoelectric sensors are pasted on both ends of the fiber rod body, and the displacement sensors are arranged parallel to the fiber rod body. The fixing device includes two locating plates arranged in parallel up and down, and the two said positioning plates The positioning plates are all fixed on the fiber rod body between the two anchors, and the upper part of the displacement sensor and the fiber rod body are fixed by a positioning plate.

【技术实现步骤摘要】
用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置及疲劳性能评价方法
本专利技术涉及一种用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置及疲劳性能评价方法，属于土木工程

技术介绍
土木工程中钢筋混凝土结构的寿命主要取决于合理的设计与合适的施工材料，这两方面存在任何缺陷都将导致结构性能提前退化。当传统的钢筋混凝土结构长期服役于土木工程环境中，由于应用环境中不可避免的面临温度、湿度、液态压力、水(雪)、冻融、酸雨、混凝土渗透液、河水(海水)侵蚀、紫外照射以及动静荷载长期作用等老化环境，从而引起钢筋混凝土结构出现承载力下降、混凝土开裂及钢筋锈蚀等，对结构的正常使用造成威胁。对于性能退化的结构采取全部重建的做法是不可行的，维持结构处于安全工作状态的有效方法是对其进行加固与修复，以确保其可以正常使用。近年来，纤维增强树脂复合材料以其诸多优势，如轻质、高强度、高刚度、易加工性和可操作性以及优越的耐疲劳性能和腐蚀性能而备受广泛的关注，逐渐的应用在土木工程领域作为替代钢材、木材的主要材料。通过成熟的拉挤工艺，可制备不同形状的纤维复合材料制品，如板材、筋材和杆体。目前，土木工程中常用的纤维复合材料杆体形式主要包括混凝土内受力筋、体外预应力筋、桥梁斜拉索和地锚等。当复合材料杆体应用于上述结构中，反复循环荷载(如交通荷载和风荷载)的长期作用将导致复合材料杆体发生疲劳损伤甚至破坏。纤维树脂复合材料的疲劳性能与纤维的组成、结构、树脂基体类型以及生产工艺有关，其疲劳破坏机理较为复杂，目前尚未达成统一的共识。疲劳破坏过程可能包括树脂基体开裂、纤维树脂界面脱粘与分层及碳纤维的断裂。一些学者认为复合材料的破坏与纤维有关，其破坏伴随着纤维的大量断裂，且纤维、树脂类型以及取向分布对其疲劳性能影响较小；其他人则认为复合材料的疲劳性能与树脂基体性能密切相关，如树脂的粘弹性以及韧性。此外，纤维/树脂界面的脱粘也是影响复合材料疲劳性能的重要因素之一。综上分析可知：纤维复合材料的疲劳性能较为复杂，目前对其疲劳破坏机理尚未达成统一共识，仍需进一步深入研究(如大直径及混杂复合材料的疲劳寿命、疲劳破坏机理及疲劳破坏模型)，这对于确保其在土木工程中的安全使用具有至关重要作用。目前关于纤维增强复合材料杆体的拉-拉疲劳测试装置及疲劳性能评价方法的研究较少，且关于复合材料的疲劳性能测试方法及疲劳破坏机理的评价方法及尚未达成统一，这极大限制了纤维复合材料杆体在桥梁斜拉索和地锚等中的应用，阻碍了新材料和新结构在土木工程中的应用和发展。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术中缺少对纤维增强复合材料杆体的拉-拉疲劳测试的研究，导致极大的限制了纤维复合材料杆体在桥梁斜拉索和地锚等中的应用，阻碍了新材料和新结构在土木工程中的应用和发展的问题，进而提供了一种用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置及疲劳性能评价方法。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置，它包括固定装置、位移传感器、压电传感器、应变传感器、温度传感器及锚具，所述锚具的数量为两个，纤维杆体竖向设置且其上部和下部分别通过锚具锚固，应变传感器及温度传感器的数量均为若干个，且分别粘贴在纤维杆体的表面，压电传感器的数量为两个，且分别粘贴在纤维杆体的两端，位移传感器平行于纤维杆体设置，所述固定装置包括两个上下平行布置的定位板，且两个所述定位板均固设在两个锚具之间的纤维杆体上，位移传感器的上部与纤维杆体之间通过一个定位板固接，位移传感器的下端搭设在另一个定位板上。进一步地，纤维杆体的两端部分别突出锚具1～2cm。进一步地，定位板与纤维杆体之间设置垫层。进一步地，每个定位板均包括两个相对设置的半板，且两个所述半板通过若干螺栓固接，其中每个定位板的两个半板上均相对开设有两个第一凹槽，两个定位板对应通过四个第一凹槽夹设在纤维杆体上，一个定位板的两个半板上还相对开设有两个第二凹槽，所述位移传感器夹设在两个第二凹槽之间。进一步地，若干应变传感器及若干温度传感器分别均匀的粘贴在纤维杆体上。采用上述用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置的疲劳性能评价方法，它包括如下步骤：步骤一、将纤维杆体切割至所需测试的长度，然后采用胶水将应变传感器及温度传感器分别粘贴至纤维杆体的表面，将两个压电传感器分别粘贴至纤维杆体的两端；步骤二、当胶水固化后，采用锚具对纤维杆体进行锚固，且确保纤维杆体的两端露出锚具；步骤三、将两个锚具分别安装至疲劳试验机的上夹头与下夹头处；步骤四、采用固定装置将位移传感器固定至纤维杆体表面；步骤五、通过导线将位移传感器、应变传感器、温度传感器及压电传感器分别连接数据采集仪；步骤六、开启疲劳试验机对纤维杆体施加疲劳循环荷载，直至纤维杆体发生疲劳破坏或疲劳循环次数超过两百万次后停止试验。进一步地，当纤维杆体在不同应力水平下发生疲劳破坏，其疲劳寿命记作Nf，由此获得纤维杆体的疲劳寿命曲线(S-N曲线)按下式计算：logNf＝A+Blog(σ/σUTS)其中：Nf为杆体的疲劳寿命，A和B为材料参数，σ为杆体的疲劳应力，σUST为纤维杆体的极限拉伸强度。进一步地，当纤维杆体在不同应力水平下发生疲劳破坏，其刚度变化按下式公式进行计算：SM(N)＝(Fmax(N)-Fmin(N))/(smax(N)-smin(N))其中：SM(N)为纤维杆体在第N个疲劳循环下的刚度，Fmax(N)为纤维杆体在第N个疲劳循环下的荷载上峰值，Fmin(N)为纤维杆体在第N个疲劳循环下的荷载下峰值，smax(N)为纤维杆体在第N个疲劳循环下的位移上峰值，smin(N)为纤维杆体在第N个疲劳循环下的位移下峰值。本专利技术与现有技术相比具有以下效果：通过固定装置将位移传感器固定至纤维杆体表面，实现对纤维杆体在疲劳过程中变形的有效监测，进一步获得纤维杆体的疲劳刚度变化，且适用于不同直径的纤维杆体。通过应变传感器及温度传感器能够获得纤维杆体在疲劳过程中的应力分布及疲劳导致的摩擦生热，对揭示锚具的锚固机理及纤维杆体的应力传递机理具有重要作用。通过压电传感器分析疲劳过程中声波在纤维杆体内传递的能量损耗，获得疲劳裂纹生成、扩散过程，可揭示纤维杆体的疲劳破坏机理。且本申请结构简单，适用范围广泛。附图说明图1为本专利技术的主视示意图；图2为一个定位板的俯视示意图；图3为另一个定位板的俯视示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置，它包括固定装置、位移传感器1、压电传感器2、应变传感器3、温度传感器4及锚具5，所述锚具5的数量为两个，纤维杆体100竖向设置且其上部和下部分别通过锚具5锚固，应变传感器3及温度传感器4的数量均为若干个，且分别粘贴在纤维杆体100的表面，压电传感器2的数量为两个，且分别粘贴在纤维杆体100的两端，位移传感器1平行于纤维杆体100设置，所述固定装置包括两个上下平行布置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置，其特征在于：它包括固定装置、位移传感器(1)、压电传感器(2)、应变传感器(3)、温度传感器(4)及锚具(5)，所述锚具(5)的数量为两个，纤维杆体(100)竖向设置且其上部和下部分别通过锚具(5)锚固，应变传感器(3)及温度传感器(4)的数量均为若干个，且分别粘贴在纤维杆体(100)的表面，压电传感器(2)的数量为两个，且分别粘贴在纤维杆体(100)的两端，位移传感器(1)平行于纤维杆体(100)设置，所述固定装置包括两个上下平行布置的定位板(6)，且两个所述定位板(6)均固设在两个锚具(5)之间的纤维杆体(100)上，位移传感器(1)的上部与纤维杆体(100)之间通过一个定位板(6)固接，位移传感器(1)的下端搭设在另一个定位板(6)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置，其特征在于：它包括固定装置、位移传感器(1)、压电传感器(2)、应变传感器(3)、温度传感器(4)及锚具(5)，所述锚具(5)的数量为两个，纤维杆体(100)竖向设置且其上部和下部分别通过锚具(5)锚固，应变传感器(3)及温度传感器(4)的数量均为若干个，且分别粘贴在纤维杆体(100)的表面，压电传感器(2)的数量为两个，且分别粘贴在纤维杆体(100)的两端，位移传感器(1)平行于纤维杆体(100)设置，所述固定装置包括两个上下平行布置的定位板(6)，且两个所述定位板(6)均固设在两个锚具(5)之间的纤维杆体(100)上，位移传感器(1)的上部与纤维杆体(100)之间通过一个定位板(6)固接，位移传感器(1)的下端搭设在另一个定位板(6)上。


2.根据权利要求1所述的用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置，其特征在于：纤维杆体(100)的两端部分别突出锚具1～2cm。


3.根据权利要求1或2所述的用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置，其特征在于：定位板(6)与纤维杆体(100)之间设置垫层。


4.根据权利要求3所述的用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置，其特征在于：每个定位板(6)均包括两个相对设置的半板(61)，且两个所述半板(61)通过若干螺栓固接，其中每个定位板(6)的两个半板(61)上均相对开设有两个第一凹槽(61-1)，两个定位板(6)对应通过四个第一凹槽(61-1)夹设在纤维杆体(100)上，一个定位板(6)的两个半板(61)上还相对开设有两个第二凹槽(61-2)，所述位移传感器(1)夹设在两个第二凹槽(61-2)之间。


5.根据权利要求1、2或4所述的用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置，其特征在于：若干应变传感器(3)及若干温度传感器(4)分别均匀的粘贴在纤维杆体(100)上。


6.一种采用权利要求1～5任一权利要求所述的用于纤维杆体的拉-拉疲劳测试装置的疲劳性能评价方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：咸贵军，李承高，郭瑞，董少策，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23