CN104690665B - 普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具及安装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具及安装工艺，目的在于提高试验效率及其延长试验机的使用寿命。该夹具包括由减荷夹具与持荷夹具构成的夹具头，夹具头通过连接装置与试验机相连，本发明钢绞线疲劳试验用双层夹具采用双重锚固技术，与传统夹具相比，减轻了钢绞线端部的夹持损伤，成功解决了钢绞线疲劳试验中端部夹持损伤的难题。

Description

普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具及安装工艺

技术领域

本发明涉及一种普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具及安装工艺，具体指在钢绞线疲劳拉伸试验中通过设置减荷夹具以降低持荷夹具所承担的荷载，减小钢绞线端部的咬合缺陷所引起的疲劳损伤，进而降低因钢绞线端部破坏而导致试验失败的风险。

背景技术

随着预应力技术的发展，预应力结构广泛应用于大型结构工程或桥梁工程中。由于这些结构在服役期间频繁经受反复荷载的作用，使得预应力结构的疲劳性能研究成为目前土木工程领域的一大热点问题。当前，预应力钢绞线疲劳试验做法一般是在厂家提供的液压长段夹具上开展的。利用长段夹具可以有效解决钢绞线在试验中的打滑问题，但同时也加大了钢绞线端部的夹持损伤，加快了钢绞线的端部断裂速度，降低了试验成功几率。此外，由于钢绞线的硬度较高，液压夹具直接夹持钢绞线容易造成夹具接触面出现咬痕现象，影响机器的使用寿命。综上所述，利用传统试验夹具不仅影响试验数据的可靠性，还会加速试验设备的老化。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具及安装工艺，其目的是解决以往的设备所存在的效率低和使用寿命不够的问题。

技术方案

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具，该夹具包括由由减荷夹具与持荷夹具构成的夹具头，夹具头通过连接装置与试验机相连。

减荷夹具包括减荷夹具夹片、减荷夹具底座和减荷夹具底盖；减荷夹具夹片设置在减荷夹具底座内侧，减荷夹具底座与连接装置连接，减荷夹具底盖设置在减荷夹具底座与连接装置连接的一端；持荷夹具为普通的钢绞线张拉用工具锚，包括持荷夹具底座和持荷夹具夹片，持荷夹具夹片设置在最内层，持荷夹具夹片设置在持荷夹具底座的内侧，持荷夹具底座设置在减荷夹具底座的内侧。

减荷夹具夹片包括铝套、钢套和钢制锥形大夹片。

减荷夹具底座与减荷夹具夹片接触的面为与减荷夹具夹片的锥形斜面相适应的斜面，其斜面的倾角α取30°，铝套厚度Τ2取3mm，铝套长度L2不宜小于8mm。

连接装置包括双层夹具连接套筒、连接杆、预紧螺母一、预紧螺母二和试验机连接底盘；连接杆一端通过预紧螺母一和预紧螺母二与试验机连接底盘连接，另一端套有双层夹具连接套筒；减荷夹具底座插进双层夹具连接套筒内；试验机连接底盘与试验机相连。

双层夹具连接套筒与连接杆之间的接触面为球面，且球面曲率相同，双层夹具连接套筒为凹球面，连接杆为凸球面，其球面直径D不小于2m。

如上所述普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具的安装工艺，正式安装之前需进行连接装置安装、预紧安装和预紧加载，其主要步骤如下：

(1)在试验机上安装连接装置；

(2)预紧安装，首先将辅助钢绞线装入夹具头中，然后将夹具头安装到连接装置上；

(3)预紧加载，首先启动试验机，以2kN/s的速度匀速拉伸钢绞线，直至拉力超过试验设计荷载上限的20％，然后停止加载并持载5min，在持载过程中通过拧紧预紧螺母一和预紧螺母二完成预紧工作，最后卸载，取下夹具头，关闭试验机；

(4)正式试验安装，更换辅助钢绞线，首先从夹具头中取出辅助钢绞线，并更换成试验用钢绞线，然后按安装步骤重新安装夹具头。

如上所述普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具的安装工艺，其需要注意如下三点：(1)减荷夹具底座外表面螺纹高度L1、双层夹具连接套筒的内表面螺纹高度L3及预紧螺母一和预紧螺母二的规格需由最大荷载即预紧荷载根据螺纹副抗挤压计算公式确定，并同时满足抗剪切强度校核、自锁性能校核要求；

(2)减荷夹具底座的壁厚T1、双层夹具连接套筒的壁厚T3及连接杆的直径T5根据最大荷载由钢材的轴心拉伸强度公式确定；

(3)双层夹具连接套筒凹球面的最小厚度T4、连接杆的凸球面的最小厚度T6根据最大荷载由钢材的轴心受压强度公式确定。

如上所述普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具的安装工艺，该工艺的步骤如下：

(1)步骤具体方法如下：(一)将连接杆套入套筒中；(二)将预紧螺母一和预紧螺母二旋入连接杆上；(三)利用连接杆的螺纹，将连接杆与试验机连接底盘相连。

(2)步骤中方法如下：第一步，安装辅助钢绞线；首先，将辅助钢绞线套入减荷夹具底座中；其次，用粘合剂将铝套、钢套和钢制锥形大夹片按先后顺序依次粘接在一起组成减荷夹具夹片；再次，利用透明胶带将粘贴好的减荷夹具夹片固定于辅助钢绞线外表面，之后将减荷夹片推入到减荷底座底部；最后，将持荷夹具底座和持荷夹具夹片依次安装在减荷夹片后端，同时旋紧底盖将减荷夹片与持荷夹具底座和持荷夹具夹片封闭于减荷夹具底座中；第二步，安装双层夹具；将安装好钢绞线的双层夹具按图11所示置于连接装置中间并转动连接套筒，使减荷底座的螺纹旋入套筒中，将双层夹具与试验机相连接；

(3)步骤具体如下：(一)启动试验机，采用力控制方式对辅助钢绞线进行拉伸；(二)以2kN/s的速度匀速加载，直至超过试验设计荷载上限的20％后，停止加载；(三)持载5min，在持载过程中，用扳手将预紧螺母二、预紧螺母一依次拧紧；(四)卸载至0kN，松开套筒的螺纹取下双层夹具，然后关闭试验机。

优点及效果：

本发明提供一种普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具及安装工艺，目的在于提高试验效率及其延长试验机的使用寿命。

本发明的优点与积极效果如下：

第一，降低试件疲劳损伤破坏的风险，显著提高试验成功几率。本发明的双层夹具，一方面由于增加了减荷夹具分担了疲劳试验中的荷载作用，减少了作用在单一持荷夹具上的荷载，有效降低了钢绞线端部的夹持损伤，另一方面由于在减荷夹具中使用铝套对钢绞线进行柔性夹持，改善了握持处钢绞线的应力集中现象，使试验成功几率显著提高；

第二，延长了试验机的使用寿命。本发明的预紧安装工艺，即在正式安装前，在连接杆上施加预压力，可使试验机连接盘的螺纹始终处于受压状态，有效避免了由于直接加载可能引起的螺纹疲劳损伤，延长了试验连接盘的寿命。

本发明钢绞线疲劳试验用双层夹具采用双重锚固技术，与传统夹具相比，减轻了钢绞线端部的夹持损伤，成功解决了钢绞线疲劳试验中端部夹持损伤的难题。

附图说明

图1双层夹具头装置图

图2—1减荷夹具底座细部图

图2—2为图2—1的俯视图

图3—1减荷夹具夹片细部图

图3—2为图3—1的俯视图

图4减荷夹具底盖细部图

图5双层夹具的连接装置图

图6—1双层夹具连接套筒细部图

图6—2为6—1的俯视图

图7—1连接杆细部图

图7—2为图7—1的俯视图

图8—1预紧螺母细部图

图8—2为8—1的俯视图

图9安装步骤一(安装连接杆及双层夹具连接套筒)

图10双层夹具安装图

图11安装步骤二、三(预紧安装及正式安装)

标号及符号说明

1、减荷夹具夹片；2、减荷夹具底座；3、持荷夹具底座；4、持荷夹具夹片；5、减荷夹具底盖；6、铝套；7、钢套；8、钢制锥形大夹片；9、双层夹具连接套筒；10、连接杆；11、预紧螺母一；12、预紧螺母二；13、试验机连接底盘；14、辅助钢绞线；15、试验钢绞线。

L1—减荷底座外表面螺纹高度；L2—钢制锥形大夹片高度/铝(铜)套高度；L3—连接套筒的内表面螺纹高度。

T1—减荷底座的壁厚；；Τ2—铝套厚度；T3—连接套筒的壁厚；T4—连接套筒⑨凹球面的最小厚度；T5—连接杆的直径；T6—连接杆的凸球面的最小厚度。

D—连接杆与连接套管接触面直径；α—减荷底座斜面倾角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1和图2所示，本发明提供一种普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具，该夹具包括由由减荷夹具与持荷夹具构成的夹具头，夹具头通过连接装置与试验机相连。

减荷夹具包括减荷夹具夹片1、减荷夹具底座2和减荷夹具底盖5；减荷夹具夹片1设置在减荷夹具底座2内侧，减荷夹具底座2与连接装置连接，减荷夹具底盖5设置在减荷夹具底座2与连接装置连接的一端；持荷夹具为普通的钢绞线张拉用工具锚，包括持荷夹具底座3和持荷夹具夹片4，持荷夹具夹片4设置在最内层，持荷夹具夹片4设置在持荷夹具底座3的内侧，持荷夹具底座3设置在减荷夹具底座2的内侧。

减荷夹具夹片1包括铝套6、钢套7和钢制锥形大夹片8。

减荷夹具底座2与减荷夹具夹片1接触的面为与减荷夹具夹片1的锥形斜面相适应的斜面，其斜面的倾角α取30°，铝套厚度Τ2取3mm，铝套长度L2不宜小于8mm。

连接装置包括双层夹具连接套筒9、连接杆10、预紧螺母一11、预紧螺母二12和试验机连接底盘13；连接杆10一端通过预紧螺母一11和预紧螺母二12与试验机连接底盘13连接，另一端套有双层夹具连接套筒9；减荷夹具底座2插进双层夹具连接套筒9内；试验机连接底盘13与试验机相连。

双层夹具连接套筒9与连接杆10之间的接触面为球面，且球面曲率相同，双层夹具连接套筒9为凹球面，连接杆10为凸球面，其球面直径D不小于2m。

本装置在设计过程中完全采用螺纹方式连接，需注意以下几点：(1)减荷底座外表面螺纹高度L1、连接套筒的内表面螺纹高度L3及预紧螺母一、二的规格需由最大荷载(预紧荷载)根据螺纹副抗挤压计算公式确定，并同时满足抗剪切强度校核、自锁性能校核要求；(2)减荷底座的壁厚T1、连接套筒的壁厚T3及连接杆的直径T5需根据最大荷载由钢材的轴心拉伸强度公式确定；(3)连接套筒9凹球面的最小厚度T4、连接杆的凸球面的最小厚度T6需根据最大荷载由钢材的轴心受压强度公式确定。

如上所述普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具的安装工艺，正式安装之前需进行连接装置安装、预紧安装和预紧加载，其主要步骤如下：

(1)在试验机上安装连接装置；

(2)预紧安装，首先将辅助钢绞线14装入夹具头中，然后将夹具头安装到连接装置上；

(3)预紧加载，首先启动试验机，以2kN/s的速度匀速拉伸钢绞线，直至拉力超过试验设计荷载上限的20％，然后停止加载并持载5min，在持载过程中通过拧紧预紧螺母一11和预紧螺母二12完成预紧工作，最后卸载，取下夹具头，关闭试验机；

(4)正式试验安装，更换辅助钢绞线，首先从夹具头中取出辅助钢绞线，并更换成试验用钢绞线，然后按安装步骤2重新安装夹具头。

如上所述普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具的安装工艺,其需要注意如下三点：(1)、减荷夹具底座2外表面螺纹高度L1、双层夹具连接套筒9的内表面螺纹高度L3及预紧螺母一11和预紧螺母二12的规格需由最大荷载即预紧荷载根据螺纹副抗挤压计算公式确定，并同时满足抗剪切强度校核、自锁性能校核要求；

(2)、减荷夹具底座2的壁厚T1、双层夹具连接套筒9的壁厚T3及连接杆的直径T5根据最大荷载由钢材的轴心拉伸强度公式确定；

(3)、双层夹具连接套筒9凹球面的最小厚度T4、连接杆10的凸球面的最小厚度T6根据最大荷载由钢材的轴心受压强度公式确定。

参见图1—图11，本发明钢绞线疲劳试验用双层夹具及其安装工艺所示的实施图中主要包括双层夹具装置(图1)、双层夹具连接装置(图5)及其安装工艺(图9、图11)。

具体操作如下：1)安装连接装置，其步骤如下：(1)将连接杆10套入套筒9中；(2)将预紧螺母一11和预紧螺母二12旋入连接杆10上；(3)利用连接杆10的螺纹，将连接杆与试验机连接底盘13相连(参见图9)。

2)预紧安装，其步骤如下：第一步，安装辅助钢绞线14。首先，将辅助钢绞线14套入减荷夹具底座2中；其次，用粘合剂将铝套6、钢套7和钢制锥形大夹片8按先后顺序依次粘接在一起组成减荷夹具夹片1；再次，利用透明胶带将粘贴好的减荷夹具夹片1固定于辅助钢绞线14外表面，之后将减荷夹片1推入到减荷底座2底部；最后，将持荷夹具底座3和持荷夹具夹片4依次安装在减荷夹片1后端，同时旋紧底盖5将减荷夹片1与持荷夹具底座3和持荷夹具夹片4封闭于减荷夹具底座2中。第二步，安装双层夹具。将安装好钢绞线的双层夹具(图10)按图11所示置于连接装置5中间并转动连接套筒9，使减荷底座2的螺纹旋入套筒9中，将双层夹具与试验机相连接。

3)预紧加载，其步骤如下：(1)启动试验机，采用力控制方式对辅助钢绞线14进行拉伸；(2)以2kN/s的速度匀速加载，直至超过试验设计荷载上限的20％后，停止加载；(3)持载5min，在持载过程中，用扳手将预紧螺母二12、预紧螺母一11依次拧紧；(4)卸载至0kN，松开套筒⑨的螺纹取下双层夹具，然后关闭试验机。

4)正式试验安装，更换辅助钢绞线，从夹具中取出，更换成试验用钢绞线，其安装步骤与预紧安装2)相同。

本发明相对于传统疲劳试验的液压夹具的优越性在于：第一，降低试件疲劳损伤破坏的风险，提高试验成功几率。由于传统试验夹具是利用咬齿所产生的咬合力来实现对钢绞线的夹持作用，然而这种夹持方式会对钢绞线的夹持部位造成咬痕现象，尤其在疲劳试验中，咬痕深度随疲劳次数的增加而逐渐增大，以至于在钢绞线端部发生断裂现象，致使疲劳试验失败。根据上述试验现象，本发明所提出的双层夹具主要是通过减荷夹具来分担持荷夹具所受部分荷载，同时通过在减荷夹片中设置光滑铝套也会对钢绞线产生柔性握持作用，如此可以大大降低钢绞线端部的夹持损伤，显著提高疲劳试验的成功几率。第二、延长了试验机的使用寿命。本发明的预紧安装工艺，即在正式安装前，在连接杆上施加预压力，可使试验机连接盘的螺纹始终处于受压状态，有效避免了由于直接加载可能引起的螺纹疲劳损伤，延长了试验连接盘的寿命。第三、降低成本。传统液压夹具需由试验机厂家专门定制，且夹具引入液压控制，同时疲劳试验对夹具的损伤也较为严重，因此，试验成本与维护成本均较高。本发明仅仅通过持荷夹具和减荷夹具的共同作用，既可以大大降低购买试验器材所需设备经费，又可以降低钢绞线对持荷夹具的损伤所产生维护费用，达到很好的经济效益。

Claims (8)

1.一种普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具，其特征在于：该夹具包括由减荷夹具与持荷夹具构成的夹具头，夹具头通过连接装置与试验机相连；

减荷夹具包括减荷夹具夹片(1)、减荷夹具底座(2)和减荷夹具底盖(5)；减荷夹具夹片(1)设置在减荷夹具底座(2)内侧，减荷夹具底座(2)与连接装置连接，减荷夹具底盖(5)设置在减荷夹具底座(2)与连接装置连接的一端；持荷夹具为普通的钢绞线张拉用工具锚，包括持荷夹具底座(3)和持荷夹具夹片(4)，持荷夹具夹片(4)设置在最内层，持荷夹具夹片(4)设置在持荷夹具底座(3)的内侧，持荷夹具底座(3)设置在减荷夹具底座(2)的内侧。

2.根据权利要求1所述的普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具，其特征在于：减荷夹具夹片(1)包括铝套(6)、钢套(7)和钢制锥形大夹片(8)。

3.根据权利要求2所述的普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具，其特征在于：减荷夹具底座(2)与减荷夹具夹片(1)接触的面为与减荷夹具夹片(1)的锥形斜面相适应的斜面，其斜面的倾角α取30°，铝套厚度(T2)取3mm，铝套长度(L2)不宜小于8mm。

4.根据权利要求2所述的普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具，其特征在于：连接装置包括双层夹具连接套筒(9)、连接杆(10)、预紧螺母一(11)、预紧螺母二(12)和试验机连接底盘(13)；连接杆(10)一端通过预紧螺母一(11)和预紧螺母二(12)与试验机连接底盘(13)连接，另一端套有双层夹具连接套筒(9)；减荷夹具底座(2)插进双层夹具连接套筒(9)内；试验机连接底盘(13)与试验机相连。

5.根据权利要求4所述的普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具，其特征在于：双层夹具连接套筒(9)与连接杆(10)之间的接触面为球面，且球面曲率相同，双层夹具连接套筒(9)为凹球面，连接杆(10)为凸球面，其球面直径D不小于2m。

6.如权利要求1所述普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具的安装工艺，其特征在于：正式安装之前需进行连接装置安装、预紧安装和预紧加载，其主要步骤如下：

(1)在试验机上安装连接装置；

(2)预紧安装，首先将辅助钢绞线(14)装入夹具头中，然后将夹具头安装到连接装置上；

(3)预紧加载，首先启动试验机，以2kN/s的速度匀速拉伸钢绞线，直至拉力超过试验设计荷载上限的20％，然后停止加载并持载5min，在持载过程中通过拧紧预紧螺母一(11)和预紧螺母二(12)完成预紧工作，最后卸载，取下夹具头，关闭试验机；

(4)正式试验安装，更换辅助钢绞线，首先从夹具头中取出辅助钢绞线，并更换成试验用钢绞线，然后按安装步骤(2)重新安装夹具头。

7.根据权利要求6所述的普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具的安装工艺，其特征在于：

(1)减荷夹具底座(2)外表面螺纹高度(L1)、双层夹具连接套筒(9)的内表面螺纹高度(L3)及预紧螺母一(11)和预紧螺母二(12)的规格需由最大荷载即预紧荷载根据螺纹副抗挤压计算公式确定，并同时满足抗剪切强度校核、自锁性能校核要求；

(2)减荷夹具底座(2)的壁厚(T1)、双层夹具连接套筒(9)的壁厚(T3)及连接杆的直径(T5)根据最大荷载由钢材的轴心拉伸强度公式确定；

(3)双层夹具连接套筒(9)凹球面的最小厚度(T4)、连接杆(10)的凸球面的最小厚度(T6)根据最大荷载由钢材的轴心受压强度公式确定。

8.根据权利要求6所述的普通钢筋及预应力筋疲劳拉伸试验用双层夹具的安装工艺，其特征在于：该工艺的步骤如下：

(1)步骤具体工艺如下：(一)将连接杆(10)套入套筒(9)中；(二)将预紧螺母一(11)和预紧螺母二(12)旋入连接杆(10)上；(三)利用连接杆(10)的螺纹，将连接杆与试验机连接底盘(13)相连；

(2)步骤中工艺如下：第一步，安装辅助钢绞线(14)；首先，将辅助钢绞线(14)套入减荷夹具底座(2)中；其次，用粘合剂将铝套(6)、钢套(7)和钢制锥形大夹片(8)按先后顺序依次粘接在一起组成减荷夹具夹片(1)；再次，利用透明胶带将粘贴好的减荷夹具夹片(1)固定于辅助钢绞线(14)外表面，之后将减荷夹片(1)推入到减荷底座(2)底部；最后，将持荷夹具底座(3)和持荷夹具夹片(4)依次安装在减荷夹片(1)后端，同时旋紧减荷夹具底盖(5)将减荷夹片(1)与持荷夹具底座(3)和持荷夹具夹片(4)封闭于减荷夹具底座(2)中；第二步，安装双层夹具；将安装好钢绞线的双层夹具置于连接装置中间并转动连接套筒(9)，使减荷底座(2)的螺纹旋入套筒(9)中，将双层夹具与试验机相连接；

(3)步骤具体如下：(一)启动试验机，采用力控制方式对辅助钢绞线(14)进行拉伸；(二)以2kN/s的速度匀速加载，直至超过试验设计荷载上限的20％后，停止加载；(三)持载5min，在持载过程中，用扳手将预紧螺母二(12)、预紧螺母一(11)依次拧紧；(四)卸载至0kN，松开套筒(9)的螺纹取下双层夹具，然后关闭试验机。