一种高温下钢丝拔出试验装置的制作方法

本发明属于预应力结构领域，具体涉及一种高温下钢丝拔出试验装置。

背景技术：

随着现代建筑结构和桥梁结构对大跨度的要求，预应力结构逐渐显现出其在跨越空间和结构效能方面的优势，并以其质量轻、造型美观、结构性能好等优点而广泛应用于各类工程领域中，如体育场馆、会展中心、跨海大桥等。锚具是预应力结构中索体端部的连接构件，起到锚固索体并传递荷载的作用，主要分为夹片式锚具及粘结式锚具，粘结型锚具由于其锚固效率高、可锚固大直径密闭索及施工工艺简单等优点而广泛应用。

虽然预应力结构已经取得了极其成功的工程应用，但其在当今的发展过程中也遇到了许多难以解决但亟待解决的问题，比如耐腐蚀性差、应力损失以及火灾等问题。在危害建筑物的诸种灾害中，火灾是最常见、最危险的灾害之一。例如济南奥体中心体育馆等预应力结构发生过火灾事件，造成严重的损失。

对预应力结构进行火灾响应分析是极为必要且意义重大的。首先，预应力结构多用于重要的公共建筑或工业设施中，一旦发生破坏甚至倒塌会造成很大的经济与社会损失。其次，粘结式锚具中的浇铸料在高温下逐渐软化，锚固性能大大降低。再次，对预应力结构尤其是端头锚具进行全面防火保护是非常困难的。由此可见，亟待研究粘结式锚具在高温环境下的锚固性能，以评价其整体结构的力学性能。

目前，粘结式锚具的设计及分析主要是基于经验确定，科学依据不足。锚具内部钢丝与浇铸料间的应力传递机理尚不可知，盲目增大安全系数必将导致锚具结构过于笨重。日本标准协会等制定的相关规范给出了传统镀锌钢丝与热铸料间的粘结强度，但适用范围有限，钢丝镀层、钢丝截面形状以及浇铸料的改变均会造成粘结强度的变化。单纯的有限元模拟及理论分析简化过多，不能真实反映钢丝与浇铸料间的粘结状态，其结果不具备指导意义。钢丝拔出试验便成为了解决此问题的一个很好的研究手段。部分学者及技术人员采用钢丝拔出试验来探究钢丝与锚具内浇铸材料界面间的粘结力学行为，但仅局限于常温试验。高温下钢丝与浇铸料间的粘结强度及界面力学特性的缺失势必会对粘结式锚具的设计带来不经济甚至是不安全的后果，因此需要开发一套高温下钢丝拔出试验装置。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种高温下钢丝拔出试验装置，该装置能够进行钢丝高温拔出试验，能够适用于高钒镀层钢丝及z型钢丝。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种高温下钢丝拔出试验装置，包括从上至下依次同轴设置的拉杆、作用筒、试件和下接头以及高温炉，所述试件包括钢丝，所述钢丝的上端部浇筑在浇铸料实体内，并沿所述浇铸料实体的中心线延伸，在所述钢丝的下端设有锚固结构，所述钢丝的下端通过所述锚固结构与所述下接头连接，在所述作用筒的下部设有加载舱，所述加载舱设有面对面的两个侧向安装敞口和一个支撑底座，在所述支撑底座上设有与两个所述侧向安装敞口同向的侧向过丝豁口，所述侧向过丝豁口沿所述支撑底座的整个直径延伸，所述浇铸料实体安装在所述加载舱中，二者同轴设置，所述浇铸料实体由所述支撑底座支撑，所述浇铸料实体设置在所述高温炉内部中心位置处，所述拉杆的下端与所述作用筒的上端连接。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

所述拉杆和所述作用筒是采用耐高温合金材料制成的。

所述锚固结构包括带有中心孔的锚固螺柱，所述钢丝的下端部穿越所述锚固螺柱的中心孔，在所述钢丝的下端设有限位结构，所述锚固螺柱沉装在所述下接头内，二者螺纹连接。

所述限位结构为球形钢丝墩头。

所述拉杆的下端与所述作用筒的上端螺纹连接，在所述拉杆的上端部设有与试验机加载端连接的螺纹。

在所述下接头的下端设有与试验机底部固定端连接的连接螺柱。

所述浇铸料实体采用圆柱型结构。

本发明具有的优点和积极效果是：能够便捷地进行钢丝高温拔出试验，构造简单、成本较低、使用方便、可重复利用且试验操作简便。能够适用于高钒镀层钢丝及z型钢丝，用于研究高温下高钒镀层钢丝及z型钢丝与浇铸料间的粘结强度及界面力学特性，进而可以推动粘结式锚具锚固机理、温度效应及相关力学性能的研究，试验结果可以为钢绞线、高钒索及密闭索端头粘结式锚具的设计提供基础，为粘结式锚具及索结构的安全评估及寿命预测提供理论依据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的试件结构示意图。

图中：1、试验机加载端；2、试验机底部固定端；3、拉杆；4、作用筒；5、下接头；6、浇铸料实体；7、钢丝；8、锚固螺柱；9、球形钢丝墩头；10、高温炉；11、支撑底座。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1和图2，一种高温下钢丝拔出试验装置，包括从上至下依次同轴设置的拉杆3、作用筒4、试件和下接头5以及高温炉10。

所述试件包括钢丝7，所述钢丝7的上端部浇筑在浇铸料实体6内，并沿所述浇铸料实体6的中心线延伸，在所述钢丝7的下端设有锚固结构。

所述钢丝7的下端通过所述锚固结构与所述下接头5连接。

在所述作用筒4的下部设有加载舱，所述加载舱设有面对面设置的两个侧向安装敞口和一个支撑底座11，在所述支撑底座11上设有与两个所述侧向安装敞口同向的侧向过丝豁口，所述侧向过丝豁口沿所述支撑底座11的整个直径延伸。

所述浇铸料实体6安装在所述加载舱中，二者同轴设置，所述浇铸料实体6由所述支撑底座11支撑，所述浇铸料实体6设置在所述高温炉10内部中心位置处。

所述拉杆3的下端与所述作用筒4的上端连接。

由于试验过程中拉杆3和作用筒4较长时间置于高温环境中，其材料最好不要用普通q345或q235钢材，建议使用如35crmo等在高温环境下仍具有较好力学性能的耐高温合金材料。

上述锚固结构包括带有中心孔的锚固螺柱8，所述钢丝7的下端部穿越所述锚固螺柱8的中心孔，在所述钢丝7的下端设有限位结构，所述锚固螺柱8沉装在所述下接头5内，二者螺纹连接。在本实施例中，所述限位结构为球形钢丝墩头9。所述拉杆3的下端与所述作用筒4的上端螺纹连接，在所述拉杆3的上端部设有与试验机加载端1连接的螺纹。在所述下接头5的下端设有与试验机底部固定端2连接的连接螺柱。所述浇铸料实体8采用圆柱型结构。

本发明的工作原理如下：

试验机加载端施加向上的荷载，荷载依次传递至拉杆、作用筒及浇铸料实体的支撑底座。钢丝一端浇铸在浇铸料实体内，另一端通过锚固结构与试验机底部固定端连接。根据力的相互作用原理，此过程可实现钢丝从热铸料实体中拔出的效果。

试验机加载端设置有力传感器，在加载过程中，力传感器可将荷载数据实时地记录下来，并显示在与其相连的电子设备中。试验过程中得到的最大荷载即为拔出力，根据公式(1)可得到钢丝与浇铸料实体间的粘结强度。

式中，τm为钢丝与浇铸料实体间粘结强度；fu为拔出力；cs为钢丝截面周长；l0为钢丝插入浇铸料实体中的长度。

应用本发明应注意以下问题：

为实现钢丝拔出的效果，探究钢丝与热铸料实体间的粘结强度，钢丝插入浇铸料实体中的长度不易过长，应满足以下条件：

式中fy为钢丝强度值；as为钢丝截面面积；cs为钢丝截面周长；τm为钢丝与浇铸料实体间粘结强度，可参考相关规范，取上限值。此公式只作为参考，其结果可以除以一个大于1的安全系数。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。