一种测量钢索长期蠕变的装置和方法与流程

本发明涉及一种可用于长期测量钢索蠕变的装置和方法，主要适用于钢丝、钢丝束、钢丝绳、钢绞线等类型的钢索，属于索材性能测试技术领域。

背景技术：

钢索被广泛应用于索杆结构建筑体系、道路桥梁、机械结构等领域，其中索杆结构多用于体育场馆、交通建筑、会展中心等大型公共建筑，其结构重要性不言而喻。道路桥梁也是关乎公众生命财产安全的重要结构，机械结构对稳定性和安全性也有很高要求。因此，确定钢索的性能，以保证使用钢索的结构的安全性和适用性具有重要的社会意义和时代意义。

然而，在结构的使用年限内不可避免地存在由于材料蠕变引起的应力松弛。已有的拉索蠕变试验结果表明：虽然张拉预应力最初可将索截面绷紧,并获得均匀的弹性应变,但在使用荷载下所有索仍会产生蠕变。钢索蠕变引起的索长度变化和应力的减小都会对结构的安全性和适用性产生影响，因此，明确钢索随时间变化的蠕变伸长规律、监测已建成结构的钢索蠕变伸长量具有十分重要的意义。

现有的蠕变测量装置和试验机可以用于某些特定条件下的蠕变测量，但不适用于长时间的蠕变测量或者已建成结构的蠕变监测。申请号为cn201920183606.1的实用新型专利“钢绞线松弛试验机”专利文献代表了目前市面上较为广泛的钢索松弛试验机原理，该种试验机对试件长度有较大限制，且一般持续测量时间小于1000小时，不适用于测量钢索长时间的蠕变，也无法用于已建成结构中钢索的蠕变监测。申请号为cn200510108349.8的发明专利申请“一种数据自动采集拉伸蠕变测试装置和方法”需将试件放入加热元件，不适用于已建成结构的监测；且需使用温度控制仪维持恒温，使用位移传感器和计算机记录数据，因此也难以用于持续数年以上的长期蠕变测量。

技术实现要素：

为了满足测量钢索长期蠕变量和监测已建成结构钢索蠕变量的要求，本发明提出了一种可以广泛便捷地进行相对较准确的能够测量钢索长期蠕变的装置和方法，核心在于在受力钢索测量段两端分别固定一标记结构，标记结构能够与钢索上的标记位对准并具有与机械式千分表或百分表对应的测量工作部位，然后使用两个机械式千分表或百分表测量测量工作部位的沿钢索长度方向的位移。表身可以使用磁性表座固定于一稳定的结构上，以便根据情况灵活选取测量长度。由于使用机械式量表，可进行几年甚至十几年的长期测量，读数后根据两表位移之差即可得到此段钢索的蠕变伸长量，再由测量段长度计算便可得到钢索的蠕变应变，根据需求多次读数测量可得到钢索的蠕变应变时间曲线，进而归纳得出钢索的蠕变性能和规律。

根据本发明的的第一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种测量钢索长期蠕变的装置，其特征在于包括用以对蠕变试件进行标记及位移测量的测量装置；用以固定用的辅助装置；

所述测量装置包括两个标记结构以及两个机械式千分表或百分表，标记结构具有与钢索连接的结构，所述标记结构设置有能对准钢索上的标记位的部位以及与机械式千分表或百分表对应的测量工作部位；

所述辅助装置设置有所述机械式千分表或百分表的固定装置，使得所述机械式千分表或百分表能够稳定地处在测量位置以测量工作部位的位移。

进一步地，所述标记结构采用套筒，所述套筒设置有套筒水平顶板，用于对准钢索上的标记位以及作为与机械式千分表或百分表对应的测量工作部位，所述套筒的筒部位可夹紧的部位，作为与钢索连接的结构。

进一步地，所述标记结构采用合页结构，而可向两侧打开以及闭合夹紧。

进一步地，所述辅助装置包括固定架和机械式千分表或百分表的连接架，所述连接架与固定架连接。所述固定架可以与大地连接或放置于稳定的地面上。当在实验室测量时，能承受试验施加的荷载并保持稳定。

进一步地，所述连接架采用磁铁连接在所述固定架，而可任意调节其位置并固定。

进一步地，所固定架的顶部设置钢索的定滑轮，用以将长试件绕起减小占用空间，定滑轮应尽量光滑，转动阻力小。

对于实验室测量时，测量钢索的下端可作成处理段，成为可以悬挂重物的端口，具体实施时，可以将测量钢索下端弯起成一个圈并锁住，然后放置挂钩和荷载；或者在测量钢索下端固定一具有挂钩的夹具。

根据本发明的另一个方面，本发明采用以下技术方案：

在实验室中利用上述装置测量钢索长期蠕变的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、将蠕变测量钢索一端固定于固定架上，在测量钢索上选取合适的部分作为测量段，测量段长度用l表示；在测量钢索测量段的首末端套上对应的标记结构，并使其对准钢索上的标记位；在测量钢索的另一端连接配重；

(2)、将两个机械式千分表或百分表通过其连接架连接在固定架的合适位置，使两个机械式千分表或百分表的表头垂直接触于标记结构的测量工作部位；

(3)、以加载完成稳定后一定时间为初始时间点，读取两表读数，上表读数用x1表示，下表7读数用y1表示，根据读数间隔时间，后读取两表读数，上量表读数用x2表示，下量表读数用y2表示，这段时间间隔用t1表示；然后按设置的间隔时间重复读数，直到到达预定实验时间；

以初始时间点为0，则t1时间点的蠕变应变为：依次类推，则可得到各个测量时间点的蠕变应变，从而得到测量钢索在应力下的蠕变应变曲线，其中a为测量钢索的横截面积，f为荷载。

根据本发明的另一个方面，本发明采用以下技术方案：

在现场利用上述装置测量钢索长期蠕变的方法，其特征在于所述标记结构采用合页结构，而可向两侧打开以及闭合夹紧，所述方法包括以下步骤：

(1)、在测量钢索上选取合适的部分作为测量段，测量段长度用l表示；在测量钢索测量段的首末端套上对应的标记结构，并使其对准钢索上的标记位；

(2)、将两个机械式千分表或百分表通过其连接架连接在固定架的合适位置，使两个机械式千分表或百分表的表头垂直接触于标记结构的测量工作部位；

(3)、以加载完成稳定后一定时间为初始时间点，读取两表读数，上表读数用x1表示，下表7读数用y1表示，根据读数间隔时间，后读取两表读数，上量表读数用x2表示，下量表读数用y2表示，这段时间间隔用t1表示；然后按设置的间隔时间重复读数，直到到达预定实验时间；

以初始时间点为0，则t1时间点的蠕变应变为：依次类推，得到各个测量时间点的蠕变应变，从而得到测量钢索在应力下的蠕变应变曲线，其中a为测量钢索的横截面积，f为荷载。

综上所述，本发明提供的测量钢索长期蠕变的装置与方法可以用于对钢索进行持续数年到十几年的长期蠕变测量，也可以用于已建成结构钢索蠕变的监测，补充完善了部分情况下钢索蠕变测量的方法；具有装置简单、易于实施、适用范围广、持续测量时间长、可检测已建成结构、可与其他装置结合等优点。

附图说明

图1是本发明测量钢索长期蠕变的流程图。

图2是本发明测量钢索长期蠕变的装置的结构原理示意图。

图3是本发明实施例的结构示意图(含定滑轮)。

图4是本发明实施例的结构示意图(不含定滑轮)。

图5是本发明的测量钢索长期蠕变的装置中的标记套筒示意图。

具体实施方式

参照附图。本发明提供的用于测量钢索长期蠕变的装置包括三部分：加载装置、测量装置和辅助装置。本发明提出的测量钢索长期蠕变的方法也依托于此装置，其大致流程如图1所示，包括测算截面积、布置实验、完成加载、读取数据、数据处理，最后得出蠕变性能和规律。

如图2-5所示，加载装置用以对蠕变试件进行固定及加载载荷，测量装置用以对蠕变试件进行标记及位移测量，辅助装置用以固定测量仪器。辅助装置刚性固定架上的磁性表座用以固定测量装置的量表，量表测量固定在试件测量段两端的两标记套筒的位移，从而得出试件测量段的伸长量，供数据分析处理以最终得到试件的蠕变性能和发展规律。

所述加载装置包括加载固定架1、定滑轮2(可选)、蠕变试件3下端处理段的荷载4。其中，固定架1上设置可供试件3的上端31固定的结构，比如钩、环、夹具等。

试件3的上端31固定连接于加载固定架1上，下端处理段32指将试件下端做成一个可以悬挂重物的端口，用以挂载荷载4。上下端都应牢固稳定。

所述测量装置包括上标记套筒6、下标记套筒7、上量表8和下量表9。

所述辅助装置包括刚性固定架5和上磁性表座10、下磁性表座11。

如图5所示，标记套筒6、7是由夹持部分12和水平板13两部分组成的刚性构件。套筒6、7的内孔套住试件，并通过对夹持部分挤压而夹持固定在试件3的标记点处。水平板13与试件轴向垂直，应具有较大面积，并且表面平整。

结合图3和图4，具体测量钢索长期蠕变的方法和步骤如下：

a、截取一段与蠕变测量试件相同规格标准的钢索3，测量其重量和长度，再根据材料密度，计算得到钢索实际横截面积，用a表示；

b、将蠕变测量试件上端固定竖直悬挂于固定架1上，试件下端做成一个可以悬挂重物的端口(比如弯曲成圈，以及设置挂钩)并锁紧。若试件较长而空间有限则采用图3形式，将试件上端固定于固定架中下部，然后通过同样固定在固定架上端的定滑轮2绕至下方；

c、在试件上选取合适的部分作为测量段，测量段长度用l表示。在两个标记处套上对应尺寸的标记套筒6和7，套筒6和7的方向按夹持部分在测量段之外为准，套筒位置以测量平面也即其水平板13与标记位置对齐为准。然后挤压夹持部分以固定标记套筒6和7；

d、在试件下端悬挂一定质量的砝码4进行加载，加载完成应保持平稳，然后开始计时；

e、将两个磁性表座10和11吸附于刚性固定架5上合适位置，对应两标记套筒6和7。将两个合适量程的量表8和9分别固定于磁性表座10和11的悬臂上，调整位置使两表头垂直接触于标记套筒6和7的水平板13上；

f、以加载完成稳定后3-5分钟为初始时间点，读取两表读数，上量表6读数用x1表示，下量表7读数用y1表示；

g、根据需要设置读数间隔，一段时间后读取两表读数，上量表读数用x2表示，下量表读数用y2表示，这段时间间隔用t1表示；然后按设置的时间间隔重复读数，直到到达预定实验时间；

以初始时间点为0，则t1时间点的蠕变应变为：依次类推，则可得到各个测量时间点的蠕变应变，从而得到试件在应力下的蠕变应变曲线。根据蠕变应变曲线则可以归纳得到该钢索的蠕变性能与发展规律。

若测量已建成结构的钢索，由于钢索两端已固定并受力，则不需要上述加载装置，且标记套筒改为合页式的可展开结构，纵向套住钢索后用螺栓拧紧固定于标记处。

由上所述，本发明提供了一种用以测量钢索长期蠕变的实验装置和方法，可以用于长达几年至十几年的蠕变实验，也可以用于已建成结构的钢索蠕变监测，补充完善了部分情况下钢索蠕变测量的方法。具有装置简单、易于实施、适用范围广、持续测量时间长、可检测已建成结构、可与其他装置结合等优点。

上述对附图的说明和具体实施方法和步骤描述了本发明的内容。但应理解的是，本发明不限于具体的材料、尺寸和部分结构形式，当其他人员对本发明进行一定的修改和变型时，若这些修改和变型在本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。