火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置及方法，其裝置包括應(yīng)變測(cè)試儀、計(jì)算機(jī)、底座、螺栓軸力承接裝置和扭矩加載裝置；螺栓軸力承接裝置由從下到上依次設(shè)置且供待測(cè)試螺栓從下到上依次穿過的下剛性墊板、彈性鋼套筒和上剛性墊板組成，螺母螺紋連接在待測(cè)試螺栓穿出到上剛性墊板的一端，彈性鋼套筒的外壁上對(duì)稱粘貼有第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片。其方法包括步驟：一、標(biāo)記待測(cè)試螺栓過火后的松弛狀態(tài)；二、測(cè)定過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的扭矩系數(shù)；三、計(jì)算過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的預(yù)緊力松弛量。本發(fā)明測(cè)定精度高，測(cè)定結(jié)果能夠?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)火災(zāi)后安全性能評(píng)估及加固處理提供參考依據(jù)，避免了浪費(fèi)，也減少了安全隱患，實(shí)用性強(qiáng)。
【專利說明】火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高強(qiáng)螺栓連接性能研究【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)螺栓連接由于其構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，承載力高，便于拆卸等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)連接的一種重要形式，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁工程、水利水電工程等。與普通螺栓不同，高強(qiáng)度螺栓工作原理是通過對(duì)連接副施以設(shè)計(jì)預(yù)拉力，將被連接板件緊固連接在一起，連接剛度大，承載力高。預(yù)拉力對(duì)螺栓副起緊固作用，通常又稱預(yù)緊力，其大小會(huì)影響連接的安全可靠性，尤其對(duì)高強(qiáng)螺栓摩擦型連接，預(yù)拉力的大小直接關(guān)系到連接的承載力。
[0003]火災(zāi)作為一種多發(fā)災(zāi)害，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)損傷尤為嚴(yán)重。高強(qiáng)螺栓連接的損傷乃至失效是鋼結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)作用常見的損傷破壞形式。高溫火災(zāi)作用使得高強(qiáng)螺栓連接材料機(jī)械性能，受力以及緊固狀態(tài)發(fā)生復(fù)雜的非線性變化，直接影響其安全承載性能。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高強(qiáng)螺栓力學(xué)性能的研究主要針對(duì)常溫和高溫下，以及非受力狀態(tài)高強(qiáng)螺栓火災(zāi)后力學(xué)性能研究。
[0004]現(xiàn)有研究成果對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)起到了很好的指導(dǎo)作用。但對(duì)于火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓由于缺乏系統(tǒng)的研究，工程中常常對(duì)高強(qiáng)螺栓連接過火后，即要求更換螺栓，或只要螺栓無松動(dòng)，即認(rèn)為是安全，反之，則予以更換的簡(jiǎn)單處理方式。前者偏保守，將造成浪費(fèi)；后者偏不安全，會(huì)造成安全隱患。因此，研究高強(qiáng)度螺栓連接火災(zāi)后的受力性能十分必要與迫切。常溫下高強(qiáng)螺栓扭矩系數(shù)及預(yù)緊力通常采用軸力計(jì)測(cè)定。測(cè)定時(shí)，將待測(cè)試螺栓副置入軸力計(jì)，扭矩扳手施加扭矩T,軸力計(jì)中自帶軸力傳感器，同步記錄扭矩T及對(duì)應(yīng)軸力P,當(dāng)軸
力達(dá)到規(guī)范要求值時(shí)，代入公式I=!計(jì)算扭`矩系數(shù)，其中，d為待測(cè)螺栓的公稱直徑。傳
統(tǒng)軸力計(jì)采用壓力傳感器測(cè)定軸力，其最大特點(diǎn)是集成了扭矩及軸力的采集，可同步測(cè)定記錄所加扭矩及螺栓桿對(duì)應(yīng)軸力；同時(shí)，待測(cè)螺栓被施加扭矩后在軸力計(jì)中處于緊固狀態(tài)，要取出來，需完全卸載；常溫下測(cè)定扭矩系數(shù)，采用此裝置簡(jiǎn)單方便。但是，對(duì)于高溫后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力損失則無法采用軸力計(jì)測(cè)定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、實(shí)現(xiàn)方便、使用操作便捷的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:包括應(yīng)變測(cè)試儀、與應(yīng)變測(cè)試儀相接的計(jì)算機(jī)、用于固定待測(cè)試螺栓的底座和用于承接待測(cè)試螺栓的軸力的螺栓軸力承接裝置，以及用于給由待測(cè)試螺栓、螺母、上墊片和下墊片構(gòu)成的螺栓副施加扭矩的扭矩加載裝置；所述底座上開有用于卡合連接所述待測(cè)試螺栓的螺栓頭的孔，所述螺栓軸力承接裝置由從下到上依次設(shè)置且供待測(cè)試螺栓從下到上依次穿過的下剛性墊板、彈性鋼套筒和上剛性墊板組成，所述螺母螺紋連接在待測(cè)試螺栓穿出到上剛性墊板的一端，所述上墊片設(shè)置在上剛性墊板與螺母之間，所述下墊片設(shè)置在待測(cè)試螺栓的螺栓頭與下剛性墊板之間，所述彈性鋼套筒的外壁上對(duì)稱粘貼有第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片，所述第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀的接線柱A連接，所述第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀的接線柱B連接。
[0007]上述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:包括粘貼在與螺栓軸力承接裝置置于同一工作環(huán)境下的溫度補(bǔ)償鐵上的第一溫度補(bǔ)償片和第二溫度補(bǔ)償片，所述第一溫度補(bǔ)償片和第二溫度補(bǔ)償片串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀的接線柱B連接，所述第一溫度補(bǔ)償片和第二溫度補(bǔ)償片串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀的接線柱C連接。
[0008]上述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述扭矩加載裝置為電子數(shù)顯扭力扳手。
[0009]上述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述應(yīng)變測(cè)試儀為DH3818靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，所述DH3818靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀通過串口與計(jì)算機(jī)相接。
[0010]上述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述下剛性墊板、彈性鋼套筒和上剛性墊板均與所述待測(cè)試螺栓的螺桿過盈配合。
[0011]上述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述彈性鋼套筒的高度為30mm?57mm,所述彈性鋼套筒的壁厚為IOmm?14mm。
[0012]上述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述下剛性墊板的厚度和上剛性墊板的厚度均為8mm?12mm。
[0013]本發(fā)明還提供了一種步驟簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、測(cè)定精度高的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0014]步驟一、標(biāo)記待測(cè)試螺栓過火后的松弛狀態(tài)，其具體過程如下:
[0015]步驟101、組裝所述螺栓軸力承接裝置:首先，將下墊片套在待測(cè)試螺栓上，并將待測(cè)試螺栓從下到上依次穿過下剛性墊板、彈性鋼套筒和上剛性墊板，接著，將上墊片套在待測(cè)試螺栓上穿出到上剛性墊板的一端，并將螺母螺紋連接在待測(cè)試螺栓穿出到上剛性墊板的一端，然后，將待測(cè)試螺栓的螺栓頭卡合連接到底座上開有的孔中，固定好待測(cè)試螺栓；
[0016]步驟102、按照編號(hào)為GB50205-2001的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定的對(duì)高強(qiáng)螺栓施加預(yù)拉力值Ptl的要求，根據(jù)公式Ttl=PtlClKci計(jì)算得到需要對(duì)由待測(cè)試螺栓、螺母、上墊片和下墊片構(gòu)成的螺栓副施加的初始扭矩Ttl，并采用扭矩加載裝置給由待測(cè)試螺栓、螺母、上墊片和下墊片構(gòu)成的螺栓副施加初始扭矩Ttl;其中，d為待測(cè)試螺栓的公稱直徑，K0為常溫下待測(cè)試螺栓的扭矩系數(shù)；
[0017]步驟103、對(duì)步驟101中組裝好的所述螺栓軸力承接裝置實(shí)施溫度為W的過火試驗(yàn)，再冷卻至室溫；其中，W的取值范圍為100°C?600°C ；
[0018]步驟104、在彈性鋼套筒的外壁上對(duì)稱粘貼第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片，并將第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀的接線柱A連接，將第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀的接線柱B連接；
[0019]步驟105、將應(yīng)變測(cè)試儀與計(jì)算機(jī)連接，并對(duì)應(yīng)變測(cè)試儀進(jìn)行調(diào)零；
[0020]步驟二、測(cè)定過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的扭矩系數(shù)，其具體過程如下:
[0021]步驟201、先采用扭矩加載裝置對(duì)實(shí)施了溫度為W的過火試驗(yàn)后的由待測(cè)試螺栓、螺母、上墊片和下墊片構(gòu)成的螺栓副進(jìn)行卸載，再進(jìn)行n次分級(jí)加載，每次分級(jí)加載過程中，第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片對(duì)彈性鋼套筒產(chǎn)生的軸向應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將所檢測(cè)到的信號(hào)輸出給應(yīng)變測(cè)試儀，應(yīng)變測(cè)試儀對(duì)第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到各級(jí)加載扭矩下彈性鋼套筒的軸向應(yīng)變并傳輸給計(jì)算機(jī)；其中，n的取值為2~30的自然數(shù)； [0022]步驟202、將各級(jí)加載扭矩輸入計(jì)算機(jī)，并在計(jì)算機(jī)中建立第i級(jí)加載扭矩Ti與彈性鋼套筒的軸向應(yīng)變e i的對(duì)應(yīng)直線關(guān)系式K-EAdKw) e JPwClKw ;其中，EA為彈性鋼套筒的抗拉剛度，Kw為進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的扭矩系數(shù)，Pw為進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的螺栓軸力，i的取值為I~n的自然數(shù)；
[0023]步驟203、所述計(jì)算機(jī)采用最小二乘法對(duì)各加載扭矩和對(duì)應(yīng)的彈性鋼套筒的軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，得到擬合直線Ti=GEAdKw) e ^PffClKff的斜率k=_EAdKw和截距b=PwdKw；
[0024]步驟204、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)公式Iw =^77計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后
LAd
待測(cè)試螺栓的扭矩系數(shù)Kw;
[0025]步驟三、計(jì)算過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的預(yù)緊力松弛量，其具體過程如下:
[0026]步驟301、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)公式計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后
待測(cè)試螺栓的軸力Pw ；
[0027]步驟302、所述計(jì)算機(jī)根據(jù)公式Ps=PcrPw計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的預(yù)緊力松弛量Ps，其中，Ptl為步驟102中對(duì)待測(cè)試螺栓施加的預(yù)拉力值。
[0028]上述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定方法，其特征在于該方法在步驟三之后還包括以下步驟:
[0029]步驟四、計(jì)算過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的預(yù)緊力松弛系數(shù):所述計(jì)算機(jī)根據(jù)公式濘計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓的預(yù)緊力松弛系數(shù)3。
Z0
[0030]上述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定方法，其特征在于:步驟103中所述冷卻至室溫采用自然冷卻或噴水冷卻的冷卻方式。
[0031]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0032]1、本發(fā)明測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便，使用操作便捷。
[0033]2、本發(fā)明測(cè)定裝置中將第一電阻應(yīng)變片和第二電阻應(yīng)變片對(duì)稱粘貼在所述彈性鋼套筒的外壁上，可以抵消所述彈性鋼套筒彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變，有助于提高火災(zāi)后高強(qiáng)高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量的測(cè)定精度。
[0034]3、本發(fā)明通過設(shè)置第一溫度補(bǔ)償片和第二溫度補(bǔ)償片，能夠抵消測(cè)試環(huán)境溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，有助于提高火災(zāi)后高強(qiáng)高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量的測(cè)定精度。[0035]4、本發(fā)明的螺栓軸力承接裝置與待測(cè)試螺栓形成了自反力平衡體系，實(shí)時(shí)檢測(cè)彈性鋼套筒產(chǎn)生的軸向應(yīng)變，就能夠?qū)崟r(shí)記錄待測(cè)試螺栓在火災(zāi)后的預(yù)緊力大小，進(jìn)一步得到待測(cè)試螺栓在火災(zāi)后的預(yù)緊力松弛量，測(cè)定方法的步驟簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。
[0036]5、本發(fā)明能夠方便地用于火災(zāi)后高強(qiáng)高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果能夠?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)火災(zāi)后安全性能評(píng)估及加固處理提供參考依據(jù)，避免了浪費(fèi)，也減少了安全隱患，實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價(jià)值高。
[0037]綜上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方便，使用操作便捷，測(cè)定精度高，測(cè)定結(jié)果能夠?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)火災(zāi)后安全性能評(píng)估及加固處理提供參考依據(jù)，避免了浪費(fèi)，也減少了安全隱患，實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價(jià)值高。
[0038]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖2為本發(fā)明測(cè)試彈性鋼套筒的軸向應(yīng)變的半橋電路的原理圖。
[0041]圖3為本發(fā)明測(cè)定方法的方法流程圖。
[0042]圖4為型號(hào)為M16的高強(qiáng)螺栓經(jīng)歷過火試驗(yàn)后的預(yù)緊力松弛系數(shù)變化圖。
[0043]圖5為型號(hào)為M2 0的高強(qiáng)螺栓經(jīng)歷過火試驗(yàn)后的預(yù)緊力松弛系數(shù)變化圖。
[0044]圖6為型號(hào)為M22的高強(qiáng)螺栓經(jīng)歷過火試驗(yàn)后的預(yù)緊力松弛系數(shù)變化圖。
[0045]附圖標(biāo)記說明:
[0046]I一應(yīng)變測(cè)試儀；2—計(jì)算機(jī)；3—底座；
[0047]4一下剛性墊板；5—彈性鋼套筒；6—上剛性墊板；
[0048]7—待測(cè)試螺栓；8—第一電阻應(yīng)變片； 9一第二電阻應(yīng)變片；
[0049]10—扭矩加載裝置； 11一螺母；12—溫度補(bǔ)償鐵；
[0050]13—第一溫度補(bǔ)償片；14一第二溫度補(bǔ)償片；15—上墊片；
[0051]16—下墊片。
【具體實(shí)施方式】
[0052]如圖1所示，本發(fā)明的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，包括應(yīng)變測(cè)試儀1、與應(yīng)變測(cè)試儀I相接的計(jì)算機(jī)2、用于固定待測(cè)試螺栓7的底座3和用于承接待測(cè)試螺栓7的軸力的螺栓軸力承接裝置，以及用于給由待測(cè)試螺栓7、螺母11、上墊片15和下墊片16構(gòu)成的螺栓副施加扭矩的扭矩加載裝置10 ;所述底座3上開有用于卡合連接所述待測(cè)試螺栓7的螺栓頭的孔，所述螺栓軸力承接裝置由從下到上依次設(shè)置且供待測(cè)試螺栓7從下到上依次穿過的下剛性墊板4、彈性鋼套筒5和上剛性墊板6組成，所述螺母11螺紋連接在待測(cè)試螺栓7穿出到上剛性墊板6的一端，所述上墊片15設(shè)置在上剛性墊板6與螺母11之間，所述下墊片16設(shè)置在待測(cè)試螺栓7的螺栓頭與下剛性墊板4之間，所述彈性鋼套筒5的外壁上對(duì)稱粘貼有第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9，所述第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀I的接線柱A連接，所述第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀I的接線柱B連接。將第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9對(duì)稱粘貼在所述彈性鋼套筒5的外壁上，可以抵消所述彈性鋼套筒5彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變。
[0053]本實(shí)施例中，本發(fā)明的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，還包括粘貼在與螺栓軸力承接裝置置于同一工作環(huán)境下的溫度補(bǔ)償鐵12上的第一溫度補(bǔ)償片13和第二溫度補(bǔ)償片14，所述第一溫度補(bǔ)償片13和第二溫度補(bǔ)償片14串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀I的接線柱B連接，所述第一溫度補(bǔ)償片13和第二溫度補(bǔ)償片14串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀I的接線柱C連接。如圖2所示，應(yīng)變測(cè)試儀I的接線柱A與接線柱D之間具有內(nèi)阻R4，應(yīng)變測(cè)試儀I的接線柱C與接線柱D之間具有內(nèi)阻R3，這樣，第一電阻應(yīng)變片8、第二電阻應(yīng)變片9、第一溫度補(bǔ)償片13、第二溫度補(bǔ)償片14、內(nèi)阻R4和內(nèi)阻R3構(gòu)成了測(cè)試彈性鋼套筒5的軸向應(yīng)變的半橋電路；通過設(shè)置第一溫度補(bǔ)償片13和第二溫度補(bǔ)償片14，能夠抵消測(cè)試環(huán)境溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。
[0054]本實(shí)施例中，所述扭矩加載裝置10為電子數(shù)顯扭力扳手，在施加扭矩時(shí)可以觀測(cè)到施加的扭矩大小值。所述應(yīng)變測(cè)試儀I為DH3818靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，所述DH3818靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀I通過串口與計(jì)算機(jī)2相接。所述下剛性墊板4、彈性鋼套筒5和上剛性墊板6均與所述待測(cè)試螺栓7的螺桿過盈配合。所述彈性鋼套筒5的高度為30_?57_，所述彈性鋼套筒5的壁厚為IOmm?14mm。所述下剛性墊板4的厚度和上剛性墊板6的厚度均為8mm?12_。具體實(shí)施時(shí),所述彈性鋼套筒5的壁厚為12mm,所述下剛性墊板4的厚度和上剛性墊板6的厚度均為10mm，這樣能夠保證所述彈性鋼套筒5、下剛性墊板4和上剛性墊板6經(jīng)歷過火試驗(yàn)后始終保持彈性工作性能。
[0055]另外，具體實(shí)施時(shí)，所述下剛性墊板4、彈性鋼套筒5和上剛性墊板6的臨界溫度均為700°C，即均高于過火試驗(yàn)的最高溫度，這樣才能保證過火試驗(yàn)后下剛性墊板4和上剛性墊板6均勻傳力，以及彈性鋼套筒5的變形量中無塑性殘余變形，從而能夠很好地保證測(cè)定精度。
[0056]本發(fā)明的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定方法，包括以下步驟:
[0057]步驟一、標(biāo)記待測(cè)試螺栓7過火后的松弛狀態(tài)，其具體過程如下:
[0058]步驟101、組裝所述螺栓軸力承接裝置:首先，將下墊片16套在待測(cè)試螺栓7上，并將待測(cè)試螺栓7從下到上依次穿過下剛性墊板4、彈性鋼套筒5和上剛性墊板6，接著，將上墊片15套在待測(cè)試螺栓7上穿出到上剛性墊板6的一端，并將螺母11螺紋連接在待測(cè)試螺栓7穿出到上剛性墊板6的一端，然后，將待測(cè)試螺栓7的螺栓頭卡合連接到底座3上開有的孔中，固定好待測(cè)試螺栓7 ；
[0059]步驟102、按照編號(hào)為GB50205-2001的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定的對(duì)待測(cè)試螺栓7施加預(yù)拉力值Ptl的要求，根據(jù)公式Ttl=PtlClKci計(jì)算得到需要對(duì)由待測(cè)試螺栓7、螺母11、上墊片15和下墊片16構(gòu)成的螺栓副施加的初始扭矩Ttl，并采用扭矩加載裝置10給由待測(cè)試螺栓7、螺母11、上墊片15和下墊片16構(gòu)成的螺栓副施加初始扭矩Ttl ;其中，d為待測(cè)試螺栓7的公稱直徑，K0為常溫下待測(cè)試螺栓7的扭矩系數(shù)；
[0060]步驟103、對(duì)步驟101中組裝好的所述螺栓軸力承接裝置實(shí)施溫度為W的過火試驗(yàn)，再冷卻至室溫；其中，W的取值范圍為100°C?600°C ；
[0061]步驟104、在彈性鋼套筒5的外壁上對(duì)稱粘貼第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9，并將第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀I的接線柱A連接，將第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀I的接線柱B連接；
[0062]步驟105、將應(yīng)變測(cè)試儀I與計(jì)算機(jī)2連接，并對(duì)應(yīng)變測(cè)試儀I進(jìn)行調(diào)零；
[0063]步驟二、測(cè)定過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓7的扭矩系數(shù)，其具體過程如下:
[0064]步驟201、先采用扭矩加載裝置10對(duì)實(shí)施了溫度為W的過火試驗(yàn)后的由待測(cè)試螺栓7、螺母11、上墊片15和下墊片16構(gòu)成的螺栓副進(jìn)行卸載，再進(jìn)行n次分級(jí)加載，每次分級(jí)加載過程中，第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9對(duì)彈性鋼套筒5產(chǎn)生的軸向應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將所檢測(cè)到的信號(hào)輸出給應(yīng)變測(cè)試儀1，應(yīng)變測(cè)試儀I對(duì)第一電阻應(yīng)變片8和第二電阻應(yīng)變片9檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到各級(jí)加載扭矩下彈性鋼套筒5的軸向應(yīng)變并傳輸給計(jì)算機(jī)2 ;其中，n的取值為2~30的自然數(shù)；所述螺栓軸力承接裝置與待測(cè)試螺栓7形成了自反力平衡體系，每次分級(jí)加載后，待測(cè)試螺栓7上產(chǎn)生的軸力，由螺母11傳遞給上剛性墊板6和下剛性墊板4，再由上剛性墊板6和下剛性墊板4均勻傳遞給彈性鋼套筒5，使得彈性鋼套筒5產(chǎn)生軸向應(yīng)變，彈性鋼套筒5上的軸力與待測(cè)試螺栓7上的軸力大小相等且方向相反，因此，實(shí)時(shí)檢測(cè)彈性鋼套筒5產(chǎn)生的軸向應(yīng)變，就能夠?qū)崟r(shí)記錄待測(cè)試螺栓7在火災(zāi)后的預(yù)緊力大小，進(jìn)一步得到待測(cè)試螺栓7在火災(zāi)后的預(yù)緊力松弛量；
[0065]步驟202、將各級(jí)加載扭矩輸入計(jì)算機(jī)2，并在計(jì)算機(jī)2中建立第i級(jí)加載扭矩Ti與彈性鋼套筒5的軸向應(yīng)變e ,的對(duì)應(yīng)直線關(guān)系式K-EAdKw) e JPwClKw ;其中，EA為彈性鋼套筒5的抗拉剛度，Kff為進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓7的扭矩系數(shù)，Pff為進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓7的螺栓軸力，i的取值為I~n的自然數(shù)；具體地，E為制成彈性鋼套筒5的鋼材的彈性模量，火災(zāi)前后無明顯變化，取E=2.06 X IO5Mpa, A為彈性鋼套筒5的橫截面積；
[0066]步驟203、所述計(jì)`算機(jī)2采用最小二乘法對(duì)各加載扭矩和對(duì)應(yīng)的彈性鋼套筒5的軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，得到擬合直線Ti=GEAdKw) e JPwClKw的斜率k=_EAdKw和截距b=PwdKw；
[0067]步驟204、所述計(jì)算機(jī)2根據(jù)公式=^7計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后
EtAu
待測(cè)試螺栓7的扭矩系數(shù)Kw;
[0068]步驟三、計(jì)算過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓7的預(yù)緊力松弛量，其具體過程如下:
h
[0069]步驟301、所述計(jì)算機(jī)2根據(jù)公式= 計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓7的軸力Pw ；
[0070]步驟302、所述計(jì)算機(jī)2根據(jù)公式Ps=PcrPw計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓7的預(yù)緊力松弛量Ps，其中，Ptl為步驟102中對(duì)待測(cè)試螺栓7施加的預(yù)拉力值。
[0071]本實(shí)施例中，本發(fā)明的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定方法，在步驟三之后還包括以下步驟:步驟四、計(jì)算過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓7的預(yù)緊力松弛系數(shù):所述計(jì)算機(jī)
2根據(jù)公式# = |計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓7的預(yù)緊力松弛系數(shù)
,(I
3 o
[0072]本實(shí)施例中，步驟103中所述冷卻至室溫采用自然冷卻或噴水冷卻的冷卻方式。為了測(cè)試?yán)鋮s方式對(duì)火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量的影響，分別以型號(hào)為M16、M20和M22的高強(qiáng)螺栓為例，采用本發(fā)明的測(cè)定裝置及測(cè)定方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)得到型號(hào)為M16的高強(qiáng)螺栓經(jīng)歷過火試驗(yàn)后的預(yù)緊力松弛系數(shù)變化圖如圖4所示，型號(hào)為M20的高強(qiáng)螺栓經(jīng)歷過火試驗(yàn)后的預(yù)緊力松弛系數(shù)變化圖如圖5所示，型號(hào)為M22的高強(qiáng)螺栓經(jīng)歷過火試驗(yàn)后的預(yù)緊力松弛系數(shù)變化圖如圖6所示，從圖4、圖5和圖6可見，高強(qiáng)螺栓經(jīng)歷相同溫度的過火試驗(yàn)后，自然冷卻后預(yù)緊力松弛量比噴水冷卻后預(yù)緊力松弛量大，且隨螺栓螺桿直徑的增大，這種差距越大。
[0073]另外，從圖4、圖5和圖6還可以看出:(1)高強(qiáng)螺栓連接經(jīng)歷了火災(zāi)升溫和降溫冷卻過程后，預(yù)緊力有明顯松弛現(xiàn)象，經(jīng)歷300°C的過火試驗(yàn)再冷卻后預(yù)緊力損失約15%~40%，經(jīng)歷500°C的過火試驗(yàn)再冷卻后預(yù)緊力損失約90% ;因此，對(duì)過火溫度超過500°C時(shí)，建議更換高強(qiáng)螺栓；(2)螺栓型號(hào)的不同，對(duì)自然冷卻后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量影響不明顯，
[0074]對(duì)噴水冷卻后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量影響表現(xiàn)為螺栓螺桿直徑越小，
[0075]噴水冷卻后的預(yù)緊力松弛量越大。
[0076]為了驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，以型號(hào)為M20的高強(qiáng)螺栓為例，采用本發(fā)明的測(cè)定裝置及測(cè)定方法進(jìn)行兩次試驗(yàn)，測(cè)定得到該螺栓經(jīng)歷溫度為300°C的過火試驗(yàn)后的扭矩系數(shù)和軸力的值如表1所示:
[0077]表1 M20高強(qiáng)螺栓復(fù)測(cè)結(jié)果對(duì)比表
[0078]
【權(quán)利要求】
1.一種火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:包括應(yīng)變測(cè)試儀(I)、與應(yīng)變測(cè)試儀(I)相接的計(jì)算機(jī)(2)、用于固定待測(cè)試螺栓(7)的底座(3)和用于承接待測(cè)試螺栓(7)的軸力的螺栓軸力承接裝置，以及用于給由待測(cè)試螺栓(7)、螺母(11)、上墊片(15)和下墊片(16)構(gòu)成的螺栓副施加扭矩的扭矩加載裝置(10);所述底座(3)上開有用于卡合連接所述待測(cè)試螺栓(7)的螺栓頭的孔，所述螺栓軸力承接裝置由從下到上依次設(shè)置且供待測(cè)試螺栓(7)從下到上依次穿過的下剛性墊板(4)、彈性鋼套筒(5)和上剛性墊板(6)組成，所述螺母(11)螺紋連接在待測(cè)試螺栓(7)穿出到上剛性墊板(6)的一端，所述上墊片(15)設(shè)置在上剛性墊板(6)與螺母(11)之間，所述下墊片(16)設(shè)置在待測(cè)試螺栓(7)的螺栓頭與下剛性墊板(4)之間，所述彈性鋼套筒(5)的外壁上對(duì)稱粘貼有第一電阻應(yīng)變片(8)和第二電阻應(yīng)變片(9)，所述第一電阻應(yīng)變片(8)和第二電阻應(yīng)變片(9)串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀(I)的接線柱A連接，所述第一電阻應(yīng)變片(8)和第二電阻應(yīng)變片(9)串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀(I)的接線柱B連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:包括粘貼在與螺栓軸力承接裝置置于同一工作環(huán)境下的溫度補(bǔ)償鐵(12)上的第一溫度補(bǔ)償片(13)和第二溫度補(bǔ)償片(14)，所述第一溫度補(bǔ)償片(13)和第二溫度補(bǔ)償片(14)串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀(I)的接線柱B連接，所述第一溫度補(bǔ)償片(13)和第二溫度補(bǔ)償片(14)串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀(I)的接線柱C連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述扭矩加載裝置(10)為電子數(shù)顯扭力扳手。
4.按照權(quán)利要求1所述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述應(yīng)變測(cè)試儀(I)為DH3818靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，所述DH3818靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀(I)通過串口與計(jì)算機(jī)(2)相接。
5.按照權(quán)利要求1所述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述下剛性墊板(4)、彈性鋼套筒(5)和上剛性墊板(6)均與所述待測(cè)試螺栓(7)的螺桿過盈配合。
6.按照權(quán)利要求1所述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述彈性鋼套筒(5)的高度為30mm~57mm，所述彈性鋼套筒(5)的壁厚為IOmm~14臟。
7.按照權(quán)利要求1所述的火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量測(cè)定裝置，其特征在于:所述下剛性墊板(4)的厚度和上剛性墊板(6)的厚度均為8mm~12mm。
8.一種利用如權(quán)利要求1所述裝置對(duì)火災(zāi)后高強(qiáng)螺栓連接預(yù)緊力松弛量進(jìn)行測(cè)定的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、標(biāo)記待測(cè)試螺栓(7)過火后的松弛狀態(tài)，其具體過程如下: 步驟101、組裝所述螺栓軸力承接裝置:首先，將下墊片(16)套在待測(cè)試螺栓(7)上，并將待測(cè)試螺栓(7)從下到上依次穿過下剛性墊板(4)、彈性鋼套筒(5)和上剛性墊板(6)，接著，將上墊片(15)套在待測(cè)試螺栓(7)上穿出到上剛性墊板(6)的一端，并將螺母(11)螺紋連接在待測(cè)試螺栓(7)穿出到上剛性墊板(6)的一端，然后，將待測(cè)試螺栓(7)的螺栓頭卡合連接到底座(3)上開有的孔中，固定好待測(cè)試螺栓(7)； 步驟102、按照編號(hào)為GB50205-2001的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定的對(duì)待測(cè)試螺栓(7)施加預(yù)拉力值Ptl的要求，根據(jù)公式Ttl=PtlClKci計(jì)算得到需要對(duì)由待測(cè)試螺栓(7)、螺母(11)、上墊片(15)和下墊片(16)構(gòu)成的螺栓副施加的初始扭矩Ttl，并采用扭矩加載裝置(10)給由待測(cè)試螺栓(7)、螺母(11)、上墊片(15)和下墊片(16)構(gòu)成的螺栓副施加初始扭矩T0 ;其中，d為待測(cè)試螺栓(7)的公稱直徑，K0為常溫下待測(cè)試螺栓(7)的扭矩系數(shù)； 步驟103、對(duì)步驟101中組裝好的所述螺栓軸力承接裝置實(shí)施溫度為W的過火試驗(yàn)，再冷卻至室溫；其中，W的取值范圍為100°C~600°C ； 步驟104、在彈性鋼套筒(5)的外壁上對(duì)稱粘貼第一電阻應(yīng)變片(8)和第二電阻應(yīng)變片(9)，并將第一電阻應(yīng)變片(8)和第二電阻應(yīng)變片(9)串聯(lián)后的一端與應(yīng)變測(cè)試儀(I)的接線柱A連接，將第一電阻應(yīng)變片(8)和第二電阻應(yīng)變片(9)串聯(lián)后的另一端與應(yīng)變測(cè)試儀(1)的接線柱B連接； 步驟105、將應(yīng)變測(cè)試儀(I)與計(jì)算機(jī)(2)連接，并對(duì)應(yīng)變測(cè)試儀(I)進(jìn)行調(diào)零； 步驟二、測(cè)定過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓(7)的扭矩系數(shù)，其具體過程如下: 步驟201、先采用扭矩加載裝置(10)對(duì)實(shí)施了溫度為W的過火試驗(yàn)后的由待測(cè)試螺栓(7)、螺母(11)、上墊片(15)和下墊片(16)構(gòu)成的螺栓副進(jìn)行卸載，再進(jìn)行n次分級(jí)加載，每次分級(jí)加載過程中，第一電阻應(yīng)變片(8)和第二電阻應(yīng)變片(9)對(duì)彈性鋼套筒(5)產(chǎn)生的軸向應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將所檢測(cè)到的信號(hào)輸出給應(yīng)變測(cè)試儀(1)，應(yīng)變測(cè)試儀(I)對(duì)第一電阻應(yīng)變片(8)和第二電阻應(yīng)變片(9)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到各級(jí)加載扭矩下彈性鋼套筒(5)的軸向應(yīng)變并傳輸給計(jì)算機(jī)(2);其中，n的取值為2~30的自然數(shù)；步驟202、將各級(jí)加載扭矩輸入計(jì)算機(jī)(2)，并在計(jì)算機(jī)(2)中建立第i級(jí)加載扭矩Ti與彈性鋼套筒(5)的軸向應(yīng)變e ,的對(duì)應(yīng)直線關(guān)系式Ai=GEAdKw) e ^PffClKff ;其中，EA為彈性鋼套筒(5)的抗拉剛度，Kff為進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓(7)的扭矩系數(shù)，Pff為進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓(7)的螺栓軸力，i的取值為I~n的自然數(shù)；步驟203、所述計(jì)算機(jī)(2)采用最小二乘法對(duì)各加載扭矩和對(duì)應(yīng)的彈性鋼套筒(5)的軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，得到擬合直線Ti=GEAdKw)εi+ JPwClKw的斜率k=_EAdKw和截距b=PwdKw； 步驟204、所述計(jì)算機(jī)(2)根據(jù)公式kw=-k/ead計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待
測(cè)試螺栓(7)的扭矩系數(shù)kw; 步驟三、計(jì)算過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓(7)的預(yù)緊力松弛量，其具體過程如下:步驟301、所述計(jì)算機(jī)(2)根據(jù)公式pw=b/dkw計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓(7)的軸力Pw ； 步驟302、所述計(jì)算機(jī)(2)根據(jù)公式Ps=PcrPw計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓(7)的預(yù)緊力松弛量Ps，其中，P。為步驟102中對(duì)待測(cè)試螺栓(7)施加的預(yù)拉力值。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該方法在步驟三之后還包括以下步驟: 步驟四、計(jì)算過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓(7)的預(yù)緊力松弛系數(shù):所述計(jì)算機(jī)(2)根據(jù)公式β=ps/p0計(jì)算得到進(jìn)行溫度為W的過火試驗(yàn)后待測(cè)試螺栓(7)的預(yù)緊力松弛系數(shù)3。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于:步驟103中所述冷卻至室溫采用自然冷卻或噴 水冷卻的冷卻方式。
【文檔編號(hào)】G01L5/24GK103776579SQ201410056933
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】陳建鋒, 周天華 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)
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