火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置及方法，其裝置包括應變測試儀、計算機、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置且供待測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試螺栓穿出到上剛性墊板的一端，彈性鋼套筒的外壁上對稱粘貼有第一電阻應變片和第二電阻應變片。其方法包括步驟：一、標記待測試螺栓過火后的松弛狀態；二、測定過火試驗后待測試螺栓的扭矩系數；三、計算過火試驗后待測試螺栓的預緊力松弛量。本發明測定精度高，測定結果能夠為鋼結構火災后安全性能評估及加固處理提供參考依據，避免了浪費，也減少了安全隱患，實用性強。
【專利說明】火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高強螺栓連接性能研究【技術領域】，具體是涉及一種火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置及方法。
【背景技術】
[0002]高強螺栓連接由于其構造簡單，施工方便，承載力高，便于拆卸等優點，已成為現代鋼結構連接的一種重要形式，廣泛應用于工業與民用建筑、橋梁工程、水利水電工程等。與普通螺栓不同，高強度螺栓工作原理是通過對連接副施以設計預拉力，將被連接板件緊固連接在一起，連接剛度大，承載力高。預拉力對螺栓副起緊固作用，通常又稱預緊力，其大小會影響連接的安全可靠性，尤其對高強螺栓摩擦型連接，預拉力的大小直接關系到連接的承載力。
[0003]火災作為一種多發災害，對鋼結構損傷尤為嚴重。高強螺栓連接的損傷乃至失效是鋼結構遭受火災作用常見的損傷破壞形式。高溫火災作用使得高強螺栓連接材料機械性能，受力以及緊固狀態發生復雜的非線性變化，直接影響其安全承載性能。目前國內外對高強螺栓力學性能的研究主要針對常溫和高溫下，以及非受力狀態高強螺栓火災后力學性能研究。
[0004]現有研究成果對鋼結構抗火設計起到了很好的指導作用。但對于火災后高強螺栓由于缺乏系統的研究，工程中常常對高強螺栓連接過火后，即要求更換螺栓，或只要螺栓無松動，即認為是安全，反之，則予以更換的簡單處理方式。前者偏保守，將造成浪費；后者偏不安全，會造成安全隱患。因此，研究高強度螺栓連接火災后的受力性能十分必要與迫切。常溫下高強螺栓扭矩系數及預緊力通常采用軸力計測定。測定時，將待測試螺栓副置入軸力計，扭矩扳手施加扭矩T,軸力計中自帶軸力傳感器，同步記錄扭矩T及對應軸力P,當軸
力達到規范要求值時，代入公式I=!計算扭`矩系數，其中，d為待測螺栓的公稱直徑。傳
統軸力計采用壓力傳感器測定軸力，其最大特點是集成了扭矩及軸力的采集，可同步測定記錄所加扭矩及螺栓桿對應軸力；同時，待測螺栓被施加扭矩后在軸力計中處于緊固狀態，要取出來，需完全卸載；常溫下測定扭矩系數，采用此裝置簡單方便。但是，對于高溫后高強螺栓連接預緊力損失則無法采用軸力計測定。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、設計合理、實現方便、使用操作便捷的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，其特征在于:包括應變測試儀、與應變測試儀相接的計算機、用于固定待測試螺栓的底座和用于承接待測試螺栓的軸力的螺栓軸力承接裝置，以及用于給由待測試螺栓、螺母、上墊片和下墊片構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置且供待測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試螺栓穿出到上剛性墊板的一端，所述上墊片設置在上剛性墊板與螺母之間，所述下墊片設置在待測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稱粘貼有第一電阻應變片和第二電阻應變片，所述第一電阻應變片和第二電阻應變片串聯后的一端與應變測試儀的接線柱A連接，所述第一電阻應變片和第二電阻應變片串聯后的另一端與應變測試儀的接線柱B連接。
[0007]上述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，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境下的溫度補償鐵上的第一溫度補償片和第二溫度補償片，所述第一溫度補償片和第二溫度補償片串聯后的一端與應變測試儀的接線柱B連接，所述第一溫度補償片和第二溫度補償片串聯后的另一端與應變測試儀的接線柱C連接。
[0008]上述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，其特征在于:所述扭矩加載裝置為電子數顯扭力扳手。
[0009]上述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，其特征在于:所述應變測試儀為DH3818靜態應變測試儀，所述DH3818靜態應變測試儀通過串口與計算機相接。
[0010]上述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，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試螺栓的螺桿過盈配合。
[0011]上述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，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]上述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，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]本發明還提供了一種步驟簡單、實現方便、測定精度高的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0014]步驟一、標記待測試螺栓過火后的松弛狀態，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，將下墊片套在待測試螺栓上，并將待測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試螺栓穿出到上剛性墊板的一端，然后，將待測試螺栓的螺栓頭卡合連接到底座上開有的孔中，固定好待測試螺栓；
[0016]步驟102、按照編號為GB50205-2001的國家標準《鋼結構工程施工質量驗收規范》中規定的對高強螺栓施加預拉力值Ptl的要求，根據公式Ttl=PtlClKci計算得到需要對由待測試螺栓、螺母、上墊片和下墊片構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試螺栓、螺母、上墊片和下墊片構成的螺栓副施加初始扭矩Ttl;其中，d為待測試螺栓的公稱直徑，K0為常溫下待測試螺栓的扭矩系數；
[0017]步驟103、對步驟101中組裝好的所述螺栓軸力承接裝置實施溫度為W的過火試驗，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稱粘貼第一電阻應變片和第二電阻應變片，并將第一電阻應變片和第二電阻應變片串聯后的一端與應變測試儀的接線柱A連接，將第一電阻應變片和第二電阻應變片串聯后的另一端與應變測試儀的接線柱B連接；
[0019]步驟105、將應變測試儀與計算機連接，并對應變測試儀進行調零；
[0020]步驟二、測定過火試驗后待測試螺栓的扭矩系數，其具體過程如下:
[0021]步驟201、先采用扭矩加載裝置對實施了溫度為W的過火試驗后的由待測試螺栓、螺母、上墊片和下墊片構成的螺栓副進行卸載，再進行n次分級加載，每次分級加載過程中，第一電阻應變片和第二電阻應變片對彈性鋼套筒產生的軸向應變進行實時檢測并將所檢測到的信號輸出給應變測試儀，應變測試儀對第一電阻應變片和第二電阻應變片檢測到的信號進行分析處理，得到各級加載扭矩下彈性鋼套筒的軸向應變并傳輸給計算機；其中，n的取值為2~30的自然數； [0022]步驟202、將各級加載扭矩輸入計算機，并在計算機中建立第i級加載扭矩Ti與彈性鋼套筒的軸向應變e i的對應直線關系式K-EAdKw) e JPwClKw ;其中，EA為彈性鋼套筒的抗拉剛度，Kw為進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓的扭矩系數，Pw為進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓的螺栓軸力，i的取值為I~n的自然數；
[0023]步驟203、所述計算機采用最小二乘法對各加載扭矩和對應的彈性鋼套筒的軸向應變數據進行直線擬合，得到擬合直線Ti=GEAdKw) e ^PffClKff的斜率k=_EAdKw和截距b=PwdKw；
[0024]步驟204、所述計算機根據公式Iw =^77計算得到進行溫度為W的過火試驗后
LAd
待測試螺栓的扭矩系數Kw;
[0025]步驟三、計算過火試驗后待測試螺栓的預緊力松弛量，其具體過程如下:
[0026]步驟301、所述計算機根據公式計算得到進行溫度為W的過火試驗后
待測試螺栓的軸力Pw ；
[0027]步驟302、所述計算機根據公式Ps=PcrPw計算得到進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓的預緊力松弛量Ps，其中，Ptl為步驟102中對待測試螺栓施加的預拉力值。
[0028]上述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定方法，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、計算過火試驗后待測試螺栓的預緊力松弛系數:所述計算機根據公式濘計算得到進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓的預緊力松弛系數3。
Z0
[0030]上述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定方法，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]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0032]1、本發明測定裝置的結構簡單，設計合理，實現方便，使用操作便捷。
[0033]2、本發明測定裝置中將第一電阻應變片和第二電阻應變片對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力產生的應變，有助于提高火災后高強高強螺栓連接預緊力松弛量的測定精度。
[0034]3、本發明通過設置第一溫度補償片和第二溫度補償片，能夠抵消測試環境溫度對測試結果的影響，有助于提高火災后高強高強螺栓連接預緊力松弛量的測定精度。[0035]4、本發明的螺栓軸力承接裝置與待測試螺栓形成了自反力平衡體系，實時檢測彈性鋼套筒產生的軸向應變，就能夠實時記錄待測試螺栓在火災后的預緊力大小，進一步得到待測試螺栓在火災后的預緊力松弛量，測定方法的步驟簡單，實現方便。
[0036]5、本發明能夠方便地用于火災后高強高強螺栓連接預緊力松弛量的測定，測定結果能夠為鋼結構火災后安全性能評估及加固處理提供參考依據，避免了浪費，也減少了安全隱患，實用性強，推廣應用價值高。
[0037]綜上所述，本發明實現方便，使用操作便捷，測定精度高，測定結果能夠為鋼結構火災后安全性能評估及加固處理提供參考依據，避免了浪費，也減少了安全隱患，實用性強，推廣應用價值高。
[0038]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明測定裝置的結構示意圖。
[0040]圖2為本發明測試彈性鋼套筒的軸向應變的半橋電路的原理圖。
[0041]圖3為本發明測定方法的方法流程圖。
[0042]圖4為型號為M16的高強螺栓經歷過火試驗后的預緊力松弛系數變化圖。
[0043]圖5為型號為M2 0的高強螺栓經歷過火試驗后的預緊力松弛系數變化圖。
[0044]圖6為型號為M22的高強螺栓經歷過火試驗后的預緊力松弛系數變化圖。
[0045]附圖標記說明:
[0046]I一應變測試儀；2—計算機；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—待測試螺栓；8—第一電阻應變片； 9一第二電阻應變片；
[0049]10—扭矩加載裝置； 11一螺母；12—溫度補償鐵；
[0050]13—第一溫度補償片；14一第二溫度補償片；15—上墊片；
[0051]16—下墊片。
【具體實施方式】
[0052]如圖1所示，本發明的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，包括應變測試儀1、與應變測試儀I相接的計算機2、用于固定待測試螺栓7的底座3和用于承接待測試螺栓7的軸力的螺栓軸力承接裝置，以及用于給由待測試螺栓7、螺母11、上墊片15和下墊片16構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置且供待測試螺栓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螺紋連接在待測試螺栓7穿出到上剛性墊板6的一端，所述上墊片15設置在上剛性墊板6與螺母11之間，所述下墊片16設置在待測試螺栓7的螺栓頭與下剛性墊板4之間，所述彈性鋼套筒5的外壁上對稱粘貼有第一電阻應變片8和第二電阻應變片9，所述第一電阻應變片8和第二電阻應變片9串聯后的一端與應變測試儀I的接線柱A連接，所述第一電阻應變片8和第二電阻應變片9串聯后的另一端與應變測試儀I的接線柱B連接。將第一電阻應變片8和第二電阻應變片9對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彎曲應力產生的應變。
[0053]本實施例中，本發明的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，還包括粘貼在與螺栓軸力承接裝置置于同一工作環境下的溫度補償鐵12上的第一溫度補償片13和第二溫度補償片14，所述第一溫度補償片13和第二溫度補償片14串聯后的一端與應變測試儀I的接線柱B連接，所述第一溫度補償片13和第二溫度補償片14串聯后的另一端與應變測試儀I的接線柱C連接。如圖2所示，應變測試儀I的接線柱A與接線柱D之間具有內阻R4，應變測試儀I的接線柱C與接線柱D之間具有內阻R3，這樣，第一電阻應變片8、第二電阻應變片9、第一溫度補償片13、第二溫度補償片14、內阻R4和內阻R3構成了測試彈性鋼套筒5的軸向應變的半橋電路；通過設置第一溫度補償片13和第二溫度補償片14，能夠抵消測試環境溫度對測試結果的影響。
[0054]本實施例中，所述扭矩加載裝置10為電子數顯扭力扳手，在施加扭矩時可以觀測到施加的扭矩大小值。所述應變測試儀I為DH3818靜態應變測試儀，所述DH3818靜態應變測試儀I通過串口與計算機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_。具體實施時,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經歷過火試驗后始終保持彈性工作性能。
[0055]另外，具體實施時，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，即均高于過火試驗的最高溫度，這樣才能保證過火試驗后下剛性墊板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定精度。
[0056]本發明的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定方法，包括以下步驟:
[0057]步驟一、標記待測試螺栓7過火后的松弛狀態，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套在待測試螺栓7上，并將待測試螺栓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螺紋連接在待測試螺栓7穿出到上剛性墊板6的一端，然后，將待測試螺栓7的螺栓頭卡合連接到底座3上開有的孔中，固定好待測試螺栓7 ；
[0059]步驟102、按照編號為GB50205-2001的國家標準《鋼結構工程施工質量驗收規范》中規定的對待測試螺栓7施加預拉力值Ptl的要求，根據公式Ttl=PtlClKci計算得到需要對由待測試螺栓7、螺母11、上墊片15和下墊片16構成的螺栓副施加的初始扭矩Ttl，并采用扭矩加載裝置10給由待測試螺栓7、螺母11、上墊片15和下墊片16構成的螺栓副施加初始扭矩Ttl ;其中，d為待測試螺栓7的公稱直徑，K0為常溫下待測試螺栓7的扭矩系數；
[0060]步驟103、對步驟101中組裝好的所述螺栓軸力承接裝置實施溫度為W的過火試驗，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的外壁上對稱粘貼第一電阻應變片8和第二電阻應變片9，并將第一電阻應變片8和第二電阻應變片9串聯后的一端與應變測試儀I的接線柱A連接，將第一電阻應變片8和第二電阻應變片9串聯后的另一端與應變測試儀I的接線柱B連接；
[0062]步驟105、將應變測試儀I與計算機2連接，并對應變測試儀I進行調零；
[0063]步驟二、測定過火試驗后待測試螺栓7的扭矩系數，其具體過程如下:
[0064]步驟201、先采用扭矩加載裝置10對實施了溫度為W的過火試驗后的由待測試螺栓7、螺母11、上墊片15和下墊片16構成的螺栓副進行卸載，再進行n次分級加載，每次分級加載過程中，第一電阻應變片8和第二電阻應變片9對彈性鋼套筒5產生的軸向應變進行實時檢測并將所檢測到的信號輸出給應變測試儀1，應變測試儀I對第一電阻應變片8和第二電阻應變片9檢測到的信號進行分析處理，得到各級加載扭矩下彈性鋼套筒5的軸向應變并傳輸給計算機2 ;其中，n的取值為2~30的自然數；所述螺栓軸力承接裝置與待測試螺栓7形成了自反力平衡體系，每次分級加載后，待測試螺栓7上產生的軸力，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產生軸向應變，彈性鋼套筒5上的軸力與待測試螺栓7上的軸力大小相等且方向相反，因此，實時檢測彈性鋼套筒5產生的軸向應變，就能夠實時記錄待測試螺栓7在火災后的預緊力大小，進一步得到待測試螺栓7在火災后的預緊力松弛量；
[0065]步驟202、將各級加載扭矩輸入計算機2，并在計算機2中建立第i級加載扭矩Ti與彈性鋼套筒5的軸向應變e ,的對應直線關系式K-EAdKw) e JPwClKw ;其中，EA為彈性鋼套筒5的抗拉剛度，Kff為進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓7的扭矩系數，Pff為進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓7的螺栓軸力，i的取值為I~n的自然數；具體地，E為制成彈性鋼套筒5的鋼材的彈性模量，火災前后無明顯變化，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`算機2采用最小二乘法對各加載扭矩和對應的彈性鋼套筒5的軸向應變數據進行直線擬合，得到擬合直線Ti=GEAdKw) e JPwClKw的斜率k=_EAdKw和截距b=PwdKw；
[0067]步驟204、所述計算機2根據公式=^7計算得到進行溫度為W的過火試驗后
EtAu
待測試螺栓7的扭矩系數Kw;
[0068]步驟三、計算過火試驗后待測試螺栓7的預緊力松弛量，其具體過程如下:
h
[0069]步驟301、所述計算機2根據公式= 計算得到進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓7的軸力Pw ；
[0070]步驟302、所述計算機2根據公式Ps=PcrPw計算得到進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓7的預緊力松弛量Ps，其中，Ptl為步驟102中對待測試螺栓7施加的預拉力值。
[0071]本實施例中，本發明的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定方法，在步驟三之后還包括以下步驟:步驟四、計算過火試驗后待測試螺栓7的預緊力松弛系數:所述計算機
2根據公式# = |計算得到進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓7的預緊力松弛系數
,(I
3 o
[0072]本實施例中，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。為了測試冷卻方式對火災后高強螺栓連接預緊力松弛量的影響，分別以型號為M16、M20和M22的高強螺栓為例，采用本發明的測定裝置及測定方法進行試驗，試驗得到型號為M16的高強螺栓經歷過火試驗后的預緊力松弛系數變化圖如圖4所示，型號為M20的高強螺栓經歷過火試驗后的預緊力松弛系數變化圖如圖5所示，型號為M22的高強螺栓經歷過火試驗后的預緊力松弛系數變化圖如圖6所示，從圖4、圖5和圖6可見，高強螺栓經歷相同溫度的過火試驗后，自然冷卻后預緊力松弛量比噴水冷卻后預緊力松弛量大，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)高強螺栓連接經歷了火災升溫和降溫冷卻過程后，預緊力有明顯松弛現象，經歷300°C的過火試驗再冷卻后預緊力損失約15%~40%，經歷500°C的過火試驗再冷卻后預緊力損失約90% ;因此，對過火溫度超過500°C時，建議更換高強螺栓；(2)螺栓型號的不同，對自然冷卻后高強螺栓連接預緊力松弛量影響不明顯，
[0074]對噴水冷卻后高強螺栓連接預緊力松弛量影響表現為螺栓螺桿直徑越小，
[0075]噴水冷卻后的預緊力松弛量越大。
[0076]為了驗證本發明的有效性，以型號為M20的高強螺栓為例，采用本發明的測定裝置及測定方法進行兩次試驗，測定得到該螺栓經歷溫度為300°C的過火試驗后的扭矩系數和軸力的值如表1所示:
[0077]表1 M20高強螺栓復測結果對比表
[0078]
【權利要求】
1.一種火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，其特征在于:包括應變測試儀(I)、與應變測試儀(I)相接的計算機(2)、用于固定待測試螺栓(7)的底座(3)和用于承接待測試螺栓(7)的軸力的螺栓軸力承接裝置，以及用于給由待測試螺栓(7)、螺母(11)、上墊片(15)和下墊片(16)構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置且供待測試螺栓(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)螺紋連接在待測試螺栓(7)穿出到上剛性墊板(6)的一端，所述上墊片(15)設置在上剛性墊板(6)與螺母(11)之間，所述下墊片(16)設置在待測試螺栓(7)的螺栓頭與下剛性墊板(4)之間，所述彈性鋼套筒(5)的外壁上對稱粘貼有第一電阻應變片(8)和第二電阻應變片(9)，所述第一電阻應變片(8)和第二電阻應變片(9)串聯后的一端與應變測試儀(I)的接線柱A連接，所述第一電阻應變片(8)和第二電阻應變片(9)串聯后的另一端與應變測試儀(I)的接線柱B連接。
2.按照權利要求1所述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，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境下的溫度補償鐵(12)上的第一溫度補償片(13)和第二溫度補償片(14)，所述第一溫度補償片(13)和第二溫度補償片(14)串聯后的一端與應變測試儀(I)的接線柱B連接，所述第一溫度補償片(13)和第二溫度補償片(14)串聯后的另一端與應變測試儀(I)的接線柱C連接。
3.按照權利要求1所述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，其特征在于:所述扭矩加載裝置(10)為電子數顯扭力扳手。
4.按照權利要求1所述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，其特征在于:所述應變測試儀(I)為DH3818靜態應變測試儀，所述DH3818靜態應變測試儀(I)通過串口與計算機(2)相接。
5.按照權利要求1所述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，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)均與所述待測試螺栓(7)的螺桿過盈配合。
6.按照權利要求1所述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，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.按照權利要求1所述的火災后高強螺栓連接預緊力松弛量測定裝置，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。
8.一種利用如權利要求1所述裝置對火災后高強螺栓連接預緊力松弛量進行測定的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、標記待測試螺栓(7)過火后的松弛狀態，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)套在待測試螺栓(7)上，并將待測試螺栓(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)螺紋連接在待測試螺栓(7)穿出到上剛性墊板(6)的一端，然后，將待測試螺栓(7)的螺栓頭卡合連接到底座(3)上開有的孔中，固定好待測試螺栓(7)； 步驟102、按照編號為GB50205-2001的國家標準《鋼結構工程施工質量驗收規范》中規定的對待測試螺栓(7)施加預拉力值Ptl的要求，根據公式Ttl=PtlClKci計算得到需要對由待測試螺栓(7)、螺母(11)、上墊片(15)和下墊片(16)構成的螺栓副施加的初始扭矩Ttl，并采用扭矩加載裝置(10)給由待測試螺栓(7)、螺母(11)、上墊片(15)和下墊片(16)構成的螺栓副施加初始扭矩T0 ;其中，d為待測試螺栓(7)的公稱直徑，K0為常溫下待測試螺栓(7)的扭矩系數； 步驟103、對步驟101中組裝好的所述螺栓軸力承接裝置實施溫度為W的過火試驗，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)的外壁上對稱粘貼第一電阻應變片(8)和第二電阻應變片(9)，并將第一電阻應變片(8)和第二電阻應變片(9)串聯后的一端與應變測試儀(I)的接線柱A連接，將第一電阻應變片(8)和第二電阻應變片(9)串聯后的另一端與應變測試儀(1)的接線柱B連接； 步驟105、將應變測試儀(I)與計算機(2)連接，并對應變測試儀(I)進行調零； 步驟二、測定過火試驗后待測試螺栓(7)的扭矩系數，其具體過程如下: 步驟201、先采用扭矩加載裝置(10)對實施了溫度為W的過火試驗后的由待測試螺栓(7)、螺母(11)、上墊片(15)和下墊片(16)構成的螺栓副進行卸載，再進行n次分級加載，每次分級加載過程中，第一電阻應變片(8)和第二電阻應變片(9)對彈性鋼套筒(5)產生的軸向應變進行實時檢測并將所檢測到的信號輸出給應變測試儀(1)，應變測試儀(I)對第一電阻應變片(8)和第二電阻應變片(9)檢測到的信號進行分析處理，得到各級加載扭矩下彈性鋼套筒(5)的軸向應變并傳輸給計算機(2);其中，n的取值為2~30的自然數；步驟202、將各級加載扭矩輸入計算機(2)，并在計算機(2)中建立第i級加載扭矩Ti與彈性鋼套筒(5)的軸向應變e ,的對應直線關系式Ai=GEAdKw) e ^PffClKff ;其中，EA為彈性鋼套筒(5)的抗拉剛度，Kff為進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓(7)的扭矩系數，Pff為進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓(7)的螺栓軸力，i的取值為I~n的自然數；步驟203、所述計算機(2)采用最小二乘法對各加載扭矩和對應的彈性鋼套筒(5)的軸向應變數據進行直線擬合，得到擬合直線Ti=GEAdKw)εi+ JPwClKw的斜率k=_EAdKw和截距b=PwdKw； 步驟204、所述計算機(2)根據公式kw=-k/ead計算得到進行溫度為W的過火試驗后待
測試螺栓(7)的扭矩系數kw; 步驟三、計算過火試驗后待測試螺栓(7)的預緊力松弛量，其具體過程如下:步驟301、所述計算機(2)根據公式pw=b/dkw計算得到進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓(7)的軸力Pw ； 步驟302、所述計算機(2)根據公式Ps=PcrPw計算得到進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓(7)的預緊力松弛量Ps，其中，P。為步驟102中對待測試螺栓(7)施加的預拉力值。
9.按照權利要求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、計算過火試驗后待測試螺栓(7)的預緊力松弛系數:所述計算機(2)根據公式β=ps/p0計算得到進行溫度為W的過火試驗后待測試螺栓(7)的預緊力松弛系數3。
10.按照權利要求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】G01L5/24GK103776579SQ201410056933
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月19日 優先權日:2014年2月19日
【發明者】陳建鋒, 周天華 申請人:長安大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
