实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统

1.本发明涉及腐蚀与应力耦合试验技术领域，特别是涉及一种实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统。


背景技术：

2.拉索钢丝是斜拉桥的主要承力构件，也是该类桥梁对腐蚀与断裂最为敏感的构件。尽管斜拉桥经过严格的设计与施工，但突发事故仍时有发生。拉索钢丝既可能在湿热、盐雾和酸雨等环境下腐蚀劣化，也可能在长期工作状态下产生疲劳损伤，且两者互相耦合促进，导致拉索钢丝产生结构性能变化，从而应力性能降低，影响正常使用。
3.在服役期间拉索拉索钢丝受环境侵蚀、材料老化和荷载的综合作用，不可避免地导致结构的损伤累积和抗力衰减，将严重影响拉索拉索钢丝的安全性能和使用寿命。目前，针对拉索钢丝在单独环境腐蚀或疲劳荷载作用下的疲劳理论、劣化机理及耐久性评估已有较为深入的研究，但是一般用于应力腐蚀研究的反力架均采用整体焊接结构，这会导致拆卸困难，甚至不得不将拉索钢丝进行拉拔或切割，导致在拆卸拉索钢丝的过程中引起钢丝损伤，对拉索钢丝整体的受力性能有一定程度的影响。并且，现有技术在腐蚀-应力耦合作用下的应力实时监测研究较少。


技术实现要素：

4.基于现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统，包括：反力架、盐雾腐蚀箱、液压千斤顶、压力传感器和处理器；
7.待监测拉索钢丝安装在所述反力架上；所述压力传感器安装在所述待监测钢丝上；安装有所述待监测拉索钢丝的反力架置于所述盐雾腐蚀箱中；所述盐雾腐蚀箱和所述压力传感器均与所述处理器电连接；
8.所述液压千斤顶用于张拉安装在所述反力架上的所述待监测拉索钢丝；所述盐雾腐蚀箱用于对所述待监测拉索钢丝进行盐雾腐蚀；所述压力传感器用于实时检测所述待监测拉索钢丝绳受到的不同张力和不同盐雾腐蚀条件下的应力值；所述处理器用于根据所述压力传感器检测得到的应力值、不同张力和不同盐雾腐蚀条件下的待监测拉索钢丝的拉伸试验结果。
9.优选地，所述反力架为可拆卸反力架。
10.优选地，所述反力架包括螺杆、螺帽和钢板；
11.所述钢板通过螺帽与所述螺杆固定连接。
12.优选地，所述钢板包括多个预设孔；
13.所述待监测拉索钢丝通过所述预设孔安装在所述反力架上。
14.优选地，还包括工具锚；
15.所述工具锚设置在所述钢板上；所述工具锚用于固定所述待监测拉索钢丝和所述压力传感器。
16.优选地，还包括显示器；
17.所述显示器与所述压力传感器电连接，用于显示压力传感器实时检测的应力值。
18.优选地，所述处理器为计算机。
19.优选地，所述压力传感器的个数与所述待监测拉索钢丝的个数相同。
20.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
21.本发明提供的实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统，包括：反力架、盐雾腐蚀箱、液压千斤顶、压力传感器和处理器；通过采用液压千斤顶张拉安装在反力架上的待监测拉索钢丝，采用盐雾腐蚀箱对待监测拉索钢丝进行盐雾腐蚀，采用压力传感器实时检测待监测拉索钢丝受到的不同张力和不同盐雾腐蚀条件下的应力值，采用处理器用于根据压力传感器检测得到的应力值、不同张力和不同盐雾腐蚀条件下的待监测拉索钢丝的拉伸试验结果，以实现不同腐蚀时刻所对应的拉索钢丝受力情况的实时记录，得到更加可靠、准确的腐蚀拉索钢丝力学性能试验数据，进而为应力腐蚀情况下拉索钢丝的安全性能评估和寿命预测提供更有价值的参考。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明提供的实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的反力架的结构示意图；
25.图3为本发明实施例提供的拉索钢丝加载测试结构图。
26.符号说明：
27.1-液压千斤顶，2-液压管，3-储油筒，4-多功能压把，5-注油孔，6-卸荷阀，7-工具锚，8-钢板，9-螺帽，10-螺杆，11-压力传感器，12-待监测拉索钢丝，13-盐雾腐蚀箱，14-导线，15-显示器。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统，以实时记录不同腐蚀时刻所对应的拉索钢丝受力情况，得到更加可靠、准确的腐蚀拉索钢丝力学性能试验数据，进而为应力腐蚀情况下拉索钢丝的安全性能评估和寿命预测提
供更有价值的参考。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.如图1至图3所示，本发明提供的实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统，包括：反力架、盐雾腐蚀箱13、液压千斤顶1、压力传感器11和处理器。
32.待监测拉索钢丝12安装在反力架上。压力传感器11安装在待监测拉索钢丝12上。安装有待监测拉索钢丝12的反力架置于盐雾腐蚀箱13中。盐雾腐蚀箱13和压力传感器11均与处理器电连接。其中，为了防止因腐蚀导致的数据不准确，在将安装有待监测拉索钢丝12的反力架置于盐雾腐蚀箱13中之前，需要通过保鲜膜和石蜡将工具锚7和压力传感器11进行密封。
33.液压千斤顶1用于张拉安装在反力架上的待监测拉索钢丝12。盐雾腐蚀箱13用于对待监测拉索钢丝12进行盐雾腐蚀。压力传感器11用于实时检测待监测拉索钢丝12受到的不同张力和不同盐雾腐蚀条件下的应力值。处理器用于根据压力传感器11检测得到的应力值。通过拉伸试验机对拆卸下来的拉索钢丝进行单向拉伸试验，得到不同张力和不同盐雾腐蚀条件下的待监测拉索钢丝12的拉伸试验结果。具体的，处理器记录整个实验过程中的所有数据：利用液压千斤顶1施加于各根拉索钢丝的初始预张力及腐蚀试验时各根拉索钢丝的应力、温度、腐蚀溶剂的种类和腐蚀时间。利用拉伸试验机对拉索钢丝进行单向拉伸试验得到拉索钢丝的腐蚀程度衡量值、拉索钢丝断裂时的最大力和力与位移曲线等。不同的腐蚀时间和应力大小对拉索钢丝的腐蚀程度不同，需区别对待。其中，本发明采用的处理器优选为计算机。压力传感器11的个数与待监测拉索钢丝12的个数相同。
34.如图3所示，通过操作多功能压把4使液压千斤顶1对待监测拉索钢丝12进行张拉，并通过与压力传感器11相连接的显示器15显示张拉应力。待监测拉索钢丝12张拉到指定数值后，卸下液压千斤顶1，用同样的方法张拉其他待监测拉索钢丝12。液压千斤顶1对某一根拉索钢丝进行张力加载后，液压千斤顶1可卸下，再对其他拉索钢丝进行张力加载。其中，液压千斤顶1通过液压管2与储油筒3连接，通过调节储油筒3上的多功能压把4，可以实现液压千斤顶1的张力输出。等到不需要张力加载时，可开启储油筒3上的卸荷阀6。此外，储油筒3上还设置有注油孔5。
35.所采用的盐雾腐蚀箱13包括腐蚀喷雾容器、腐蚀溶液箱和控制器。腐蚀喷雾容器通过控制器进行时间与温度的设置。腐蚀溶液箱和腐蚀喷雾容器通过管道相连。
36.为了提高待监测拉索钢丝12拉伸效果的实验效率，本发明上述采用的反力架为可拆卸反力架，如图2和图3所示，其优选包括螺杆10、螺帽9和钢板8。钢板8通过螺帽9与螺杆10固定连接，具体的，螺杆10穿过带圆孔钢板8，通过螺帽9固定。钢板8上优选设置有多个预设孔，以便待监测拉索钢丝12通过这些预设孔安装在反力架上。待试验完成后通过松动螺帽9，即可实现拉索钢丝的拆卸。其中预设孔优选为圆孔。
37.可拆卸反力架根据拉索钢丝12的尺寸和数量设计得到，其强度可满足多根拉索钢丝12同时进行应力腐蚀试验。为保证反力架的耐久性，螺杆10和螺帽9均采用不锈钢制作。
38.为了进一步确保数据监测的准确性，本发明提供的实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统还包括工具锚7。
39.工具锚7设置在钢板8上。具体的，工具锚7设置在钢板8的外侧壁上，以便于对待监
测拉索钢丝12、液压千斤顶1和压力传感器11进行固定。实验完成后，用套筒对工具锚7进行拆卸，避免了切割拉索钢丝对反力架的损害，随后对应力腐蚀后的拉索钢丝进行单向拉伸试验。
40.为了便于数据的实时观测，如图1所示，本发明上述提供的实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统还包括显示器15。显示器15分别与每一个压力传感器11通过导线14连接，用于显示压力传感器11实时检测的应力值。
41.在采用上述提供的实时监测静力腐蚀下拉索钢丝受力性能的可拆卸试验系统进行实验的操作流程是：
42.将待监测拉索钢丝12穿过压力传感器11、钢板8后，用工具锚7将待监测拉索钢丝12固定在反力架上。
43.将施加好应力的待监测拉索钢丝12连同反力架放入盐雾腐蚀箱13内进行盐雾腐蚀。
44.通过控制盐雾腐蚀箱13内的腐蚀时间和腐蚀温度，得到不同腐蚀程度的拉索钢丝。
45.通过压力传感器11实时记录腐蚀过程中拉索待监测拉索钢丝12的应力变化。
46.通过单向拉伸试验绘制力与位移曲线，得到拉伸试验结果。
47.再进一步，实验过程的操作流程可进一步细化为：
48.步骤一：首先在各螺杆10两端分别安装螺帽9，其次将安有螺帽9的螺杆10穿过钢板8，接下来用螺帽9将钢板8固定平整，实现反力架的安装。
49.步骤二：将待监测拉索钢丝12依次穿过压力传感器11、钢板8和液压千斤顶1，通过工具锚7将拉索钢丝两端与反力架固定在一起。通过液压管2和多功能压把4将拉索钢丝张拉到指定应力状态，卸下液压千斤顶1再张拉其他拉索钢丝。
50.步骤三：将工具锚7和压力传感器11采用保鲜膜和石蜡进行密封，使其免受腐蚀。
51.步骤四：将张拉好拉索钢丝试样的反力架放置在盐雾腐蚀箱13，并连接好压力传感器11和显示器15，向盐雾腐蚀箱13加入腐蚀溶液，通过盐雾腐蚀箱13的控制器控制腐蚀环境的时间和温度进行腐蚀实验，得到应力腐蚀的拉索钢丝，并实时监测腐蚀过程中拉索钢丝应力数据的变化。
52.步骤五：将腐蚀拉索钢丝从反力架上拆卸下来，并进行清理腐蚀物、测量重量与几何尺寸等工作。
53.步骤六：通过静力拉伸试验机对不同腐蚀时长的拉索钢丝进行静力拉伸试验，记录试验数据，绘制力与位移曲线。
54.综上，本发明以传统液压千斤顶为基础，通过与盐雾腐蚀箱结合，较为妥善地解决了腐蚀与应力的耦合,可以实现对拉索钢丝应力的实时监测，以及在拆卸过程中尽可能的不损害拉索钢丝，使所得应力腐蚀拉索钢丝的力学性能数据与采用传统的反力架试验结果相比，更符合拉索钢丝在实际环境下的服役特性。反力架采用螺杆和螺帽设计，使张拉拉索钢丝的工具锚便于拆卸，避免切割拉索钢丝时对反力架的损害，使拉索钢丝应力腐蚀试验更规范。现有应力腐蚀研究多集中在构件受腐蚀后的断口形貌研究，本发明通过实时监测应力腐蚀拉索钢丝的应力变化，得到腐蚀拉索钢丝的应力规律，填补了拉索钢丝应力腐蚀过程中应力变化规律的空白。本发明以腐蚀时间为变量设置对照组，通过考察不同腐蚀时
间在相同应力大小作用下，应力腐蚀拉索钢丝的力与位移曲线，评价应力腐蚀下拉索钢丝的承载能力和安全性，最后对拉索钢丝进行寿命评估。
55.因此，本发明对服役拉索单根钢丝的力学性能分析、安全评定与剩余寿命预测具有极为重要的学术意义和实用价值，解决了现有应力腐蚀试验不能对腐蚀过程中的拉索钢丝进行实时监测和拆卸问题。
56.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
57.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。