專利名稱：一種用于螺栓力學(xué)特性試驗(yàn)的螺栓夾具結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑工程領(lǐng)域，尤其是一種用于研究螺栓力學(xué)特性的裝置。
背景技術(shù)：
鋼結(jié)構(gòu)與其他材料結(jié)構(gòu)相比，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、工業(yè)化程度高、工期短等眾多優(yōu)點(diǎn)，在房屋建筑、地下建筑、橋梁塔桅、海洋平臺、港口建筑、水工建筑等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。因?yàn)橛寐菟ㄟB接，裝拆方便，利于檢修，可以增加預(yù)緊力防止松動，且不會引起連接處材料相變，故螺栓連接廣泛地使用在鋼結(jié)構(gòu)中，甚至是出現(xiàn)在其他結(jié)構(gòu)的構(gòu)件連接中，例如盾構(gòu)隧道的管片連接。由于螺栓在結(jié)構(gòu)中起到非常重要的作用，所以螺栓設(shè)計(jì)也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。目前技術(shù)人員對螺栓的設(shè)計(jì)主要包括，對螺帽的自鎖設(shè)計(jì)和對螺桿的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。一般而言，通過選取適當(dāng)?shù)穆菁y間距、升角、線數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)均可以實(shí)現(xiàn)螺帽的自鎖設(shè)計(jì)，因此，普遍認(rèn)為螺栓均能滿足螺帽自鎖，螺栓的拉拔破壞主要由螺桿的抗拉破壞引起，因此目前對螺栓的強(qiáng)度測試也僅限于對螺桿的抗拉強(qiáng)度測試。事實(shí)上，螺栓除了螺桿的抗拉破壞外，還有螺帽與螺桿的之間的滑絲破壞，現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置和測試技術(shù)只能針對前一種破壞模式，第二種破壞模式是目前學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注的盲區(qū)，也沒有相關(guān)的測試裝置和技術(shù)對其進(jìn)行試驗(yàn)研究。然而，在實(shí)際工程中，存在相當(dāng)?shù)穆菟ɑz破壞的相關(guān)報(bào)道。所以，螺栓的滑絲破壞也不容忽視，工程需要對螺栓拉拔的力學(xué)特性進(jìn)行綜合、全面的評定。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述的技術(shù)缺陷和應(yīng)用時(shí)的不利影響，本發(fā)明的目的是提供一種用于螺栓拉拔力學(xué)特性試驗(yàn)的裝置，能定性地檢查不同規(guī)格的螺栓的滑絲現(xiàn)象，亦可研究螺桿的抗拉本構(gòu)模型。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于螺栓力學(xué)特性試驗(yàn)裝置的螺栓夾具結(jié)構(gòu)，包括通過多根立柱平行固定的底板和頂板，螺栓夾具裝置還包括一組墊片，每個(gè)墊片分別與不同規(guī)格的被測螺桿相匹配；頂板上固定有用于和試驗(yàn)機(jī)夾頭連接的夾持裝置，底板開有中央孔，與被測螺桿相匹配的墊片置于中央孔上，被測螺桿通過中央孔和墊片，與被測螺帽固定于墊片之上。夾持裝置為拉桿，拉桿垂直固定在頂板上進(jìn)一步，頂板與拉桿之間通過加勁肋板焊接連接。再進(jìn)一步，頂板與拉桿之間通過四塊加勁肋板焊接連接。更進(jìn)一步，立柱分布在底板和頂板的四角，在每個(gè)角上，立柱與底板和頂板通過內(nèi)外多個(gè)螺帽固定。本發(fā)明還公開了一種采用上述螺栓夾具結(jié)構(gòu)的螺栓力學(xué)特性試驗(yàn)裝置，包括螺桿伸長量測試裝置、相對滑移量測試裝置，相對滑移量測試裝置包括位移引出器、夾式引伸計(jì)和數(shù)據(jù)采集裝置，位移引出器一端固定于被測螺桿端部，夾式引伸計(jì)一端固定于被測螺帽側(cè)面，另一端固定于位移引出器的相應(yīng)位置上，數(shù)據(jù)采集裝置與夾式引伸計(jì)連接并采集滑動位移數(shù)據(jù)。螺桿伸長量測試裝置包括夾式引伸計(jì)和數(shù)據(jù)采集裝置，夾式引伸計(jì)的兩端固定于被測螺桿表面，數(shù)據(jù)采集裝置與夾式引伸計(jì)連接以采集荷載數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，位移引出器為兩級級套筒結(jié)構(gòu)，直徑較小端的直徑小于被測螺桿的內(nèi)徑，直徑較大端的直徑等于被測螺帽的內(nèi)切圓直徑，夾式引伸計(jì)固定在直徑較大端。進(jìn)一步，位移引出器為多級套筒結(jié)構(gòu)，直徑由小至大順序變大，直徑最小端的直徑小于被測螺桿的內(nèi)徑，夾式引伸計(jì)固定在直徑較大端且該處直徑等于被測螺帽的內(nèi)切圓直徑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果 本發(fā)明的螺栓螺桿拉拔力學(xué)特性試驗(yàn)裝置，能定性地檢查不同規(guī)格的普通螺栓以及高強(qiáng)螺栓，在螺桿未拉斷前是否發(fā)生滑絲現(xiàn)象，也能夠定量地研究發(fā)生滑絲現(xiàn)象的螺栓，其螺桿與螺帽之間的滑移本構(gòu)模型，亦可研究螺桿斷裂時(shí)的抗拉本構(gòu)模型。本發(fā)明對螺栓拉拔力學(xué)特性的研究較為全面，具有通用性廣、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和科研價(jià)值。


圖I為本發(fā)明試驗(yàn)裝置立面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明試驗(yàn)裝置的頂板俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明試驗(yàn)裝置的底板俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步描述。如圖I、圖2和圖3所示，本發(fā)明的試驗(yàn)裝置包括螺栓夾具結(jié)構(gòu)、螺桿伸長量測試裝置、螺桿與螺帽相對滑移量測試裝置。螺栓夾具結(jié)構(gòu)包括一塊中心開有中央孔的底板I、一塊頂板4、四根立柱3、十二個(gè)螺帽2、一個(gè)拉桿6、四塊加勁肋板5和一系列墊片8。底板I和頂板4通過四根立柱3平行固定，頂板4上垂直固定有用于和試驗(yàn)機(jī)夾頭連接的拉桿6。頂板4與拉桿6之間通過加勁肋板5采用焊縫連接，立柱3分布在底板I和頂板4的四角，在每個(gè)角上，通過內(nèi)外三個(gè)螺帽2固定。根據(jù)被測螺栓的尺寸規(guī)格，選擇相應(yīng)的墊片8。這里的拉桿6主要起到供試驗(yàn)機(jī)夾頭夾持并固定的作用，也可以為其它夾持裝置，譬如固定環(huán)、固定孔等等。螺桿伸長量采集裝置包括夾式引伸計(jì)11和配套的數(shù)據(jù)采集裝置(圖中未示出)。夾式引伸計(jì)的兩端用橡皮筋固定于被測螺桿7表面。相對滑移量測試裝置包括位移引出器10和夾式引伸計(jì)11，以及相應(yīng)的的數(shù)據(jù)采集裝置(圖中未示出)，用于測試被測螺桿7與被測螺帽9是否發(fā)生了相對位移。位移引出器10為二級套筒結(jié)構(gòu)，直徑較小端的直徑小于被測螺桿7的內(nèi)徑，直徑較大端的直徑等于被測螺帽9的內(nèi)切圓直徑。直徑較小端由膠水固定于被測螺桿7端部，夾式引伸計(jì)11的一端由橡皮筋固定于位移引出器10的直徑較大段，夾式引伸計(jì)11的另一端由橡皮筋固定于被測螺帽9側(cè)面。因?yàn)楫?dāng)前螺栓型號較多，故需要通過多個(gè)不同的大小規(guī)格的位移引出器10，即可對各種型號的的螺栓進(jìn)行試驗(yàn)。上述位移引出器10也可以是直徑逐步增大的多級套筒結(jié)構(gòu)，如此一個(gè)位移引出器10即可對應(yīng)多種規(guī)格的螺栓，此時(shí)位移引出器10的直徑最小端小于被測螺桿7的內(nèi)徑。測試時(shí)，只需將夾式引伸計(jì)11的一端固定在位移引出器10上相應(yīng)的位置，保證這個(gè)位置所對應(yīng)的直徑等于被測螺帽9的內(nèi)切圓直徑，若被測螺帽9為六角螺帽，則該內(nèi)切圓為六邊形的內(nèi)切圓。如圖1-3所示，本實(shí)施例試驗(yàn)步驟如下首先，被測螺桿7通過底板I的中央孔，再穿過與被測螺栓規(guī)格相匹配的墊片8，最后用被測螺帽9固定于墊片8之上。試驗(yàn)加載開始前，將拉桿6與萬能試驗(yàn)機(jī)的一夾頭固定，被測螺栓的螺桿7與試驗(yàn)機(jī)的另一夾頭固定。然后選擇與被測螺栓規(guī)格匹配的位移引出器10，將直徑較小的一端與被測螺桿7頂部固定，再將夾式引伸計(jì)11的一端夾在被測螺帽9側(cè)面，另一端夾在位移引出器10的直徑較大的一段，并將夾式引伸計(jì)11與配套的數(shù)據(jù)采集裝置連接。同時(shí)，將另一夾式引伸計(jì)11固定在被測螺桿7表面。 加載時(shí)，將萬能試驗(yàn)機(jī)的荷載傳感器與夾式引伸計(jì)11的數(shù)據(jù)采集裝置同步，以5kN/s-10kN/s的速率勻速加載，同步采集荷載和滑動位移數(shù)據(jù)，直到被測螺桿7拉斷或者被測螺帽9滑出，然后停止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，觀察被測螺桿7端部的螺紋，結(jié)合采集到的被測螺桿7滑動位移數(shù)據(jù)，定性的判斷螺栓在加載過程中是否發(fā)生了滑絲現(xiàn)象。如果被測螺桿7存在明顯劃痕，并且采集到的被測螺桿7滑動位移較大，那么顯然螺栓已經(jīng)發(fā)生了滑絲破壞，可通過同步采集的荷載和滑動位移建立螺栓滑絲破壞過程中螺桿與螺帽之間的滑移本構(gòu)模型。如果被測螺桿7螺紋段內(nèi)沒有滑絲痕跡而且采集到的被測螺桿7滑動位移幾乎為零，那么定性的認(rèn)為螺栓沒有滑絲破壞現(xiàn)象，根據(jù)被測螺桿7伸長量測試數(shù)據(jù)和荷載數(shù)據(jù)，即可獲取螺桿的抗拉本構(gòu)模型。本發(fā)明提出了一種全面研究螺栓拉拔破壞模式及其各種破壞模式下的力學(xué)本構(gòu)模型試驗(yàn)裝置，主要包括螺栓夾具結(jié)構(gòu)、螺桿伸長量測試裝置、螺桿與螺帽相對滑移量測試裝置。本發(fā)明通過螺栓夾具結(jié)構(gòu)，將螺栓連接到拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)；通過螺桿與螺帽的相對滑移量以及試驗(yàn)現(xiàn)象，定性判斷螺栓的拉拔破壞模式；通過螺桿伸長量和相對滑移量以及拉伸荷載數(shù)據(jù)，分別定量確定螺桿斷裂破壞模式和滑絲破壞模式下的力學(xué)本構(gòu)模型。上述的對實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。目前工程界常見的M16-M39的普通螺栓以及高強(qiáng)螺栓均可在本發(fā)明裝置上進(jìn)行試驗(yàn)，通過擴(kuò)大試驗(yàn)裝置的截面尺寸和材料強(qiáng)度亦可適尺寸更大、強(qiáng)度更高的螺栓測試試驗(yàn)。夾式引伸計(jì)11與被測螺桿7、位移引出器10之間用橡皮筋固定，僅是舉例，亦可采用其他方式固定，譬如膠粘、固定帶等。立柱3與頂班4、底板I之間，亦可以采用其它數(shù)目的螺帽連接，不限制為12個(gè)。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明的范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于螺栓力學(xué)特性試驗(yàn)裝置的螺栓夾具結(jié)構(gòu)，包括通過多根立柱(3)平行固定的底板(I)和頂板(4)，其特征在于 所述螺栓夾具裝置還包括一組墊片(8)，每個(gè)墊片(8)分別與不同規(guī)格的被測螺桿(7)相匹配； 所述頂板(4)上有用于和試驗(yàn)機(jī)夾頭連接的夾持裝置，所述底板(I)開有中央孔，與被測螺桿(7)相匹配的墊片(8)置于中央孔上，被測螺桿(7)通過所述中央孔和墊片(8)，與被測螺帽(9)固定于所述墊片(8)之上。
2.如權(quán)利要求I所述的螺栓夾具結(jié)構(gòu)，其特征在于所述夾持裝置為拉桿(6)，所述拉桿(6)垂直固定在所述頂板(4)上。
3.如權(quán)利要求2所述的螺栓夾具結(jié)構(gòu)，其特征在于所述頂板(4)與拉桿(6)之間通過加勁肋板(5)焊接連接。
4.如權(quán)利要求2所述的螺栓夾具結(jié)構(gòu)，其特征在于所述頂板(4)與拉桿(6)之間通過四塊加勁肋板(5)焊接連接。
5.如權(quán)利要求I所述的螺栓夾具結(jié)構(gòu)，其特征在于所述立柱(3)分布在所述底板(I)和頂板(4)的四角，在每個(gè)角上，立柱(3)與所述底板(I)和頂板(4)之間通過內(nèi)外多個(gè)螺帽(2)固定。
6.一種采用權(quán)利要求I所述的螺栓夾具結(jié)構(gòu)的螺栓力學(xué)特性試驗(yàn)裝置，包括螺桿伸長量測試裝置，其特征在于 所述試驗(yàn)裝置還包括相對滑移量測試裝置，所述相對滑移量測試裝置包括位移引出器(10)、夾式引伸計(jì)(11)和數(shù)據(jù)采集裝置， 所述位移引出器(10)—端固定于被測螺桿(7)端部，所述夾式引伸計(jì)(11) 一端固定于所述被測螺帽(9)側(cè)面，另一端固定于所述位移引出器(10)的相應(yīng)位置上，所述數(shù)據(jù)采集裝置與夾式引伸計(jì)(11)連接并采集滑動位移數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述螺桿伸長量測試裝置包括夾式引伸計(jì)(11)和數(shù)據(jù)采集裝置，所述夾式引伸計(jì)(11)的兩端固定于被測螺桿(7)表面，所述數(shù)據(jù)采集裝置與所述夾式弓I伸計(jì)(11)連接以采集荷載數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求6所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述位移引出器(10)為兩級級套筒結(jié)構(gòu)，直徑較小端的直徑小于被測螺桿(7)的內(nèi)徑，直徑較大端的直徑等于被測螺帽(9)的內(nèi)切圓直徑，所述夾式引伸計(jì)(11)固定在直徑較大端且該處直徑等于被測螺帽(9)的內(nèi)切圓直徑。
9.如權(quán)利要求6所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述位移引出器(10)為多級套筒結(jié)構(gòu)，直徑由小至大順序變大，直徑最小端的直徑小于被測螺桿(7)的內(nèi)徑，所述夾式引伸計(jì)(11)固定在直徑較大端且該處直徑等于被測螺帽(9)的內(nèi)切圓直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺栓力學(xué)特性試驗(yàn)裝置，包括螺桿伸長量測試裝置、螺栓夾具結(jié)構(gòu)、相對滑移量測試裝置，其中相對滑移量測試裝置包括位移引出器、夾式引伸計(jì)和數(shù)據(jù)采集裝置，位移引出器一端固定于被測螺桿端部，夾式引伸計(jì)一端固定于被測螺帽側(cè)面，另一端固定于位移引出器的相應(yīng)位置上，數(shù)據(jù)采集裝置與夾式引伸計(jì)連接并采集滑動位移數(shù)據(jù)。本發(fā)明能定性地檢查不同規(guī)格的螺栓在螺桿未拉斷前是否發(fā)生滑絲現(xiàn)象，也能夠定量地研究發(fā)生滑絲現(xiàn)象的螺栓，其螺桿與螺帽之間的滑移本構(gòu)模型，亦可研究螺桿的抗拉本構(gòu)模型。本發(fā)明對螺栓拉拔力學(xué)特性的研究較為全面，具有通用性廣、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和科研價(jià)值。
文檔編號G01N3/08GK102928291SQ20121041384
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者柳獻(xiàn), 張姣龍, 唐敏, 張浩立, 陸仁超, 劉書 申請人:同濟(jì)大學(xué)