鋼結構用栓接板滑移試件工作性能分析

王勇WANG Yong；劉鐘LIU Zhong；王浩WANG Hao；田鵬TIAN Peng

（①國家網架及鋼結構產品質量監督檢驗中心，徐州 221006；②中國礦業大學力學與建筑工程學院，徐州 221116；③連云港市房屋安全鑒定管理中心，連云港 222001；④徐州市勘察測繪研究院，徐州 221012）

（①National Space Frame and Steel Structures Quality Supervision and Inspection Center，Xuzhou 221006，China；②School of Mechanics &Civil Engineering，CUMT，Xuzhou 221116，China；③Lianyungang Center of Building Safety Identification and Management，Lianyungang 222001，China；④Xuzhou Surveying and Mapping Research Institute，Xuzhou 221012，China）

0 引言

在抗滑移系數檢測的過程中，現行的規范規定，在試驗機中發生以下情況之一時，所對應的荷載可定為試件的滑移荷載：①試驗機發生回針現象；②試件側面畫線發生錯動；③X-Y 記錄儀上曲線發生突變；④試件突然發生“嘣”的響聲。以上的判據在實際的操作中，經常被夾頭打滑、試件的軸線與試驗機中心不嚴格對中等諸多不利因素造成滑移假象所影響，經常造成誤判或錯判。本文通過自行設計裝置對此展開相關分析與研究。

1 總體設計

根據目前抗滑移試驗的判據和滑移階段研究的要求，擬定了檢測參數：壓力、上、下滑移和溫度。根據研究目的和現實情況，按照圖1 步驟進行。

圖1 滑移階段研究步驟

2 試驗設備設計及研制

2.1 機械電子設計 根據需要，機械電子方面需要解決如下三個問題：①位移傳感器的安裝和固定；②油壓傳感器的安裝固定；③數據采集系統的安裝和固定。

2.1.1 位移傳感器的安裝和固定 采用三維設計軟件PRO/E 設計出位移傳感器的固定裝置。整個固定裝置分為三個部分：上芯板傳感器固定架、下芯板傳感器固定架，側板連接架。上下固定架起到固定傳感器在芯板上的作用，側板連接架起到連接上下位移傳感器的作用。整個位移試驗裝置的設計三維模型及實物裝置如圖2、3 所示。

圖2 三維模型

圖3 實物裝置

2.1.2 油壓傳感器的安裝固定 油壓傳感器的安裝固定，采用了一個三通進行連接，如圖4，將油壓傳感器安裝在了試驗機油缸的底部進油口位置上。

2.1.3 數據采集系統的安裝和固定 數據采集系統由計算機和數據采集卡及外圍線路組沖，如圖5，數據采集系統采用USB 口與計算機相連，結構簡單緊湊。

圖4 油壓傳感器

圖5 數據采集箱

2.2 軟件設計 數據采集及儲存軟件的設計采用了Visual C++6.0，數據儲存采用excel 格式，采用了曲線智能顯示技術，能夠顯示試驗裝置各個傳感器的實時數據。試驗軟件除了能夠對本試驗需要的力值和滑移量進行檢測和記錄外，還具備對聲音、圖像、現場溫度的記錄功能，并且具備表盤設備的虛擬界面。

3 試驗研究

3.1 栓接板參數 采用100 噸萬能液壓試驗機，抗滑移試件表面處理方式為拋丸處理。螺栓采用了常用的M20，試驗中采用了開環控制和閉環控制兩種方式。

3.2 開環控制試驗結果 開環控制下，得到的一組抗滑移試件的時間—荷載關系曲線，如圖6 所示。

圖6 開環控制下荷載—時間曲線

從曲線可以明顯得到，約在55 秒的時刻上部力值突然下降，隨后又立刻出現小幅度上升現象，這種突然地變化就是回針現象，回針幅度超過50kN，從此種現象就可以判斷試件已經滑移，并且判定滑移荷載應該是荷載的極大值。

3.3 閉環控制試驗結果 在閉環恒加載控制下得到的一組抗滑移試件的荷載—時間曲線，如圖7 所示。

由圖7 可以得到，閉環控制下的回針時間比較短，與圖6 比較，測試數據變化更為平和，回針幅較小。通過對突變位置的局部放大得到如圖8。閉環控制下的突變，荷載突變大小約為35kN，而且突變的時間間隔非常短，因此開環控制下滑移處的拐點比閉環控制下的更加明顯，更利于判斷。

3.4 開環控制滑移荷載分析 開環控制下一組試件試驗數據采集結果如圖9 所示。

由圖9 得到：

①在位移-時間曲線中，上面曲線變化比下面曲線變化幅度大得多，表明滑移發生在上夾頭。

圖9 抗滑移試驗荷載、位移—時間曲線圖

②上位移曲線有一個曲線有一個曲線下降過程，即在約35s 前，位移曲線平直，荷載曲線基本上為線性增加趨勢，表明這段區間沒有滑移跡象；在約35～55s 之間，力值增加基本呈現線性增加的趨勢，55s 處達到荷載最大值，該值即為滑移荷載，而位移曲線則出現曲線下降趨勢，這表明時間開始滑移，但摩擦力沒有被克服；55～65s 荷載和位移突然下降，表明摩擦力被克服，滑移繼續；65s 后荷載又緩慢上升，位移基本無變化，說明螺栓頂住孔壁，滑移終止。

③栓接板試件的滑移先于儀表盤回針現象，初始滑移點對應的荷載約為240kN，回針點對應的荷載約265kN，回針點數值比實際初始滑移對應荷載大約為10%。

4 試驗結論

通過對栓接板工作性能研究得到以下結論：

①自行研制的設備檢測栓接板滑移系數是可行的，能夠很好地反映出試件的整個工作狀態；

②栓接板試件滑移先于試驗機回針，回針點對應的荷載比初始滑移點對應的荷載高約10%；

③現行規范規定的滑移荷載不是真正意義上的滑移荷載，若準確判斷滑移的發生，檢測滑移量的變化更為合理。

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