一種電磁式斜拉索疲勞試驗的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種電磁式斜拉索疲勞試驗機，用于斜拉索試件的疲勞測試，包括底座、磁性振動機構、彈性傳力機構以及用于錨固斜拉索試件兩端的第一橫向固定支架、第二橫向固定支架；所述磁性振動機構包括電磁鐵、振動條、線圈，振動條的一端安裝在底座上，另一端則穿過線圈后懸置于電磁鐵所產生的磁場中心，線圈與產生交變電流的電源連接；彈性傳力機構設置在斜拉索試件與振動條之間。因此，本發明通過受交變電流磁化的振動條在磁場做往復運動，使斜拉索試件循環受力，引起斜拉索的疲勞效應。改變電流大小以及改變振動條與磁場的接觸面積，可模擬不同應力幅作用下的疲勞試驗；改變斜拉索的縱向空間，可模擬不同長度的斜拉索試件。
【專利說明】一種電磁式斜拉索疲勞試驗機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電磁式斜拉索疲勞試驗機，屬于結構試驗領域。
【背景技術】
[0002]近年來，由于斜拉橋的大量修建及其跨度的不斷增大，斜拉索的長度也隨之不斷加大。由于斜拉索的柔性特征和對環境載荷(例如:強臺風、交通載荷、的響應，將引起斜拉索的劇烈振動而導致相應的疲勞損傷。據美國土木工程學會(ASCE、的統計，80%~90%的鋼結構破壞與疲勞損傷有關。因此，對斜拉索的疲勞損傷進行研究具有重要的意義。
[0003]對于等幅載荷作用下斜拉索疲勞研究，我們可以利用材料的S-N曲線來估算在不同應力水平下到達破壞所經歷的循環次數。然而，針對兩個或更多應力水平下循環加載，就無法直接使用S-N曲線來估算其壽命了，還必須借助于疲勞累積損傷準則，但對于疲勞累積損傷的研究已持續了數十年之久，至今未能得出一個令人滿意的統一模型。而實際的斜拉索往往處于復雜受力狀態，因此仍需要通過大量實驗，研究斜拉索疲勞損傷規律。
[0004]目前針對斜拉索疲勞實驗研究，主要基于實橋健康監測系統，但由于健康監測系統側重于橋梁整體結構狀態的安全性，影響因素較多，不能進行單因素分析。因此并不能有效的進行斜拉索的疲勞研究。 [0005]基于以上情況，有必要提出一種新型的室內斜拉索疲勞試驗機。
【發明內容】
[0006]發明目的:本發明針對斜拉橋中的關鍵構件斜拉索，提供一種電磁式斜拉索疲勞試驗機。
[0007]技術方案:為解決上述技術問題，本發明的斜拉索疲勞試驗機采用如下技術方案:
一種電磁式斜拉索疲勞試驗機，用于斜拉索試件的疲勞測試，包括底座、試件固定機構、磁性振動機構、彈性傳力機構；所述試件固定機構包括兩組橫向放置的固定支架，分別為第一橫向固定支架、第二橫向固定支架，斜拉索試件的兩端分別通過錨具與第一橫向固定支架、第二橫向固定支架錨固；所述磁性振動機構包括電磁鐵、振動條、線圈，振動條的一端安裝在底座上，另一端則穿過線圈后懸置于電磁鐵所產生的磁場中心，所述線圈與產生交變電流的電源連接；所述彈性傳力機構包括第一傳力彈簧、第二傳力彈簧，該第一傳力彈簧、第二傳力彈簧之間連接電子測力計，且第一傳力彈簧與斜拉索試件連接，而第二傳力彈簧則與振動條連接，同時第一傳力彈簧、第二傳力彈簧的彈性伸縮方向與斜拉索試件的長度方向一致。
[0008]作為本發明的進一步改進，本發明所述第一橫向固定支架包括門形鋼架，該門形鋼架包括橫梁以及分別與橫梁兩端連接的兩根門柱，每根門柱的端部均通過滑動導輪機構與一根縱向導軌可移動連接，所述的滑動導輪機構包括基塊以及間隔地安裝在基塊的塊體表面的滑輪，且所述基塊與縱向導軌邊緣相鄰的兩端面分別配裝有固定塊，縱向導軌對應固定塊的位置設置固定塊孔，所述的固定塊孔在縱向導軌的延伸方向上至少設置一個。
[0009]作為本發明的進一步改進，本發明所述門形鋼架的橫梁上開設有一排試件孔，而第二橫向固定支架對應于門形鋼架的橫梁上所開設的試件孔開設孔洞；所述斜拉索試件的兩端分別與門形鋼架的橫梁上相應的試件孔以及第二橫向固定支架上的孔洞通過錨具錨固。
[0010]作為本發明的進一步改進，本發明所述振動條包括振動條片，該振動條片沿其自身延伸方向開設一個以上的彈簧孔洞；所述第二傳力彈簧與對應的彈簧孔洞連接。
[0011]作為本發明的進一步改進，本發明所述振動條通過橫向移動裝置與底座連接，該橫向移動裝置包括安裝在底座上的橫向導軌、橫向移動塊以及螺桿，所述橫向導軌的鋪設方向與振動條的延伸方向一致，且橫向導軌沿其中部開設一排螺桿固定孔；所述振動條通過螺栓組件安裝在橫向移動塊上，且橫向移動塊與橫向導軌可滑動連接；螺桿的一端與振動條螺紋配合連接，另一端穿過橫向移動塊后與橫向導軌上的相應螺桿固定孔鎖緊。
[0012]作為本發明的進一步改進，本發明所述電磁鐵通過導線連通電流。
[0013]根據以上的技術方案，相對于現有技術，本發明具有以下的優點:
一、可模擬不同長度的斜拉索試件，通過改變縱向移動裝置的縱向位移，調節斜拉索兩端固定錨具的距離，以模擬不同規格的斜拉索試件。二、具有多種應力調節方式，一方面可通過改變電磁鐵兩端的電流大小，使磁場強度變化，進而振動片的受力改變，最終使斜拉索承受的應力幅改變，另一方面可通過改變橫向移動裝置的橫向位移，受磁化的振動條與磁場的接觸面積，使振動片整體受力改變，從而調節應力幅；
由此可知,本發明通過受交變電流磁化的振動條在磁場做往復運動,使斜拉索試件循環受力，引起斜拉索的疲勞效應。改變電流大小以及改變振動條與磁場的接觸面積，可模擬不同應力幅作用下的疲勞試驗；改變斜拉索的縱向空間，可模擬不同長度的斜拉索試件。為斜拉索疲勞試驗研究提供了新的方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明電磁式斜拉索疲勞試驗機俯視圖；
圖2為本發明電磁式斜拉索疲勞試驗機振動條的局部示意圖；
圖3為本發明電磁式斜拉索疲勞試驗機側視圖；
圖4a為本發明所述門形鋼架的結構示意圖；圖仙是縱向導軌的局部示意圖；
圖5a為本發明所述橫向導軌的結構示意圖；圖5b是用于將振動條通過橫向移動塊固定在導軌上的螺桿的結構示意圖；
圖1中，1、電磁鐵；2、振動條；3、第一橫向固定支架；4、第二橫向固定支架；5、第一傳力彈簧；6、電子測力計；7、第二傳力彈簧；8、導線；9、斜拉索試件；10、應變計；11、錨具；
圖2中，2a、振動條片；2a、彈黃孔洞；
圖3中，12、橫向移動塊；13、螺栓；14、螺桿；15、線圈；16、電極；17、交變電流；18、導軌機構；19、底座；
圖4a、4b中,4a、縱向導軌；4b、固定塊孔；4c、固定塊；4d、滑輪；4e、試件孔；4f、門形鋼架；4g、基塊；
圖5a、5b中，18a、橫向導軌；18b、；螺桿固定孔。【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0016]如圖1、3所示，本疲勞試驗機的核心部分主要包括電磁鐵1、振動條13、線圈15、電極16、交變電流17、第一傳力彈簧5 ;電子測力計6、第二傳力彈簧7。其原理是受磁化的振動條13在電磁鐵I所產生磁場作用下，振動條往復振動。由于振動條的一段設置了線圈15，線圈內通入交變電流17，而交變電流的電流方向每個周期要變化兩次，導致振動條被磁化后的磁極要發生變化，因此電磁鐵對它的作用力的方向也要發生變化，由此引發連接在振動條上的彈簧4循環受力，彈簧最終將循環作用力傳遞至斜拉索。改變輸入電磁鐵的電流大小，可改變振動片所處環境中的磁場強度，使振動片受力改變，從而振動幅度改變，最終導致試件所受的應力幅改變。
[0017]所述彈性傳力機構包括第一傳力彈簧、第二傳力彈簧，該第一傳力彈簧、第二傳力彈簧之間連接電子測力計，且第一傳力彈簧與斜拉索試件連接，而第二傳力彈簧則與振動條連接，同時第一傳力彈簧、第二傳力彈簧的彈性伸縮方向與斜拉索試件的長度方向一致，振動條產生的循環作用力，首先傳至第一傳力彈簧，經過電子測力計傳至第二傳力彈簧。由于斜拉索的是柔性結構，在進行疲勞試驗時需要施加一初始預拉力，不同的疲勞試驗需要不同大小的初始預拉力，預拉力大小可由電子測力計反映。
[0018]如圖1所示，疲勞試驗機底部主要由底座19與導軌機構18構成，導軌機構包括橫向導軌18a，其上設置橫向移動塊12，并將利用螺栓13將振動條固定在橫向移動塊上，當橫向移動塊發生移動時，將引發振動條與電磁鐵的接觸面積發生改變，從而振動條的振動幅度改變，最終導致試件所受的應力幅改變。為了保證實驗過程中疲勞試驗機的穩定性，應力幅調節完畢后，需要固定橫向移動塊，因此在橫向導軌的中部設置了一定數量的螺桿固定孔，如圖5a、5b所示，通過上下均有螺紋的螺桿14分別與振動條、橫向導軌上的任一螺桿固定孔螺紋連接，以將橫向移動塊固定在橫向導軌的某一位置。
[0019]如圖2所示，振動條主要由振動條片與彈簧孔洞組成，當橫向移動塊發生移動時，將帶動傳力彈簧以及振動條的移動，因此在振動條片2a上設置了一定數量的彈簧孔洞，具體實驗時首先根據橫向移動塊的移動距離選擇合適的彈簧孔洞后，然后將第二彈簧末端穿過彈簧孔洞2b，最后通過夾具使第二彈簧與振動條連接，使傳力順暢。
[0020]如圖4a、4b所示，縱向移動裝置主要包括縱向導軌4a、固定塊孔4b、固定塊4c、滑輪4d、試件孔4e、門形鋼架4f、基塊4g。斜拉索試件通過錨具11固定在第一橫向固定支架3與第二橫向固定支架4之間。門形鋼架底部與基塊相連，基塊上分別集成了滑輪與固定塊，滑輪底部設置導軌，并在兩側導軌邊緣分別設置了固定塊孔。一方面滑輪可沿導軌伸長方向自由移動，調節疲勞試驗機的縱向空間，滿足不同長度的斜拉索試件；另一方面調節完畢后，將基塊上的固定塊落入相應的固定塊孔，使兩個方向的平動自由度約束，可達到固定的效果。同時，當橫向移動塊發生移動時，也將帶動試件的移動，因此在第一橫向固定支架3與第二橫向固定支架4分別設置一定數量的試件孔。
【權利要求】
1.一種電磁式斜拉索疲勞試驗機，用于斜拉索試件的疲勞測試，其特征在于，包括底座、試件固定機構、磁性振動機構、彈性傳力機構；所述試件固定機構包括兩組橫向放置的固定支架，分別為第一橫向固定支架、第二橫向固定支架，斜拉索試件的兩端分別通過錨具與第一橫向固定支架、第二橫向固定支架錨固；所述磁性振動機構包括電磁鐵、振動條、線圈，振動條的一端安裝在底座上，另一端則穿過線圈后懸置于電磁鐵所產生的磁場中心，所述線圈與產生交變電流的電源連接；所述彈性傳力機構包括第一傳力彈簧、第二傳力彈簧，該第一傳力彈簧、第二傳力彈簧之間連接電子測力計，且第一傳力彈簧與斜拉索試件連接，而第二傳力彈簧則與振動條連接，同時第一傳力彈簧、第二傳力彈簧的彈性伸縮方向與斜拉索試件的長度方向一致。
2.根據權利要求1所述電磁式斜拉索疲勞試驗機，其特征在于，所述第一橫向固定支架包括門形鋼架，該門形鋼架包括橫梁以及分別與橫梁兩端連接的兩根門柱，每根門柱的端部均通過滑動導輪機構與一根縱向導軌可移動連接，所述的滑動導輪機構包括基塊以及間隔地安裝在基塊的塊體表面的滑輪，且所述基塊與縱向導軌邊緣相鄰的兩端面分別配裝有固定塊，縱向導軌對應固定塊的位置設置固定塊孔，所述的固定塊孔在縱向導軌的延伸方向上至少設置一個。
3.根據權利要求2所述電磁式斜拉索疲勞試驗機，其特征在于，所述門形鋼架的橫梁上開設有一排試件孔，而第二橫向固定支架對應于門形鋼架的橫梁上所開設的試件孔開設孔洞；所述斜拉索試件的兩端分別與門形鋼架的橫梁上相應的試件孔以及第二橫向固定支架上的孔洞通過錨具錨固。
4.根據權利要求1所述電磁式斜拉索疲勞試驗機，其特征在于，所述振動條包括振動條片，該振動條片沿其自身延伸方向開設一個以上的彈簧孔洞；所述第二傳力彈簧與對應的彈簧孔洞連接。
5.根據權利要求1所述電磁式斜拉索疲勞試驗機，其特征在于，所述振動條通過橫向移動裝置與底座連接，該橫向移動裝置包括安裝在底座上的橫向導軌、橫向移動塊以及螺桿，所述橫向導軌的鋪設方向與振動條的延伸方向一致，且橫向導軌沿其中部開設一排螺桿固定孔；所述振動條通過螺栓組件安裝在橫向移動塊上，且橫向移動塊與橫向導軌可滑動連接；螺桿的一端與振動條螺紋配合連接，另一端穿過橫向移動塊后與橫向導軌上的相應螺桿固定孔鎖緊。
6.根據權利要求1所述電磁式斜拉索疲勞試驗機，其特征在于，所述電磁鐵通過導線連通電流。
【文檔編號】G01N3/38GK104034616SQ201410235528
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】吉伯海, 朱偉, 傅中秋, 楊沐野 申請人:河海大學