鋼結(jié)構(gòu)螺栓抗滑移連接件滑移系數(shù)檢測(cè)*

周 雨，王 勇，田 鵬，謝 東，王 浩

（1.徐州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇 徐州 221000；2.中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221006；3.中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇 徐州 221006）

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)螺栓抗滑移連接件進(jìn)行抗滑移系數(shù)檢測(cè)，檢測(cè)人員主觀判斷抗滑移載荷，以此為判據(jù)評(píng)定螺栓抗滑移連接件的抗滑移載荷。測(cè)驗(yàn)過程中，測(cè)驗(yàn)人員因試驗(yàn)機(jī)部件磨損產(chǎn)生的異響、測(cè)驗(yàn)疲勞產(chǎn)生的視覺錯(cuò)覺等因素影響，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求易產(chǎn)生誤判。根據(jù)智能制造和科技興檢的要求，本文通過自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)機(jī)輔助試驗(yàn)裝置及其軟件操作系統(tǒng)，在抗滑移測(cè)試驗(yàn)中進(jìn)行閉環(huán)控制，并對(duì)此展開研究。

1 試驗(yàn)機(jī)輔助設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)

目前抗滑移試驗(yàn)采用拉力試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)人員需依據(jù)視覺觀察時(shí)間-力值曲線是否發(fā)生突變判斷試驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)時(shí)間-力值曲線進(jìn)行標(biāo)注測(cè)量，得出試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)過程中，夾雜人為因素干擾，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度影響較大。為排除人為因素干擾，增加輔助測(cè)量裝置。輔助裝置測(cè)量栓接板腹板的實(shí)際滑移量，準(zhǔn)確檢出栓接板腹板發(fā)生滑移的時(shí)間點(diǎn)，依據(jù)時(shí)間-力值曲線，經(jīng)過分析處理，檢出對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的力值即為抗滑移載荷。

1.1 總體試驗(yàn)方案

根據(jù)以上抗滑移系數(shù)檢測(cè)試驗(yàn)方法要求，需采集拉力試驗(yàn)機(jī)橫梁之間的拉力。拉力試驗(yàn)機(jī)下橫梁固定，上橫梁通過油壓驅(qū)動(dòng)，沿支撐柱對(duì)栓接板腹板施加拉力，通過測(cè)量上橫梁驅(qū)動(dòng)油壓即可換算抗滑移載荷。另外通過微位移傳感器采集兩腹板位移量，在發(fā)生滑移現(xiàn)象時(shí)，形成負(fù)反饋信號(hào)，達(dá)到試驗(yàn)閉環(huán)控制目的?？傮w試驗(yàn)方案如圖1所示。

圖1 總體試驗(yàn)方案

1.2 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)

根據(jù)總體試驗(yàn)方案及輔助設(shè)備采集數(shù)據(jù)需求，輔助設(shè)備需進(jìn)行機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。輔助設(shè)備的機(jī)電結(jié)構(gòu)用于安裝微位移傳感器，微位移傳感器采用彈簧復(fù)位直線位移傳感器，其最高精度可達(dá)0.0050～0.0001 mm。

1）機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輔助設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 2，3所示，通過SOLIDWORKS三維軟件設(shè)計(jì)，用于安裝位移傳感器，采集栓接板兩腹板的位移量。輔助裝置采用滑塊雙導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，位移傳感器固定于滑塊上隨滑塊一起運(yùn)動(dòng)。位移傳感器的伸縮桿上套有彈簧，通過滑塊上觸針與栓接板的腹板形成剛性間接觸碰。腹板發(fā)生滑移時(shí)，伸縮桿在彈簧彈力作用下帶動(dòng)滑塊移動(dòng)，位移傳感器發(fā)出突變信號(hào)。油壓傳感器安裝于拉力試驗(yàn)機(jī)上橫梁進(jìn)油管處用于采集油管油壓。通過P L C采集兩微位移傳感器信號(hào)和上橫梁油壓傳感器信號(hào)，傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

圖2 輔助設(shè)備安裝

圖3 抗滑移試件安裝在試驗(yàn)機(jī)上

2）數(shù)據(jù)采集

軟件系統(tǒng)采用LabVIEW編寫的人機(jī)交互界面。試驗(yàn)中，人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示栓接板腹板的位移量曲線及載荷（由油壓換算）曲線；試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存為Excel格式文件，以便于后期數(shù)據(jù)分析。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 抗滑移試驗(yàn)

抗滑移試驗(yàn)采用100 t液壓拉力試驗(yàn)機(jī)，輔助裝置固定于栓接板翼板，高強(qiáng)度螺栓抗滑移試件按照日常試驗(yàn)方法安裝于液壓拉力試驗(yàn)機(jī)鉗口中。試驗(yàn)開始后，當(dāng)輔助裝置中的1個(gè)位移傳感器發(fā)出信號(hào)后，繼續(xù)試驗(yàn)2 s停止試驗(yàn)，保存試驗(yàn)曲線及時(shí)序數(shù)據(jù)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

閉環(huán)控制試驗(yàn)過程，當(dāng)兩個(gè)位移傳感器都發(fā)生位移信號(hào)，得到的時(shí)間-載荷曲線，現(xiàn)隨機(jī)選取1組特征曲線進(jìn)行分析，如圖4所示。

圖4 雙位移時(shí)間-載荷曲線

由圖4分析得知，從試驗(yàn)開始至試驗(yàn)時(shí)間40 s，載荷力值曲線平穩(wěn)上升，2條位移曲線抖動(dòng)但未發(fā)生明顯變化。液壓拉力試驗(yàn)機(jī)工作過程中，抗滑移試件和輔助裝置發(fā)生振動(dòng)，影響傳感器信號(hào)穩(wěn)定，出現(xiàn)位移曲線抖動(dòng)現(xiàn)象。

至試驗(yàn)41 s時(shí)，載荷力值發(fā)生第1次突變，同時(shí)上位移曲線發(fā)生突變，可判定上腹板發(fā)生滑移。位移曲線發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)即為上腹板最大荷載時(shí)間點(diǎn)，對(duì)應(yīng)時(shí)間坐標(biāo)的載荷力值即為上腹板最大荷載。但下腹板位移曲線未發(fā)生突變，據(jù)此下腹板未發(fā)生滑移，繼續(xù)試驗(yàn)，上腹板高強(qiáng)度壓緊螺栓承受剪力，發(fā)生剪切螺栓現(xiàn)象。

至試驗(yàn)47 s時(shí)，載荷力值曲線發(fā)生第2次突變，同時(shí)下位移曲線發(fā)生突變，可判定下腹板發(fā)生滑移。位移曲線發(fā)生突變的時(shí)間點(diǎn)即為下腹板最大載荷時(shí)間點(diǎn)，對(duì)應(yīng)時(shí)間坐標(biāo)的載荷力值即為下腹板最大荷載。上下腹板都發(fā)生了滑移，其高強(qiáng)度壓緊螺栓均承受剪力。

結(jié)合實(shí)際工程及標(biāo)準(zhǔn)要求，在抗滑移試件一側(cè)腹板發(fā)生滑移現(xiàn)象，即可判定抗滑移試件的滑移載荷，計(jì)算抗滑移系數(shù)。據(jù)此把試驗(yàn)機(jī)設(shè)置為載荷力值和位移曲線發(fā)生第1次突變后2 s停止試驗(yàn)，時(shí)間荷載曲線如圖5所示。

3 結(jié)語

圖5 時(shí)間-荷載曲線

1）輔助裝置優(yōu)化了現(xiàn)用的拉力試驗(yàn)機(jī)，使拉力試驗(yàn)機(jī)更加智能化、自動(dòng)化，可提高鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓抗滑移系數(shù)檢測(cè)試驗(yàn)的過程質(zhì)量和高強(qiáng)度螺栓連接件抗滑移系數(shù)檢測(cè)試驗(yàn)精度。

2）輔助裝置可自動(dòng)判定抗滑移連接件的滑移時(shí)間點(diǎn)及抗滑移載荷，避免試驗(yàn)人員對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行人為因素干擾，降低抗滑移試驗(yàn)的誤判率。