曾 偉 董曉宇

（北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029）

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是對(duì)外出口以及國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大，包括鐵路及公路橋梁，工程大口徑輸水管道及污水處理設(shè)備，房屋建筑等工程中已廣泛采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，極大地促進(jìn)了我國(guó)預(yù)應(yīng)力鋼材的生產(chǎn)和應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力鋼材是終身處于高應(yīng)力狀態(tài)下材料，使用工況復(fù)雜，為保證工程結(jié)構(gòu)的安全，將破斷力與軸向拉伸體試驗(yàn)測(cè)得的最大力進(jìn)行比較，是鋼絞線重要的力學(xué)指標(biāo)之一。ISO 組織于2000 年制定了試驗(yàn)方法（ISO15630－3：2000）。我國(guó)也已將偏斜拉伸性能評(píng)定作為技術(shù)要求列入預(yù)應(yīng)力鋼材的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，并于2008年制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 21839－2008。一些大型橋梁工程在預(yù)應(yīng)力鋼材招標(biāo)中，甚至規(guī)定了嚴(yán)于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的偏斜拉伸性能要求。這都必將促進(jìn)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼材偏斜拉伸試驗(yàn)設(shè)備的需求。因此，該試驗(yàn)設(shè)備的研制，在預(yù)應(yīng)力鋼材生產(chǎn)、貿(mào)易、使用、質(zhì)量檢測(cè)等領(lǐng)域有較為廣闊的市場(chǎng)。

該試驗(yàn)機(jī)是測(cè)定大規(guī)格預(yù)應(yīng)力鋼絞線承受偏斜拉伸載荷能力的專用測(cè)試設(shè)備，主要適用于大規(guī)格（直徑φ17.8、φ22.8、φ28.6）預(yù)應(yīng)力鋼絞線偏斜拉伸性能的測(cè)試。測(cè)試時(shí)被測(cè)鋼絞線試樣繞過規(guī)定直徑的彎芯，使之偏斜20°角時(shí)進(jìn)行拉伸，直到至少一根組成鋼絲破斷，將其破斷力與軸向拉伸試驗(yàn)測(cè)得的最大力進(jìn)行比較的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，符合國(guó)標(biāo)GB／T 21839－2008要求，可以迅速準(zhǔn)確地評(píng)定試樣偏斜拉伸性能，保證工程結(jié)構(gòu)安全。

偏斜拉伸試驗(yàn)原理是用5根鋼絞線試樣，來確定最大力的偏斜系數(shù)。試樣固定在與芯軸成20°角的偏斜裝置上進(jìn)行軸向拉伸試驗(yàn)。

1 設(shè)計(jì)原則

滿足國(guó)標(biāo)GB／T 21839－2008規(guī)定，試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有足夠剛度的剛性機(jī)架，以滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)要求；最大可靠拉力為1000kN；運(yùn)行穩(wěn)定，具有自動(dòng)加荷，自動(dòng)記錄功能。

2 機(jī)構(gòu)組成

試驗(yàn)機(jī)由承載力裝置、錨固裝置、加荷裝置和控制裝置組成，如圖1所示。

2.1 承載力裝置

2.1.1 尺寸

試驗(yàn)機(jī)承載力裝置的尺寸應(yīng)符合圖2和如下規(guī)定。

L1（1000±50）mm；L2≥750mm；α：20°±0.5°

芯軸軸線應(yīng)垂直于活動(dòng)錨具、固定錨具和芯軸中心組成的平面。

圖1 偏斜拉伸試驗(yàn)機(jī)總裝圖

圖2偏斜拉伸原理圖

2.1.2 承載箱體設(shè)計(jì)

承載箱體是由特殊設(shè)計(jì)的幾何形狀，滿足試驗(yàn)承載需求的焊接加工件制成，要求箱體兩端的定位口對(duì)中性能好，同時(shí)要保證在加載測(cè)試時(shí)鋼絞線中心線與定位基面之間的垂直度。

2.1.3 芯軸設(shè)計(jì)

彎芯是偏斜拉伸試驗(yàn)的關(guān)鍵部件（見圖3），本機(jī)設(shè)計(jì)配備三種規(guī)格的彎芯，以滿足不同規(guī)格鋼絞線的測(cè)試需要。芯軸材料為工具鋼制造。其化學(xué)成份、顯微組織及熱處理應(yīng)使其具有高韌性和高耐磨性能。

圖3 芯軸外形尺寸圖

根據(jù)ISO 6508－1 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的表面硬度應(yīng)達(dá)到58～62HRC。

新加工的芯軸凹槽表面，根據(jù)ISO4287規(guī)定的表面粗糙度Ra，最大值為1.6μm。芯軸尺寸（見圖3）在表1 中給出。

表1 芯軸尺寸

芯軸應(yīng)剛性固定不能有任何旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。

2.2 錨固裝置

試樣兩端軸向中心線應(yīng)垂直于錨固夾頭的軸承平面，不正確的設(shè)計(jì)尺寸和定位會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的試驗(yàn)結(jié)果。

錨固夾頭應(yīng)滿足下列要求：

1）用這組夾具進(jìn)行軸向拉伸試驗(yàn)時(shí)應(yīng)達(dá)到按常規(guī)拉伸試驗(yàn)最大力的95%以上。

2）偏斜拉伸試驗(yàn)中，在90%最大力Fm時(shí)中心鋼絲與外層鋼絲的相對(duì)位移量應(yīng)小于0.5mm。

3）夾片與錨具夾胎之間的位移應(yīng)小于表1 中給出的值。

4）在試驗(yàn)過程中楔形夾片與錨具夾胎之間應(yīng)該是扣緊的，無任何活動(dòng)。

5）夾片的最小齒長(zhǎng)為鋼絞線直徑的2.5至3倍。

表2 夾片的位移量

2.3 加荷裝置

加荷設(shè)備帶有測(cè)力傳感器，按照ISO 7500－1標(biāo)準(zhǔn)校正，力值讀數(shù)大于滿量程的10%時(shí)精度等級(jí)應(yīng)至少為±1%。

加荷速度可調(diào)節(jié)，試驗(yàn)期間應(yīng)控制加荷速度，當(dāng)負(fù)荷上升到預(yù)計(jì)破斷負(fù)荷的50%時(shí)，加荷速度應(yīng)控制在30～60MPa／s，并保持到試樣斷裂。

加載系統(tǒng)設(shè)計(jì)為由穿心式千斤頂、高壓泵站、操作控制閥塊、比例控制閥等部件組成試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)。

1）穿心式千斤頂

表3 穿心式千斤頂技術(shù)參數(shù)

2）高壓泵站

表4 高壓泵站技術(shù)性能參數(shù)

2.4 控制裝置

本系統(tǒng)主要由檢測(cè)系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)速、驅(qū)動(dòng)、加減載功能，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)分析記錄功能。

2.4.1 檢測(cè)系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)主要包括高精度傳感器，標(biāo)準(zhǔn)變送器、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等。傳感器檢測(cè)試樣載荷經(jīng)過變送器變成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，由模擬量輸入和轉(zhuǎn)換模塊傳給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖4。

圖4 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2.4.2 液壓控制系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要包括泵站、比例溢流閥、電磁換向閥等。

通過比例溢流閥控制油管開口度，實(shí)現(xiàn)控制加載速度的目的，通過電磁換向閥控制油缸伸縮方向。

比例控制閥是本機(jī)的關(guān)鍵控制元件，是實(shí)現(xiàn)加荷速度控制的執(zhí)行元件，比例溢流閥的溢流量由計(jì)算機(jī)程序根據(jù)力值的大小和被測(cè)試鋼絞線的規(guī)格計(jì)算后輸出的，可有效地控制試驗(yàn)過程中的載荷增加速度，很好地滿足了偏斜拉伸試驗(yàn)方法的要求。

2.4.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過分析檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗(yàn)的目標(biāo)載荷、加載時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)加載速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)閉環(huán)控制。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到試樣載荷陡降10%以上時(shí)，判斷為式樣斷裂，立即停止實(shí)驗(yàn)并記錄破斷力值及其他參數(shù)。本系統(tǒng)還具有標(biāo)定、打印、讀取、保存等功能，能夠滿足試驗(yàn)要求。監(jiān)控系統(tǒng)畫面如圖5所示。

圖5 監(jiān)視系統(tǒng)畫面圖

2.5 技術(shù)指標(biāo)

表5 主要技術(shù)性能指標(biāo)

3 結(jié)論

XL－1000型偏斜拉伸試驗(yàn)機(jī)具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、易于維護(hù)等特點(diǎn)?？梢詽M足鋼絞線生產(chǎn)廠家及質(zhì)量檢驗(yàn)、監(jiān)督機(jī)構(gòu)等相關(guān)部門對(duì)鋼絞線偏斜拉伸性能的測(cè)試需求，全面符合國(guó)標(biāo)GB／T 21839－2008 要求，并投入實(shí)際運(yùn)行，工作正常。XL－1000型偏斜拉神試驗(yàn)機(jī)很好的滿足了大規(guī)格鋼絞線的偏斜拉伸試驗(yàn)要求，隨著國(guó)內(nèi)大規(guī)格絞線需求的增加，XL－1000型偏斜拉神試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用前景將更加廣闊。

［1］朱建國(guó)，張瑩等.鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼試驗(yàn)方法.國(guó)標(biāo)GB／T 21839－2008.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008

［2］段建華.預(yù)應(yīng)力鋼絞線松弛試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的探討.金屬制品，2010，Vol.36（1）.

［3］毛愛菊，劉立軍等.預(yù)應(yīng)力鋼材拉伸試驗(yàn)方法.施工技術(shù)，2004，Vol.33（7）.

［4］崔保健，李國(guó)新等.精密液壓壓力自動(dòng)發(fā)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì).液壓與氣動(dòng)，2005（9）.