鋼結(jié)構(gòu)螺栓抗滑移連接件滑移系數(shù)檢測*

周 雨，王 勇，田 鵬，謝 東，王 浩

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

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)對螺栓抗滑移連接件進行抗滑移系數(shù)檢測，檢測人員主觀判斷抗滑移載荷，以此為判據(jù)評定螺栓抗滑移連接件的抗滑移載荷。測驗過程中，測驗人員因試驗機部件磨損產(chǎn)生的異響、測驗疲勞產(chǎn)生的視覺錯覺等因素影響，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)計試驗機輔助試驗裝置及其軟件操作系統(tǒng)，在抗滑移測試驗中進行閉環(huán)控制，并對此展開研究。

1 試驗機輔助設(shè)備設(shè)計開發(fā)

目前抗滑移試驗采用拉力試驗機，試驗人員需依據(jù)視覺觀察時間-力值曲線是否發(fā)生突變判斷試驗結(jié)果，并對時間-力值曲線進行標(biāo)注測量，得出試驗結(jié)果。試驗過程中，夾雜人為因素干擾，對試驗結(jié)果準(zhǔn)確度影響較大。為排除人為因素干擾，增加輔助測量裝置。輔助裝置測量栓接板腹板的實際滑移量，準(zhǔn)確檢出栓接板腹板發(fā)生滑移的時間點，依據(jù)時間-力值曲線，經(jīng)過分析處理，檢出對應(yīng)時間點的力值即為抗滑移載荷。

1.1 總體試驗方案

根據(jù)以上抗滑移系數(shù)檢測試驗方法要求，需采集拉力試驗機橫梁之間的拉力。拉力試驗機下橫梁固定，上橫梁通過油壓驅(qū)動，沿支撐柱對栓接板腹板施加拉力，通過測量上橫梁驅(qū)動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，形成負(fù)反饋信號，達到試驗閉環(huán)控制目的?？傮w試驗方案如圖1所示。

圖1 總體試驗方案

1.2 輔助設(shè)備設(shè)計開發(fā)

根據(jù)總體試驗方案及輔助設(shè)備采集數(shù)據(jù)需求，輔助設(shè)備需進行機電結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件設(shè)計。輔助設(shè)備的機電結(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0.0050～0.0001 mm。

1）機電結(jié)構(gòu)設(shè)計

輔助設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)如圖 2，3所示，通過SOLIDWORKS三維軟件設(shè)計，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)軌機構(gòu)，位移傳感器固定于滑塊上隨滑塊一起運動。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，伸縮桿在彈簧彈力作用下帶動滑塊移動，位移傳感器發(fā)出突變信號。油壓傳感器安裝于拉力試驗機上橫梁進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和上橫梁油壓傳感器信號，傳輸給計算機進行數(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機上

2）數(shù)據(jù)采集

軟件系統(tǒng)采用LabVIEW編寫的人機交互界面。試驗中，人機界面實時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 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 抗滑移試驗

抗滑移試驗采用100 t液壓拉力試驗機，輔助裝置固定于栓接板翼板，高強度螺栓抗滑移試件按照日常試驗方法安裝于液壓拉力試驗機鉗口中。試驗開始后，當(dāng)輔助裝置中的1個位移傳感器發(fā)出信號后，繼續(xù)試驗2 s停止試驗，保存試驗曲線及時序數(shù)據(jù)。

2.2 試驗結(jié)果分析

閉環(huán)控制試驗過程，當(dāng)兩個位移傳感器都發(fā)生位移信號，得到的時間-載荷曲線，現(xiàn)隨機選取1組特征曲線進行分析，如圖4所示。

圖4 雙位移時間-載荷曲線

由圖4分析得知，從試驗開始至試驗時間40 s，載荷力值曲線平穩(wěn)上升，2條位移曲線抖動但未發(fā)生明顯變化。液壓拉力試驗機工作過程中，抗滑移試件和輔助裝置發(fā)生振動，影響傳感器信號穩(wěn)定，出現(xiàn)位移曲線抖動現(xiàn)象。

至試驗41 s時，載荷力值發(fā)生第1次突變，同時上位移曲線發(fā)生突變，可判定上腹板發(fā)生滑移。位移曲線發(fā)生突變的時間點即為上腹板最大荷載時間點，對應(yīng)時間坐標(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，上腹板高強度壓緊螺栓承受剪力，發(fā)生剪切螺栓現(xiàn)象。

至試驗47 s時，載荷力值曲線發(fā)生第2次突變，同時下位移曲線發(fā)生突變，可判定下腹板發(fā)生滑移。位移曲線發(fā)生突變的時間點即為下腹板最大載荷時間點，對應(yīng)時間坐標(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，其高強度壓緊螺栓均承受剪力。

結(jié)合實際工程及標(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，計算抗滑移系數(shù)。據(jù)此把試驗機設(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，時間荷載曲線如圖5所示。

3 結(jié)語

圖5 時間-荷載曲線

1）輔助裝置優(yōu)化了現(xiàn)用的拉力試驗機，使拉力試驗機更加智能化、自動化，可提高鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓抗滑移系數(shù)檢測試驗的過程質(zhì)量和高強度螺栓連接件抗滑移系數(shù)檢測試驗精度。

2）輔助裝置可自動判定抗滑移連接件的滑移時間點及抗滑移載荷，避免試驗人員對試驗結(jié)果進行人為因素干擾，降低抗滑移試驗的誤判率。