[发明专利]用于FRP杆的环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置及其测试方法

权利要求书

1.一种用于FRP杆的环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置，包括金属台座(1)、伺服电机(2)、偏心凸轮(3)、从动滚轮(4)、从动顶杆(5)、弹簧套筒(6)、弹簧(7)、弯曲压力传感器(8)、弯曲支座(9)、持载反力架(10)、高度调整机构(11)、中空压力传感器(12)、中空千斤顶(13)、持载垫片(14)、锚具套筒(15)、锚具夹片组件(16)和环境软管(18)，其特征在于：所述的持载反力架(10)的下面通过高度调整机构(11)与金属台座(1)的底盘连接，所述的持载反力架(10)的背面与金属台座(1)侧壁上的滑道滑动连接，所述的弹簧套筒(6)的背面与金属台座(1)侧壁固定连接，FRP杆(17)的两端通过锚具夹片组件(16)夹持后压入锚具套筒(15)进行锚固；所述的中空压力传感器(12)和中空千斤顶(13)分别相对固定在持载反力架(10)的两侧；锚固后的FRP杆(17)横穿过持载反力架(10)，其一端通过持载垫片与中空压力传感器(12)固定连接，其另外一端通过另一持载垫片与中空千斤顶(13)固定连接，进而在中空千斤顶(13)的作用下实现拉伸持载作用；所述的伺服电机(2)固定在金属台座(1)顶部，偏心凸轮(3)与伺服电机(2)动力输出轴连接，在伺服电机(2)作用下做偏心转动；从动滚轮(4)与偏心凸轮(3)紧密接触，从动滚轮(4)与固定连接于从动顶杆(5)上段的滚轮杈(501)转动连接；从动顶杆(5)的下段套有弹簧(7)，从动顶杆(5)的上段和下段之间固定连接有弹簧限位压片(503)；所述的从动顶杆(5)的下段位于弹簧套筒(6)内，弹簧限位压片(503)和弹簧(7)被限制在弹簧套筒(6)内，从动顶杆(5)下端与弯曲压力传感器(8)固定连接，弯曲压力传感器(8)与弯曲支座(9)的上端可拆卸固定连接，弯曲支座(9)的下端与FRP杆(17)接触；从动顶杆(5)在偏心凸轮(3)和弹簧(7)的作用下带动弯曲支座(9)实现上下往复简谐直线运动，进而实现FRP杆(17)的拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验；环境软管(18)套在FRP杆(17)表面，在其中注射环境溶液，进而实现对环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验。

2.根据权利要求1所述的一种用于FRP杆的环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置，其特征在于：所述的偏心凸轮(3)的偏心距为弯曲振幅，在偏心凸轮(3)的盘面上设置多个偏心距的偏心孔，用于与伺服电机(2)的输出轴连接，伺服电机(2)通过控制器对伺服电机的转速、转动次数进行调整，实现对弯曲疲劳的频率、循环次数的控制。

3.根据权利要求2所述的一种用于FRP杆的环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置，其特征在于：所述的FRP杆(17)与锚具夹片组件(16)压入锚具套筒(15)内，所述的锚具套筒(15)内侧倾角小于锚具夹片组件(16)外侧倾角，使得在压入过程中FRP杆(17)锚固区域由端部向内不断被锚具夹片组件(16)夹紧，实现FRP杆的有效锚固。

4.根据权利要求3所述的一种用于FRP杆的环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置，其特征在于：所述的锚具夹片组件(16)外侧倾角为1.2°，所述的锚具套筒(15)内侧倾角为1.1°；所述的锚具夹片组件(16)内部的夹片杆槽(1602)直径与FRP杆(17)直径一致，保证FRP杆(17)与夹片杆槽(1602)的紧密接触。

5.根据权利要求4所述的一种用于FRP杆的环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置，其特征在于：所述的锚具夹片组件(16)包括两瓣夹片主体(1601)，每瓣所述的夹片主体(1601)的径向截面为劣弧，使得两半夹片主体(1601)夹住FRP杆时中间仍有空隙，以保证在预压力施加过程中有夹紧空间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于FRP杆的环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置，其特征在于：还包括动态数据采集仪，所述的动态数据采集仪分别与弯曲压力传感器(8)、中空压力传感器(12)电信号连接，所述的中空压力传感器(12)用于实时采集持载作用力大小，所述的弯曲压力传感器(8)用于实时采集弯曲作用力大小；各传感器实际荷载大小不应超过传感器量程的80％；动态采集仪的采样频率应满足单周期至少有10个采样点。

7.根据权利要求6所述的试验装置得出的一种用于FRP杆的环境-拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，将环境软管(18)固定在FRP杆(17)跨中位置，向环境软管(18)中注入蒸馏水、酸、碱或盐溶液；

第二步，按照所需锚固类型需求，在FRP杆(17)两端夹持锚具夹片组件(16)，调整自由段长度为所需跨距，采用压力机将两者共同预压入锚具套筒(15)后完成锚固；

第三步，将锚固的FRP杆(17)依次穿过中空压力传感器(12)、持载反力架(10)、中空千斤顶(13)，并将两端锚具套筒旋入持载垫片(14)内，使得弯曲支座(9)作用在FRP杆(17)的跨中位置；

第四步，调整中空千斤顶(13)初始行程，然后对FRP杆(17)施加拉力，使得中空压力传感器(12)示数达到所需拉伸持载大小，同时弯曲支座(9)作用在FRP杆(17)的跨中位置；

第五步，选择所需偏心距的偏心凸轮(3)，并固定在伺服电机(2)上，调整并固定持载反力架(10)高度，使得FRP杆(17)与在最高位置时的弯曲支座(9)下端无压力接触；

第六步，打开伺服电机(2)开始环境-拉伸持载-弯曲疲劳试验直至完成，获得全过程的荷载-时间曲线，并通过拉伸试验测试FRP杆(17)剩余拉伸强度，获得剩余拉伸强度-循环次数对数曲线。