[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

说明书

本发明公开一种用于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，包括金属台座、伺服电机、偏心凸轮、从动滚轮、从动顶杆、弹簧套筒、弹簧、弯曲压力传感器、弯曲支座、持载反力架、高度调整机构、中空压力传感器、中空千斤顶、持载垫片、锚具套筒、锚具夹片组件和环境软管，锚固后的FRP杆横穿过持载反力架，两端分别与中空压力传感器、中空千斤顶固定连接，在中空千斤顶的作用下实现拉伸持载作用，从动顶杆在偏心凸轮和弹簧的作用下带动弯曲支座实现上下往复简谐直线运动，在环境软管中注射环境溶液，以实现FRP杆的环境‑拉伸持载‑弯曲疲劳耦合试验。本发明操作简单，并满足耦合作用后FRP杆的剩余拉伸强度测试需求。

技术领域

本发明涉及材料疲劳测试的实验器材领域，具体涉及一种用于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。

背景技术

拉索结构是大跨桥梁、大跨空间结构、海洋系泊、海底光缆等工程的核心承力构件，传统拉索采用钢丝制成，钢丝存在自重过大、耐腐蚀性差等问题。纤维复合材料(FRP)杆具有轻质、高强、耐腐蚀的优点，是突破传统钢丝局限性的重要材料。

但是，在实际工程应用中，为实现FRP杆与结构的有效固定，在杆两端需进行锚固处理，随后锚固端成为固定端支座；此时在风力、海浪的影响下，锚固端部的FRP杆会受到拉伸持载和弯曲疲劳两种荷载耦合作用。在长期耦合作用下，易使得FRP杆发生分层、纤维断裂、树脂破坏等损伤累积，导致材料的强度和刚度降低，进而造成严重的生命财产安全威胁。

常通过对大型拉-拉疲劳试验设备的夹具进行改装，以实现对材料弯曲疲劳测试，但此类试验设备采购成本极高、测试与维修花费大、试验操作复杂、要求场地大，并不适合FRP杆材等小尺寸、低弯曲荷载试样的大量试验测试。同时，此类试验设备难以实现FRP杆拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验，一方面是由于试验设备本身缺少拉伸持载模块；另一方面是由于FRP杆抗剪、抗压性能较差，为防止FRP杆两端在拉伸过程中提前破坏，其拉伸持载必须进行锚固，而现有持载装置不具备锚固功能。因此，针对以上问题，开发材料的一种用于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具有重要意义。

目前现有的拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置存在如下问题：(1)材料的拉伸与弯曲作用为先后依次完成，而并非真正的拉伸持载-弯曲疲劳；(2)仅为依附于传统疲劳试验机的夹具或配件，而难以独立完成疲劳试验；(3)无法对FRP杆进行有效锚固，而难以实现针对FRP杆的拉伸持载；(4)所实现的弯曲疲劳并非严格遵循简谐运动，而不符合现有FRP材料弯曲疲劳的国家标准(GB/T 35465.5-2020)；(5)能完成试验的设备过于复杂而各项成本过高；(6)受设计结构限制，设计的目标试样尺寸过小，可提供的拉伸荷载上限过小，难以适用于长尺寸、大拉伸荷载、需剩余强度拉伸测试的FRP杆材；(7)难以实现环境-拉伸持载-弯曲疲劳的三种耦合作用。

发明内容

基于现有拉伸持载-弯曲疲劳耦合试验装置的不足之处，本发明的目的是提供了一种用于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，能够对FRP杆实现符合国家标准：GB/T 35465.5-2020的严格简谐弯曲疲劳加载测试试验，包括拉伸持载-弯曲疲劳耦合加载、环境-拉伸持载-弯曲疲劳的三种耦合加载，并可满足耦合作用后FRP杆的剩余拉伸强度测试需求。