钢结构用栓接板滑移试件工作性能分析

王勇WANG Yong；刘钟LIU Zhong；王浩WANG Hao；田鹏TIAN Peng

（①国家网架及钢结构产品质量监督检验中心，徐州 221006；②中国矿业大学力学与建筑工程学院，徐州 221116；③连云港市房屋安全鉴定管理中心，连云港 222001；④徐州市勘察测绘研究院，徐州 221012）

（①National Space Frame and Steel Structures Quality Supervision and Inspection Center，Xuzhou 221006，China；②School of Mechanics &Civil Engineering，CUMT，Xuzhou 221116，China；③Lianyungang Center of Building Safety Identification and Management，Lianyungang 222001，China；④Xuzhou Surveying and Mapping Research Institute，Xuzhou 221012，China）

0 引言

在抗滑移系数检测的过程中，现行的规范规定，在试验机中发生以下情况之一时，所对应的荷载可定为试件的滑移荷载：①试验机发生回针现象；②试件侧面画线发生错动；③X-Y 记录仪上曲线发生突变；④试件突然发生“嘣”的响声。以上的判据在实际的操作中，经常被夹头打滑、试件的轴线与试验机中心不严格对中等诸多不利因素造成滑移假象所影响，经常造成误判或错判。本文通过自行设计装置对此展开相关分析与研究。

1 总体设计

根据目前抗滑移试验的判据和滑移阶段研究的要求，拟定了检测参数：压力、上、下滑移和温度。根据研究目的和现实情况，按照图1 步骤进行。

图1 滑移阶段研究步骤

2 试验设备设计及研制

2.1 机械电子设计 根据需要，机械电子方面需要解决如下三个问题：①位移传感器的安装和固定；②油压传感器的安装固定；③数据采集系统的安装和固定。

2.1.1 位移传感器的安装和固定 采用三维设计软件PRO/E 设计出位移传感器的固定装置。整个固定装置分为三个部分：上芯板传感器固定架、下芯板传感器固定架，侧板连接架。上下固定架起到固定传感器在芯板上的作用，侧板连接架起到连接上下位移传感器的作用。整个位移试验装置的设计三维模型及实物装置如图2、3 所示。

图2 三维模型

图3 实物装置

2.1.2 油压传感器的安装固定 油压传感器的安装固定，采用了一个三通进行连接，如图4，将油压传感器安装在了试验机油缸的底部进油口位置上。

2.1.3 数据采集系统的安装和固定 数据采集系统由计算机和数据采集卡及外围线路组冲，如图5，数据采集系统采用USB 口与计算机相连，结构简单紧凑。

图4 油压传感器

图5 数据采集箱

2.2 软件设计 数据采集及储存软件的设计采用了Visual C++6.0，数据储存采用excel 格式，采用了曲线智能显示技术，能够显示试验装置各个传感器的实时数据。试验软件除了能够对本试验需要的力值和滑移量进行检测和记录外，还具备对声音、图像、现场温度的记录功能，并且具备表盘设备的虚拟界面。

3 试验研究

3.1 栓接板参数 采用100 吨万能液压试验机，抗滑移试件表面处理方式为抛丸处理。螺栓采用了常用的M20，试验中采用了开环控制和闭环控制两种方式。

3.2 开环控制试验结果 开环控制下，得到的一组抗滑移试件的时间—荷载关系曲线，如图6 所示。

图6 开环控制下荷载—时间曲线

从曲线可以明显得到，约在55 秒的时刻上部力值突然下降，随后又立刻出现小幅度上升现象，这种突然地变化就是回针现象，回针幅度超过50kN，从此种现象就可以判断试件已经滑移，并且判定滑移荷载应该是荷载的极大值。

3.3 闭环控制试验结果 在闭环恒加载控制下得到的一组抗滑移试件的荷载—时间曲线，如图7 所示。

由图7 可以得到，闭环控制下的回针时间比较短，与图6 比较，测试数据变化更为平和，回针幅较小。通过对突变位置的局部放大得到如图8。闭环控制下的突变，荷载突变大小约为35kN，而且突变的时间间隔非常短，因此开环控制下滑移处的拐点比闭环控制下的更加明显，更利于判断。

3.4 开环控制滑移荷载分析 开环控制下一组试件试验数据采集结果如图9 所示。

由图9 得到：

①在位移-时间曲线中，上面曲线变化比下面曲线变化幅度大得多，表明滑移发生在上夹头。

图9 抗滑移试验荷载、位移—时间曲线图

②上位移曲线有一个曲线有一个曲线下降过程，即在约35s 前，位移曲线平直，荷载曲线基本上为线性增加趋势，表明这段区间没有滑移迹象；在约35～55s 之间，力值增加基本呈现线性增加的趋势，55s 处达到荷载最大值，该值即为滑移荷载，而位移曲线则出现曲线下降趋势，这表明时间开始滑移，但摩擦力没有被克服；55～65s 荷载和位移突然下降，表明摩擦力被克服，滑移继续；65s 后荷载又缓慢上升，位移基本无变化，说明螺栓顶住孔壁，滑移终止。

③栓接板试件的滑移先于仪表盘回针现象，初始滑移点对应的荷载约为240kN，回针点对应的荷载约265kN，回针点数值比实际初始滑移对应荷载大约为10%。

4 试验结论

通过对栓接板工作性能研究得到以下结论：

①自行研制的设备检测栓接板滑移系数是可行的，能够很好地反映出试件的整个工作状态；

②栓接板试件滑移先于试验机回针，回针点对应的荷载比初始滑移点对应的荷载高约10%；

③现行规范规定的滑移荷载不是真正意义上的滑移荷载，若准确判断滑移的发生，检测滑移量的变化更为合理。

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