[发明专利]一种采用垂度法测试超高分子绳索相对伸长率的方法

说明书

技术领域

本发明属于野外环境下测试绳索相对伸长率的方法，具体涉及一种采用垂度法测试超高分子绳索相对伸长率的方法。

背景技术

目前，为了得到绳索的弹性模量，人们通常是通过拉伸试验来测定。即将绳索试件固定在拉力试验机卡头上，固定好后调整固定卡头的纵向位置，使绳索试件处于自然绷紧状态，准备就绪后，开始对试件加力进行拉伸试验，同时实时记录力和变形情况。

超高分子绳索指分子量超高100万以上的聚乙烯等绳索。

因为在弹性范围内绳索的应力与应变成正比，其比例常数为弹性模量，它是衡量绳索弹性变形能力的指标。

因此，弹性模量可以直观定义为：轴向拉伸应力与轴向拉伸应变成线性比例关系范围内的轴向拉伸应力的增量与轴向拉伸应变的增量之比，用E表示。

设某个试样的初始长度为l、试样初始直径为D、变形为ΔL、拉力F，由此可计算得以下物理量：

（1）截面积S：

S=π（D/2）²

（2）应变ε：

ε=△l/l

（3）应力σ：

σ=F/S

（4）弹性模量E：

E=σ/ε

绳索为编制结构，它是由很多平行纤维束构成复丝，由复丝平行捻制而成单小股，由单小股平行捻制而成大股，最后由大股平行捻制而成绳。且为保护绳索，防止绳索磨损，绳索外面套有护套。绳索截面为不规则形状。因此，绳索的直径无法精确测量得到。而且由于绳索为编制结构，受力后，绳索发生很大的变形，截面变小，这也给计算引入了误差；

绳索的材料决定了绳索的延伸率很大，而目前测试弹性模量用的拉力试验机普遍行程有限，因此，测试结果不能准确的反映绳索力和变形情况；

绳索为编制结构，存在结构伸长，在拉力试验机行程较小的情况下，测试的形变还含有结构伸长的部分，不是弹性形变的准确值；

由于绳索属于柔性试件，受载后变形量大，截面迅速变小，卡头直接与试件接触时易打滑且卡头会对绳索试件产生破坏，因此常规夹持固定方法并不适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用垂度法测试超高分子绳索相对伸长率的方法，通过在一定跨度上绳索加上载荷后，研究垂度变化情况、绳索张力分布情况，较精确的计算了绳索的相对伸长率，解决目前拉伸试验时，因绳索直径无法精确测量，拉力试验机行程有限，且无法对绳索进行有效固定引起最终解算的弹性模量不准确的问题，为悬索的工程设计提供基础。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种采用垂度法测试超高分子绳索相对伸长率的方法，方法步骤如下：

步骤1将超高分子绳索两端分别固定到支点A和支点B上，在重力作用下，绳索将平衡呈悬链线形状，确定支点A和支点B的水平距离l，高差h；

步骤2在超高分子绳索任意处加载集中载荷Q₁，确定第一次加载后该点的垂度f₁；

步骤3在超高分子绳索任意处加载集中载荷Q₂，确定第二次加载后该点的垂度f₂；

步骤4根据水平距离l、高差h、第一次加载的集中载荷Q₁、第一次加载后的垂度f₁、第二次加载的集中载荷Q₂、第二次加载后垂度f₂、超高分子绳索单位长度的自重载荷w，确定第一次集中载荷对绳索索长的影响系数ψ₁和第二次集中载荷对绳索索长的影响系数ψ₂；

步骤5根据水平距离l、第一次加载的集中载荷Q₁、第一次加载后的垂度f₁、第二次加载的集中载荷Q₁、第二次加载后垂度f₂、超高分子绳索单位长度的自重载荷w、两支点的高差角，确定第一次加载后超高分子绳索的水平张力H₁、第二次加载后超高分子绳索的水平张力H₂；

步骤6根据步骤1至步骤5，确定超高分子绳索相对伸长率ε。

上述步骤4中，第一次集中载荷对绳索索长的影响系数ψ₁和第二次集中载荷对绳索索长的影响系数ψ₂公式如下：