[发明专利]焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置及其应用方法

说明书

本发明公开了一种焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置及其应用方法，包括焊缝轴向初始应力施加系统、垂直焊缝方向初始应力施加系统、横向铰接系统、杠杆式传力系统、高度可调基座和安全悬挂式疲劳加载系统；基于上述装置的应用方法，包括以下步骤：粘贴初始加载控制应变片；安装试件；焊缝轴向初始应力预施加；垂直焊缝方向初始应力预施加；焊缝多轴应力的疲劳加载。本发明能够模拟钢结构焊缝多轴应力焊缝轴向初始应力和垂直于焊缝向初始应力的施加，并确保所施加初始应力大小的精确可控，基于本发明试验装置和应用方法得到的试验结果可精确反映焊缝在多轴应力状态下的疲劳性能，试验结果更接近实际运营状况，为提高疲劳试验结果精度提供支撑。

技术领域

本发明涉及一种疲劳试验装置及其应用方法，尤其涉及一种焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置及其应用方法。

背景技术

钢结构在道路桥梁、民用建筑、海上平台等结构中得到了越来越广泛的应用。但由于钢结构部件复杂，焊接仍是各部件连接的最主要的方式。但对于一个整体结构而言，焊接工作量巨大，焊接缺陷(如焊瘤、夹杂等)难以避免。在焊接残余应力、外界反复荷载的耦合作用下，焊缝疲劳开裂现象时有发生。例如，国内多座跨江钢桥钢箱梁焊缝的疲劳裂纹已达千条以上。疲劳裂纹的不断扩展将危害局部构件及整体结构安全，严重时甚至将导致结构破坏，对人民安全及社会财产造成巨大危害。因此，通过试验手段，明晰钢结构焊缝的疲劳性能，是当前工程界的研究热点之一。

钢结构焊缝局部构造复杂，局部应力状态常呈现多轴应力状态；同时，在运营荷载、风荷载等耦合作用下，局部应力特征更为复杂。目前最能精确反映焊缝局部受力状态的疲劳试验方法是节段试件加载法，即等比例建造实际结构的节段模型，然后采用MTS等大型液压伺服机进行疲劳加载。此方法虽然可以得到较为精确的试验结果，但人力、物力成本巨大，且疲劳试验由于自身的离散性，往往需要同时开展多个试件的疲劳试验，该方法难以得到实际应用。因此，有效采用替代方案开展疲劳试验，是目前主要的解决途径。专利“机械型试件疲劳试验机及其试验方法(201110416431.2)”、“考虑钢桥面板与铺装耦合作用的疲劳试验装置(201611159177.1)”等提出了基于振动型疲劳加载方法的疲劳试验装置，但均无法实现可控多轴疲劳应力的加载。所得试验结果尽管能够较好地反映单轴应力状态下的疲劳性能，但无法代表结构实际的多轴疲劳性能。

可见，如何有效、可控地实现焊缝多轴应力状态的施加，并有效开展疲劳试验，已成为当前亟待解决的技术问题。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置及其应用方法，该装置及方法可有效实现焊缝应力状态的可控施加，有效得到焊缝多轴应力状态下的疲劳性能，为实际工程提供参考。

技术方案：本发明包括底板，所述底板上表面的一侧固定有机架，所述的机架上表面固定有试件，所述试件的一端与机架固定，另一端悬空；试件悬空端的下方设有垂直焊缝方向初始应力施加系统，所述垂直焊缝方向初始应力施加系统的底部与底板固定，顶部与试件连接；所述试件的宽度方向对称设有焊缝轴向初始应力施加系统，所述焊缝轴向初始应力施加系统的侧面与机架固定；所述试件悬空端的端部固定有横向铰接系统；横向铰接系统与杠杆式传力系统连接，所述的杠杆式传力系统沿试件的长度方向设置，其端部连接有安全悬挂式疲劳加载系统，所述的杠杆式传力系统还穿过高度可调基座，其贯穿方向与试件宽度方向平行；所述的高度可调基座设置在底板上表面。

所述的焊缝轴向初始应力施加系统包括固定框架，所述固定框架的侧面与机架连接，固定框架的正面设有弹簧限位板，所述弹簧限位板的一端与调节螺杆连接，另一端通过弹簧与轴向压力板连接，所述的轴向压力板与试件侧面接触，通过调整调节螺杆端部的调节螺帽，使弹簧限位板不断压缩弹簧，可实现焊缝初始轴向应力的施加。