钢结构螺栓抗滑移连接件滑移系数检测*

周 雨，王 勇，田 鹏，谢 东，王 浩

（1.徐州市质量技术监督综合检验检测中心，江苏 徐州 221000；2.中国矿业大学机电工程学院，江苏 徐州 221006；3.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221006）

根据现行国家标准对螺栓抗滑移连接件进行抗滑移系数检测，检测人员主观判断抗滑移载荷，以此为判据评定螺栓抗滑移连接件的抗滑移载荷。测验过程中，测验人员因试验机部件磨损产生的异响、测验疲劳产生的视觉错觉等因素影响，依据标准要求易产生误判。根据智能制造和科技兴检的要求，本文通过自行设计试验机辅助试验装置及其软件操作系统，在抗滑移测试验中进行闭环控制，并对此展开研究。

1 试验机辅助设备设计开发

目前抗滑移试验采用拉力试验机，试验人员需依据视觉观察时间-力值曲线是否发生突变判断试验结果，并对时间-力值曲线进行标注测量，得出试验结果。试验过程中，夹杂人为因素干扰，对试验结果准确度影响较大。为排除人为因素干扰，增加辅助测量装置。辅助装置测量栓接板腹板的实际滑移量，准确检出栓接板腹板发生滑移的时间点，依据时间-力值曲线，经过分析处理，检出对应时间点的力值即为抗滑移载荷。

1.1 总体试验方案

根据以上抗滑移系数检测试验方法要求，需采集拉力试验机横梁之间的拉力。拉力试验机下横梁固定，上横梁通过油压驱动，沿支撑柱对栓接板腹板施加拉力，通过测量上横梁驱动油压即可换算抗滑移载荷。另外通过微位移传感器采集两腹板位移量，在发生滑移现象时，形成负反馈信号，达到试验闭环控制目的。总体试验方案如图1所示。

图1 总体试验方案

1.2 辅助设备设计开发

根据总体试验方案及辅助设备采集数据需求，辅助设备需进行机电结构设计、软件设计。辅助设备的机电结构用于安装微位移传感器，微位移传感器采用弹簧复位直线位移传感器，其最高精度可达0.0050～0.0001 mm。

1）机电结构设计

辅助设备的机械结构如图 2，3所示，通过SOLIDWORKS三维软件设计，用于安装位移传感器，采集栓接板两腹板的位移量。辅助装置采用滑块双导轨机构，位移传感器固定于滑块上随滑块一起运动。位移传感器的伸缩杆上套有弹簧，通过滑块上触针与栓接板的腹板形成刚性间接触碰。腹板发生滑移时，伸缩杆在弹簧弹力作用下带动滑块移动，位移传感器发出突变信号。油压传感器安装于拉力试验机上横梁进油管处用于采集油管油压。通过P L C采集两微位移传感器信号和上横梁油压传感器信号，传输给计算机进行数据处理。

图2 辅助设备安装

图3 抗滑移试件安装在试验机上

2）数据采集

软件系统采用LabVIEW编写的人机交互界面。试验中，人机界面实时显示栓接板腹板的位移量曲线及载荷（由油压换算）曲线；试验数据保存为Excel格式文件，以便于后期数据分析。

2 试验数据分析

2.1 抗滑移试验

抗滑移试验采用100 t液压拉力试验机，辅助装置固定于栓接板翼板，高强度螺栓抗滑移试件按照日常试验方法安装于液压拉力试验机钳口中。试验开始后，当辅助装置中的1个位移传感器发出信号后，继续试验2 s停止试验，保存试验曲线及时序数据。

2.2 试验结果分析

闭环控制试验过程，当两个位移传感器都发生位移信号，得到的时间-载荷曲线，现随机选取1组特征曲线进行分析，如图4所示。

图4 双位移时间-载荷曲线

由图4分析得知，从试验开始至试验时间40 s，载荷力值曲线平稳上升，2条位移曲线抖动但未发生明显变化。液压拉力试验机工作过程中，抗滑移试件和辅助装置发生振动，影响传感器信号稳定，出现位移曲线抖动现象。

至试验41 s时，载荷力值发生第1次突变，同时上位移曲线发生突变，可判定上腹板发生滑移。位移曲线发生突变的时间点即为上腹板最大荷载时间点，对应时间坐标的载荷力值即为上腹板最大荷载。但下腹板位移曲线未发生突变，据此下腹板未发生滑移，继续试验，上腹板高强度压紧螺栓承受剪力，发生剪切螺栓现象。

至试验47 s时，载荷力值曲线发生第2次突变，同时下位移曲线发生突变，可判定下腹板发生滑移。位移曲线发生突变的时间点即为下腹板最大载荷时间点，对应时间坐标的载荷力值即为下腹板最大荷载。上下腹板都发生了滑移，其高强度压紧螺栓均承受剪力。

结合实际工程及标准要求，在抗滑移试件一侧腹板发生滑移现象，即可判定抗滑移试件的滑移载荷，计算抗滑移系数。据此把试验机设置为载荷力值和位移曲线发生第1次突变后2 s停止试验，时间荷载曲线如图5所示。

3 结语

图5 时间-荷载曲线

1）辅助装置优化了现用的拉力试验机，使拉力试验机更加智能化、自动化，可提高钢结构高强度螺栓抗滑移系数检测试验的过程质量和高强度螺栓连接件抗滑移系数检测试验精度。

2）辅助装置可自动判定抗滑移连接件的滑移时间点及抗滑移载荷，避免试验人员对试验结果进行人为因素干扰，降低抗滑移试验的误判率。