一种土木工程试验用螺栓轴力计及其标定方法与流程
本发明涉及土木工程试验领域，尤其是涉及一种土木工程试验用螺栓轴力计及其标定方法。
背景技术：
1、螺栓连接是土木工程结构中最常用的一种可靠连接方式，在钢结构、组合结构、混合结构等多种结构形式中被广泛应用。根据目前螺栓连接的设计方法，螺栓轴力是控制螺栓破坏的决定性指标。工程设计中，往往只关心结构极限状态时的螺栓轴力，因此，仅需通过螺栓材料的极限抗拉强度便可进行设计。然而在进行土木工程试验研究时，往往需要获得螺栓全过程的受力情况，以研究不同结构部件全过程的受力情况，更好地提炼总结设计方法。
2、目前，对螺栓轴力的实时监测方式不一，常用的环形压力传感器存在增加螺栓刚度、结构大变形下容易损坏的缺点；超声波无损监测方法成本高昂，使用时需多次标定，操作步骤繁琐。
3、因此，如何建立一种满足简易性、经济性、高操作性和高精度性的土木工程试验用螺栓轴力计是目前对螺栓连接性能测试的重要研究内容。
技术实现思路
1、本发明第一个目的在于，在不大幅改变螺栓原有结构刚度的情况下，提供一种土木工程试验用螺栓轴力计。
2、为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：
3、一种土木工程试验用螺栓轴力计，包括螺栓本体，其特征在于：所述螺栓本体头部中心开设有长孔，所述长孔内设有应变计组件，所述应变计组件经粘合胶水固定至螺栓本体的长孔内；所述长孔的顶部设有密封胶水以封装应变计组件。
4、在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
5、作为本发明的一种优选技术方案：所述长孔的直径不超过螺栓本体的直径的10％，所述长孔的深度不超过螺栓本体的总长度的35％，防止螺栓截面过度削弱而影响螺栓承载力。
6、作为本发明的一种优选技术方案：所述应变计组件包括应变片、方形绝缘毛细管和内置金属导线；
7、所述应变片为4个，沿着长孔的轴向粘贴于方形绝缘毛细管的四个内侧面上(4个应变片等高设置)且距方形绝缘毛细管的内底部具有一定距离；
8、所述应变片分别与内置金属导线相连接，所述内置金属导线外端与外引导线相连接；所述内置金属导线表面喷镀绝缘漆，防止与螺栓金属表面形成短路。
9、作为本发明的一种优选技术方案：所述应变片下端距离长孔底部5mm。
10、作为本发明的一种优选技术方案：所述粘合胶水为502胶水，填充于螺栓长孔中以粘合应变计组件与螺栓为一体，使其共同工作。粘合胶水采用针管导流缓慢灌注于长孔。
11、作为本发明的一种优选技术方案：所述粘合胶水的完全凝固时间至少为12h。
12、作为本发明的一种优选技术方案：所述密封胶水为ab胶水，涂抹于螺栓头部，将应变计组件和外引导线一端封装，防止外触损坏。密封胶水需待粘合胶水完全凝固后再进行封装。
13、作为本发明的一种优选技术方案：所述密封胶水的完全凝固时间至少为0.5h。
14、本发明还有一个目的在于，提供一种土木工程试验用螺栓轴力计的标定方法。
15、为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：
16、根据前文所述的土木工程试验用螺栓轴力计的标定方法，包括如下步骤：
17、s1、标定螺栓轴力计的轴力应变关系：
18、a、在万能试验机进行螺栓应变计往复拉伸加载；
19、b、数据采集仪同步监测试验机轴拉力f’和轴力计应变ε’；
20、c、拟合轴拉力-应变回归方程，获得转化系数k；
21、转化系数k的计算式如下：
22、
23、其中，e为螺栓本体的弹性模量，ae为螺栓的有效截面面积；
24、s2、土木工程试验中采用数据采集仪获取螺栓轴力计应变时程数据ε；
25、步骤s1和s2中的螺栓轴力计应变时程数据ε或ε’应取多个(四个)应变片的平均值，以减小测量误差，并防止部分应变片失效时数据的丢失，计算式如下：
26、
27、其中，εi是单个应变片的时程数据；
28、s3、根据试验采集的螺栓轴力计应变时程数据ε和拟合的转化系数k，计算螺栓轴力f；螺栓轴力f的计算式如下：
29、f＝keaeε。
30、
31、在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
32、作为本发明的一种优选技术方案：步骤s1中，转化系数k的拟合回归方程是线性的。
33、本发明提供一种土木工程试验用螺栓轴力计及其标定方法，基于应变转换轴力的思想，提供了一种方便制作的基于螺栓本体的轴力计，在不大幅改变螺栓原有结构刚度的情况下，用数据采集设备可监测应变，通过标定程序实现应变片间接测量螺栓轴力(通过标定的转换系数k计算得到螺栓轴力f)，满足土木工程试验用精度要求，有效地解决了现有螺栓轴力测量方案中难以基于螺栓本体、代价昂贵等缺点，特别适合于土木工程试验用途，通过简单的机加工和手工制作实现，同时可保证较高的测量精度。
技术特征：
1.一种土木工程试验用螺栓轴力计，包括螺栓本体，其特征在于：所述螺栓本体头部中心开设有长孔，所述长孔内设有应变计组件，所述应变计组件经粘合胶水固定至螺栓本体的长孔内；所述长孔的顶部设有密封胶水以封装应变计组件。
2.根据权利要求1所述的土木工程试验用螺栓轴力计，其特征在于：所述长孔的直径不超过螺栓本体的直径的10％；所述长孔的深度不超过螺栓本体的总长度的35％。
3.根据权利要求1所述的土木工程试验用螺栓轴力计，其特征在于：所述应变计组件包括应变片、方形绝缘毛细管和内置金属导线；
4.根据权利要求3所述的土木工程试验用螺栓轴力计，其特征在于：所述应变片下端距离长孔底部5mm。
5.根据权利要求1所述的土木工程试验用螺栓轴力计，其特征在于：所述粘合胶水为502胶水。
6.根据权利要求5所述的土木工程试验用螺栓轴力计，其特征在于：所述粘合胶水的完全凝固时间至少为12h。
7.根据权利要求1所述的土木工程试验用螺栓轴力计，其特征在于：所述密封胶水为ab胶水。
8.根据权利要求7所述的土木工程试验用螺栓轴力计，其特征在于：所述密封胶水的完全凝固时间至少为0.5h。
9.根据权利要求1所述的土木工程试验用螺栓轴力计的标定方法，其特征在于：所述标定方法包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的土木工程试验用螺栓轴力计的标定方法，其特征在于：步骤s1中，转化系数k的拟合回归方程是线性的。
技术总结
本发明提供一种土木工程试验用螺栓轴力计及其标定方法，基于应变转换轴力的思想，提供了一种方便制作的基于螺栓本体的轴力计，在不大幅改变螺栓原有结构刚度的情况下，用数据采集设备可监测应变，通过标定程序实现应变片间接测量螺栓轴力(通过标定的转换系数k计算得到螺栓轴力F)，满足土木工程试验用精度要求，有效地解决了现有螺栓轴力测量方案中难以基于螺栓本体、代价昂贵等缺点，特别适合于土木工程试验用途，通过简单的机加工和手工制作实现，同时可保证较高的测量精度。
技术研发人员：王嘉昌,杨将,董舒迪,郭武,何杰,王健
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23