(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210862663.9 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150090 黑龙江省哈尔滨市南岗区黄 河路73号哈工大二校区土 木工程学院 (72)发明人 咸贵军　施佳君　李承高　潘云锋　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市哈科专利事务所有 限责任公司 23101 专利代理师 孟策 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 3/38(2006.01) (54)发明名称 用于FRP杆的环境- 拉伸持载-弯曲疲劳耦合 试验装置及其测试方法 (57)摘要 本发明公开一种用于FRP杆的环境 ‑拉伸持 载‑弯曲疲劳耦合试验装置及其测试方法， 包括 金属台座、 伺服电机、 偏心凸轮、 从动滚轮、 从动 顶杆、 弹簧套筒、 弹簧、 弯曲压力传感器、 弯曲支 座、 持载反力架、 高度调整机构、 中空压力传感 器、 中空千斤顶、 持载垫片、 锚具套筒、 锚具夹片 组件和环境软管， 锚固后的FRP杆横穿过持载反 力架， 两端分别与中空压力传感器、 中空千斤顶 固定连接， 在中空千斤顶的作用下 实现拉伸持载 作用， 从动顶杆在偏心凸轮和弹簧的作用下带动 弯曲支座实现上下往复简谐直线运动， 在环境软 管中注射环境溶液， 以实现F RP杆的环境 ‑拉伸持 载‑弯曲疲劳耦合试验。 本发明操作 简单， 并满足 耦合作用后FRP杆的剩余拉伸强度测试需求。 权利要求书2页 说明书7页 附图10页 CN 115326537 A 2022.11.11 CN 115326537 A 1.一种用于FRP杆的环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳耦合试验装置， 包括金属台座(1)、 伺服 电机(2)、 偏心 凸轮(3)、 从动滚轮(4)、 从动顶杆(5)、 弹簧套筒(6)、 弹簧(7)、 弯曲压力传 感 器(8)、 弯曲支座(9)、 持载反力架(10)、 高度调整机构(11)、 中空压力传感器(12)、 中空千斤 顶(13)、 持载垫片(14)、 锚具套筒(15)、 锚具夹片组件(16)和环境软管(18)， 其特征在于： 所 述的持载反力架(10)的下面通过高度调整机构(11)与金属台座(1)的底盘连接， 所述的持 载反力架(10)的背面与金属台座(1)侧壁上的滑道滑动连接， 所述的弹簧套筒(6)的背面与 金属台座(1)侧壁固定连接， FRP杆(17)的两端通过锚 具夹片组件(16)夹持后压入锚 具套筒 (15)进行锚固； 所述的中空压力传感器(12)和中空千斤顶(13)分别相对固定在持载反力架 (10)的两侧； 锚固后的FRP杆(17)横穿过持载反力架(10)， 其一端通过持载垫片与中空压力 传感器(12)固定连接， 其另外一端通过另一持载垫片与中空千斤顶(13)固定连接， 进而在 中空千斤顶(13)的作用下实现拉伸持载作用； 所述的伺服电机(2)固定在金属台座(1)顶 部， 偏心凸轮(3)与伺服电机(2)动力输出轴连接， 在伺服电机(2)作用下做偏心转动； 从动 滚轮(4)与偏心凸轮(3)紧密接触， 从动滚轮(4)与固定连接于从动顶杆(5)上段的滚轮杈 (501)转动连接； 从动顶杆(5)的下段套有弹簧(7)， 从动顶杆(5)的上段和下段之间固定连 接有弹簧限位压片(503)； 所述的从动顶杆(5)的下段位于弹簧套筒(6)内， 弹簧限位压片 (503)和弹簧(7)被限制在弹簧套筒(6)内， 从动顶杆(5)下端与弯曲压力传感器(8)固定连 接， 弯曲压力传感器(8)与弯曲支座(9)的上端可拆卸固定连接， 弯曲支座(9)的下端与FRP 杆(17)接触； 从动顶杆(5)在偏心凸轮(3)和弹簧(7)的作用下带动弯曲支座(9)实现上下往 复简谐直线运动， 进而实现FRP杆(17)的拉伸持载 ‑弯曲疲劳耦合试验； 环境软管(18)套在 FRP杆(17)表面， 在其中注射环境溶 液， 进而实现对环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳耦合试验。 2.根据权利要求1所述的一种用于FRP杆的环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳耦合试验装置， 其 特征在于： 所述的偏心凸轮(3)的偏心距为弯曲振幅， 在偏心凸轮(3)的盘面上设置多个偏 心距的偏心孔， 用于与伺服电机(2)的输出轴连接， 伺服电机(2)通过控制器对伺服电机的 转速、 转动次数进行调整， 实现对弯曲疲劳的频率、 循环次数的控制。 3.根据权利要求2所述的一种用于FRP杆的环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳耦合试验装置， 其 特征在于： 所述的FRP杆(17)与锚具夹片组件(16)压入锚具套筒(15)内， 所述的锚具套筒 (15)内侧倾角小于锚具夹片组件(16)外侧倾角， 使得在压入过程中FRP杆(17)锚固区域由 端部向内不断被锚具夹片组件(16)夹紧， 实现FRP杆的有效锚固。 4.根据权利要求3所述的一种用于FRP杆的环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳耦合试验装置， 其 特征在于： 所述的锚具夹片组件(16)外侧倾角为1.2 °， 所述的锚具套筒(15)内侧倾角为 1.1°； 所述的锚具夹片组件(16)内部的夹片杆槽(1602)直径与FRP杆(17)直径一致， 保证 FRP杆(17)与夹片杆槽(16 02)的紧密接触。 5.根据权利要求4所述的一种用于FRP杆的环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳耦合试验装置， 其 特征在于： 所述的锚具夹片组件(16)包括两瓣夹片主体(1601)， 每瓣所述的夹片主体 (1601)的径向截面为劣弧， 使 得两半夹片主体(1601)夹住FRP杆时中间仍有空隙， 以保证在 预压力施加过程中有夹紧空间。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述的一种用于FRP杆的环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳耦合试 验装置， 其特征在于： 还包括动态数据采集仪， 所述的动态数据采集仪 分别与弯曲压力 传感 器(8)、 中空压力 传感器(12)电信号连接， 所述的中空压力 传感器(12)用于实时采集 持载作权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326537 A 2用力大小， 所述的弯曲压力 传感器(8)用于实时采集弯曲作用力大小； 各传感器实际荷载大 小不应超过传感器量 程的80％； 动态采集仪的采样频率应满足单周期至少有10个采样点。 7.根据权利要求6所述的试验装置得出的一种用于FRP杆的环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳 耦合试验方法， 其特 征在于， 步骤如下： 第一步， 将环境软管(18)固定在FRP杆(17)跨中位置， 向环境软管(18)中注入蒸馏水、 酸、 碱或盐溶 液； 第二步， 按照所需锚固类型需求， 在FRP杆(17)两端夹持锚具夹片组件(16)， 调整自由 段长度为所需跨距， 采用压力机将两者共同预压入 锚具套筒(15)后完成锚固； 第三步， 将锚固的FRP杆(17)依次穿过中空压力传感器(12)、 持载反力架(10)、 中空千 斤顶(13)， 并将两端锚具套筒旋入持载垫片(14)内， 使得弯曲支座(9)作用在FRP杆(17)的 跨中位置； 第四步， 调整中空千斤顶(13)初始行程， 然后对FRP杆(17)施加拉力， 使得中空压力传 感器(12)示数达 到所需拉伸持载 大小， 同时弯曲支座(9)作用在FRP杆(17)的跨中位置； 第五步， 选择所需偏心距的偏心凸轮(3)， 并固定在伺服电机(2)上， 调整并固定持载反 力架(10)高度， 使得 FRP杆(17)与在最高位置时的弯曲支座(9)下端无压力接触； 第六步， 打开伺服电机(2)开始环境 ‑拉伸持载 ‑弯曲疲劳试验直至完成， 获得全过程的 荷载‑时间曲线， 并通过拉伸试验测试FRP杆(17)剩余拉伸强度， 获得剩余拉伸强度 ‑循环次 数对数曲线。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326537 A 3