備測(cè)試用的鋼筋混凝土梁，并且測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0044] 選取江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司熱軋帶肋HRB400鋼筋，成分表如下表一：
[0046] 表一
[0047] 鋼筋基本力學(xué)性能如下表二：
[0049] 表二
[0050] 混凝土配比及力學(xué)性能如下表三：
[0051]
[0053] 表三
[0054] 鋼筋混凝土梁，梁尺寸為150mmX200mmX1500mm，保護(hù)層厚度取為15mm，純彎段 500mm，凈跨1200mm，縱筋采用2C14,架立筋采用2A10,箍筋采用A8雙肢箍。
[0055] 本發(fā)明制備了四個(gè)測(cè)試用鋼筋混凝土梁，編號(hào)分別為FB-B1，F(xiàn)B-B2，F(xiàn)B-B3，F(xiàn)B-B4， 且這四個(gè)鋼筋混凝土梁是一樣的，且測(cè)試用的鋼筋混凝土梁的極限抗彎承載力為M u，針對(duì) FB-B1梁與FB-B2梁，最大測(cè)試力Mmax為0? 75*M u，最小測(cè)試力Mmin為0? 1*M u，針對(duì)FB-B3梁 與FB-B4梁，最大測(cè)試力Mmax為0? 6*MU，最小測(cè)試力Mmin為0? 1*MU。如下表四所示：
[0057] 表四
[0058](2)、將測(cè)試裝置固定到測(cè)試用的鋼筋混凝土梁上，且主要包括以下步驟：
[0059] A、在鋼筋混凝土梁的跨中位置上設(shè)置兩對(duì)盲孔（淺坑）；即梁上下端面的中間水 平方向兩側(cè)分別設(shè)置一對(duì)盲孔；所述盲孔的深度為1mm，所以不會(huì)影響鋼筋混凝土梁受力 性能，盲孔直徑與支撐裝置的螺栓直徑適應(yīng)。
[0060] B、將兩個(gè)帶磁探頭的支撐裝置分別固定在兩對(duì)盲孔（淺坑）上；
[0061] C、通過(guò)設(shè)置在支撐裝置上的磁探頭支座調(diào)整磁探頭的高度，使得測(cè)探頭與鋼筋混 凝土梁中的鋼筋的中心線對(duì)齊；
[0062] D、通過(guò)磁探頭支座調(diào)整磁探頭的朝向，使其中一個(gè)磁探頭朝向與鋼筋垂直，用于 測(cè)量鋼筋的法向磁場(chǎng)，稱為第一磁探頭；另一個(gè)磁探頭朝向與鋼筋平行，用于測(cè)量鋼筋的切 向磁場(chǎng)，稱為第二磁探頭；
[0063] E、通過(guò)支撐裝置調(diào)整磁探頭與鋼筋混凝土梁表面之間的距離，使得磁探頭與鋼筋 混凝土梁表面之間的距離為8-12mm ;本發(fā)明優(yōu)選為10mm ;
[0064] (3)、通過(guò)疲勞試驗(yàn)機(jī)給固定了測(cè)試裝置的鋼筋混凝土梁提供測(cè)試力，所述測(cè)試力 為逐漸增大然后逐漸減小的循環(huán)力，所述測(cè)試力形成的力與時(shí)間的波形可以是正弦波或者 是三角波；疲勞測(cè)試所用的試驗(yàn)機(jī)是PMW-800脈動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)，采集頻率為200Hz ;
[0065](4)、采集測(cè)試數(shù)據(jù)、處理測(cè)試數(shù)據(jù)以及得到結(jié)論：
[0066] 如圖3、圖4所示，為編號(hào)FB-B1測(cè)試用鋼筋混凝土梁的得到的曲線，圖3橫坐標(biāo)為 試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試力以及縱坐標(biāo)為第一磁探頭測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度，圖4橫坐標(biāo)為試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)力 以及縱坐標(biāo)為第二磁探頭測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從圖3與圖4中可以看出，在法相磁場(chǎng)B n和切 線磁場(chǎng)Bt產(chǎn)生突變時(shí)，即曲線突然上升時(shí)，即為第一條裂縫產(chǎn)生的時(shí)間；
[0067] 此外，從圖3和圖4顯示，第一次循環(huán)產(chǎn)生了很大的不可逆磁化，F(xiàn)B-B1梁的測(cè)試 力卸載至OkN的法向和切向不可逆磁化分別為87. 6mG和65. 8mG，第二循環(huán)結(jié)束后的不可逆 磁化分別為92. 5mG和70. 6mG，增量分別為4. 9mG和4. 8mG。根據(jù)接近理論，循環(huán)荷載作用 下的鐵磁材料將逐漸從不可逆磁化狀態(tài)趨近于理想的可逆磁化狀態(tài)，不可逆磁化部分會(huì)逐 漸減小，與測(cè)試結(jié)果相符。
[0068] 在經(jīng)過(guò)第一次循環(huán)加載產(chǎn)生了很大的不可逆磁化后，不可逆磁場(chǎng)會(huì)隨著循環(huán)次數(shù) 逐漸增加并逐漸趨向于穩(wěn)定值，循環(huán)荷載作用下的磁場(chǎng)變化幅值基本保持穩(wěn)定，如表五所 示，A Bt為切向磁場(chǎng)變化幅值，A Bn為法相磁場(chǎng)變化幅值：
[0070] 表五
[0071] 并且測(cè)試結(jié)束后的四個(gè)測(cè)試梁的最終破壞形式如下表六所示：
[0073] 表六
[0074] 測(cè)試中磁探頭布置在縱筋最易斷裂的跨中純彎段區(qū)域，從表五和表六可以看出， FB-B1梁是疲勞剪切破壞，A Bt比A Bn小；FB-B2~B4梁是彎曲破壞，縱筋疲勞斷裂在跨 中區(qū)域，ABt比A Bn大。所以，在壓磁疲勞測(cè)試過(guò)程中通過(guò)切向與法向可逆壓磁場(chǎng)變化的 幅值可以初步判斷試驗(yàn)梁的破壞形式。而且我們可以從表五中看出，F(xiàn)B-B1梁得到的最大 A Bt也小于最小A Bn，即也可以得出任意一個(gè)A Bt均小于A Bn ;FB-B2~B4梁得到的最 小A Bt也大于最大A Bn，即也可以得出任意一個(gè)A Bt均大于A Bn，所以只需要部分的切 向磁場(chǎng)與法相磁場(chǎng)的變化幅值也能初步判斷試驗(yàn)梁的破壞形式。
[0075] A Bn (n) = Bnmax (n) -Bnmin (n) (5)
[0076] A Bt (n) = Btmax (n) _Btmin (n) (6)
[0077] 其中式（5)式（6)中，n為循環(huán)次數(shù)，A B>)為第一磁探頭測(cè)得的法向磁場(chǎng)的變 化幅值，Bnmax(n)為第一磁探頭測(cè)得的法相磁場(chǎng)的波峰值；B nmin(n)為第一磁探頭測(cè)得的 法相磁場(chǎng)的波谷值。ABt(n)為第二磁探頭測(cè)得的切向磁場(chǎng)變化幅值，B tmax(n)為第二磁 探頭測(cè)得的法相磁場(chǎng)的波峰值；Btmin(n)為第二磁探頭測(cè)得的法相磁場(chǎng)的波谷值。
[0078] 如果A Bn(n) > A Bt (n)，則判斷鋼筋混凝土梁最后會(huì)被剪切破壞；
[0079] 如果A Bn(n)〈 A Bt(n)，則判斷鋼筋混凝土梁最后會(huì)被彎曲破壞。
[0080] 金屬疲勞過(guò)程一般可以分為三個(gè)階段，鋼筋混凝土梁的疲勞一般也呈三階段特 征，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示第一和第三階段分別占總壽命的10%左右，第二階段占80%左右。如圖 5所示，為FB-B4梁不同循環(huán)次數(shù)時(shí)的第一曲線，即以一個(gè)循環(huán)內(nèi)疲勞試驗(yàn)機(jī)測(cè)試力為橫坐 標(biāo)而磁探頭測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，從圖中我們可以明顯看出隨著循環(huán)次數(shù)的變大，第 一曲線首尾相連形成的封閉圖形的面積在逐漸減小。如圖6所示，為以第一曲線首尾相連 形成的封閉圖形的面積作為縱坐標(biāo)而以測(cè)試力的循環(huán)次數(shù)作為橫坐標(biāo)形成一個(gè)第三曲線， 從圖中可以看出有三個(gè)階段，首先是第一階段的封閉圖形的面積緩緩下降，第二階段是封 閉圖形面積趨于平穩(wěn)，第三階段是封閉圖形的面積加速下降，直到趨近于零，與金屬疲勞過(guò) 程相似，所以可以判斷出當(dāng)?shù)谌€中出現(xiàn)第二次的面積減小速度加快時(shí)（即出現(xiàn)第二次 突變時(shí)），則表示這個(gè)測(cè)試力循環(huán)的次數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間處于鋼筋疲勞過(guò)程中的第二階段與第 三階段之間，即此時(shí)鋼筋混凝土梁即將損壞。
[0082] 式（7)中，n為循環(huán)次數(shù)，m為每一循環(huán)的采集點(diǎn)數(shù)，BiS每一循環(huán)中第i次采集 到的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，F(xiàn)iS每一循環(huán)中第i次采集到的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的力的大小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于壓磁效應(yīng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞測(cè)試方法，其特征在于，它包括以下步 驟： (1 )、制備測(cè)試用的鋼筋混凝土梁，并且測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； (2) 、將測(cè)試裝置固定到測(cè)試用的鋼筋混凝土梁上，且主要包括以下步驟： A、 在鋼筋混凝土梁的跨中位置上設(shè)置兩對(duì)盲孔； B、 將兩個(gè)帶磁探頭的支撐裝置分別固定在兩對(duì)盲孔上； C、 通過(guò)設(shè)置在支撐裝置上的磁探頭支座調(diào)整磁探頭的高度，使得測(cè)探頭與鋼筋混凝土 梁中的鋼筋的中心線對(duì)齊； D、 通過(guò)磁探頭支座調(diào)整磁探頭的朝向，使其中一個(gè)磁探頭朝向與鋼筋垂直，用于測(cè)量 鋼筋的法向磁場(chǎng)，稱為第一磁探頭；另一個(gè)磁探頭朝向與鋼筋平行，用于測(cè)量鋼筋的切向磁 場(chǎng)，稱為第二磁探頭； E、 通過(guò)支撐裝置調(diào)整磁探頭與鋼筋混凝土梁表面之間的距離，使得磁探頭與鋼筋混凝 土梁表面之間的距離為8-12mm; (3) 、通過(guò)疲勞試驗(yàn)機(jī)給固定了測(cè)試裝置的鋼筋混凝土梁提供測(cè)試力，所述測(cè)試力為逐 漸增大然后逐漸減小的循環(huán)力； (4) 、采集測(cè)試數(shù)據(jù)、處理測(cè)試數(shù)據(jù)以及得到結(jié)論： ① 、鋼筋混凝土梁受到來(lái)自疲勞試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試力后，磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生改變，磁探頭采集磁場(chǎng) 強(qiáng)度信號(hào)； ② 、根據(jù)采集到的磁場(chǎng)強(qiáng)度以及疲勞試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試力，形成一個(gè)以疲勞試驗(yàn)機(jī)測(cè)試力 為橫坐標(biāo)而磁探頭測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的第一曲線，同時(shí)形成一個(gè)以時(shí)間為橫坐標(biāo)而 磁探頭測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的第二曲線； ③ 、當(dāng)測(cè)試力在第一個(gè)循環(huán)時(shí)，隨著測(cè)試力的增加，磁場(chǎng)會(huì)有變化，當(dāng)測(cè)試力增加到一 定程度時(shí)，第一曲線中的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)突變，此時(shí)則表示鋼筋混凝土梁在測(cè)試力作用下 產(chǎn)生了第一條裂縫； ④ 、測(cè)試力在每個(gè)循環(huán)時(shí)都會(huì)形成一個(gè)第二曲線，每個(gè)第二曲線的波峰磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值 減去波谷磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值可以得到一個(gè)磁場(chǎng)變化幅值，將每個(gè)循環(huán)中通過(guò)第一磁探頭測(cè)得的 磁場(chǎng)變化幅值與通過(guò)第二磁探頭測(cè)得的磁場(chǎng)變化幅值均取平均值，若第一磁探頭測(cè)得的磁 場(chǎng)變化幅值的平均值大于第二磁探頭測(cè)得的磁場(chǎng)變化幅值的平均值，則可判斷鋼筋混凝土 梁會(huì)發(fā)生剪切破壞；若第一磁探頭測(cè)得的磁場(chǎng)變化幅值的平均值小于第二磁探頭測(cè)得的磁 場(chǎng)變化幅值的平均值，則可判斷鋼筋混凝土梁會(huì)發(fā)生彎曲破壞； ⑤ 、計(jì)算第一曲線的面積，然后以這個(gè)面積作為縱坐標(biāo)而以測(cè)試力的循環(huán)次數(shù)作為橫 坐標(biāo)形成一個(gè)第三曲線，隨循環(huán)次數(shù)增多，則第一曲線的面積越小，當(dāng)?shù)谌€中出現(xiàn)第二 次的面積減小速度加快時(shí)，表示這個(gè)測(cè)試力循環(huán)的次數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間是鋼筋混凝土梁即將損 壞的時(shí)間。2. -種如權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于：它包括數(shù)據(jù)采集裝置以及數(shù)據(jù)處 理裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括磁探頭（1 )、固定在測(cè)試用的鋼筋混凝土梁（2)上的支撐裝 置（3)、設(shè)置在支撐裝置（3)上用于調(diào)節(jié)磁探頭（1)位置的磁探頭支座（4)，所述數(shù)據(jù)處理裝 置包括計(jì)算機(jī)，所述磁探頭（1)與計(jì)算機(jī)信號(hào)連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及土木工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本性能研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓磁效應(yīng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)疲勞測(cè)試方法和裝置。通過(guò)測(cè)試鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)強(qiáng)度能明確定義裂紋萌生與擴(kuò)展階段、能把握疲勞損傷過(guò)程尤其是后期迅速劣化過(guò)程且能預(yù)估結(jié)構(gòu)疲勞破壞形式。
【IPC分類】G01N3/32
【公開(kāi)號(hào)】CN104931364
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510300212
【發(fā)明人】金偉良, 張軍, 左佑, 毛江鴻, 崔磊
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月4日