錨桿疲勞性能試驗 錨桿強度試驗機

一、項目背景與目標

在巖土工程、隧道支護、邊坡加固等領域，錨桿需長期承受爆破震動、交通荷載等循環作用力，其疲勞性能直接影響工程結構安全。本方案旨在搭建一套錨桿疲勞性能試驗平臺，通過模擬實際工況下的循環荷載，獲取錨桿疲勞壽命、疲勞極限等關鍵參數，為錨桿材料選型、結構優化及工程設計提供數據支撐。

二、相關標準與規范

國內標準：

GB/T 3075《金屬材料 疲勞試驗 軸向力控制方法》

JGJ/T 401《建筑基坑支護技術規程》（涉及錨桿疲勞測試要求）

三、關鍵試驗參數及設定依據

1.荷載波形

設定：優先采用正弦波，特殊工況可選擇三角波或自定義波形。

依據：正弦波是最常見的周期性動荷載模擬波形，能夠較好地模擬自然界中如地震波、風荷載等周期性作用；三角波適用于需要快速加載和卸載的模擬場景；自定義波形則可根據實際工程中錨桿所受的復雜荷載特征進行定制，如爆破震動產生的非規則荷載。

2.應力比（R=σ_min/σ_max）

設定：取值 0.1 - 0.5。

依據：實際工程中，錨桿通常不會處于完全反向受力狀態（R=-1），多為單向或小范圍波動受力。0.1 - 0.5 的應力比范圍可模擬錨桿在正常工作狀態下承受的最小應力與最大應力的比例關系，例如在邊坡加固工程中，錨桿在靜載基礎上疊加一定幅度的動荷載，該應力比能較好反映其受力特征。

3.最大應力（σ_max）

設定：按設計荷載的 1.2 - 2 倍設定，分多組應力水平進行試驗（如 σ1、σ2、σ3）。

依據：通過提高應力水平加速疲勞破壞過程，在較短時間內獲取錨桿的疲勞性能數據。設計荷載的 1.2 - 2 倍既能模擬極端工況下錨桿的受力情況，又避免應力過高導致試驗結果失去工程實際參考意義。多組應力水平試驗可繪制完整的 S-N 曲線，全面評估錨桿在不同應力幅值下的疲勞壽命。

4.試驗頻率

設定：10 - 20Hz。

依據：頻率過高會使錨桿因材料內部摩擦生熱導致溫度升高，影響材料力學性能，加速疲勞破壞，與實際工況不符；頻率過低則會延長試驗周期，降低試驗效率。10 - 20Hz 的頻率范圍在保證試驗效率的同時，能有效控制材料發熱問題，使試驗結果更接近實際工程中錨桿承受動荷載的情況 ，例如交通荷載引起的振動頻率通常在該范圍內。

5.循環次數

設定：預定循環次數為 10?次

四、配套系統配置

1.夾具系統：定制高強度合金鋼夾具，采用錐形夾頭或螺紋連接方式，確保錨桿軸向受力均勻，避免偏心加載；夾頭表面進行硬化處理，提高耐磨性。

2.測量系統：

荷載傳感器：量程 0 - 300kN，精度 0.5 級，實時監測加載力；

位移傳感器：量程 ±75mm，精度≤±0.1FS，記錄錨桿變形；

應變片：粘貼于錨桿應力集中部位（如螺紋段），監測局部應力變化；

裂紋監測裝置：配置渦流探傷儀或光學顯微鏡，定期檢測錨桿表面裂紋萌生與擴展。

3.動力與控制系統：恒壓伺服泵站：提供穩定液壓動力，減少系統壓力波動；

4.全數字伺服控制系統：支持閉環控制，可實時調整試驗參數，實現試驗力、頻率、波形的精準控制。

5.數據處理系統：

專用試驗軟件：具備數據采集、實時顯示、自動繪制 S-N 曲線（應力 - 壽命曲線）、生成試驗報告等功能；

計算機硬件：配置高性能處理器與大容量存儲設備，確保數據處理與存儲效率。