本發(fā)明屬于纜索性能測試，更具體地，涉及一種恒動荷載分離的大纜力纜索疲勞試驗設(shè)備及試驗方法。

背景技術(shù)：

1、在大跨度橋梁工程中，纜索系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色，它不僅負責傳遞荷載，還支撐著整個橋面的結(jié)構(gòu)。這一系統(tǒng)包括懸索橋的主纜和吊索，以及斜拉橋的斜拉索。此外，像纜車的主纜等也屬于纜索一類構(gòu)件。纜索在使用過程中所承受的荷載并非恒定不變，而是時刻在變化的，這種變化可能是由于橋梁本身的自重、風載、交通荷載等多種因素引起的，并且，在反復或循環(huán)應(yīng)力荷載作用下纜索發(fā)生金屬疲勞，損傷累積后，最終可能導致材料的斷裂。因此，金屬疲勞對于纜索的長期安全性具有不可忽視的影響。對于纜索構(gòu)件來說，由于其長期承受著不斷變化的荷載，金屬疲勞問題尤為突出。一旦纜索發(fā)生疲勞斷裂，將可能導致橋梁結(jié)構(gòu)的嚴重破壞，甚至危及生命財產(chǎn)安全。

2、為了保證纜索產(chǎn)品的可靠性，確保纜索構(gòu)件的安全性，在纜索產(chǎn)品工藝發(fā)生變化或開始進行批量生產(chǎn)前，通常要求對其產(chǎn)品抽樣進行疲勞加載試驗。這些試驗遵循一定的國家或行業(yè)標準，以驗證材料的性能、工藝的穩(wěn)定性以及生產(chǎn)的可靠性。通過疲勞試驗，可以評估纜索構(gòu)件的耐久性，并及時發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷，從而保障橋梁工程的生命財產(chǎn)安全。文獻號為cn203758844u的中國專利公開了一種斜拉橋斜拉索疲勞試驗機，該試驗機將斜拉索試件豎直地安裝在剛性橫梁和機架的橫向剛性支架之間，并設(shè)置穿心式壓力傳感器測量該斜拉索試件的初始預(yù)拉力，采用振動電機對斜拉索試件施加豎向振動(大幅度的豎向應(yīng)力)，采用應(yīng)力幅調(diào)節(jié)裝置對斜拉索試件施加微幅豎向位移調(diào)節(jié)，采用斜拉索試件上所配裝的應(yīng)變計反饋該斜拉索試件的應(yīng)力變化，采用調(diào)節(jié)控制器根據(jù)穿心式壓力傳感器、應(yīng)變計所反饋的數(shù)值控制應(yīng)力幅調(diào)節(jié)裝置所施加的應(yīng)力幅。文獻號為cn203758844u的中國專利所述的斜拉橋斜拉索疲勞試驗機可以根據(jù)不同的受力環(huán)境，選擇合理的應(yīng)力幅大小以及應(yīng)力幅譜，進行斜拉索試件的疲勞試驗。

3、根據(jù)相關(guān)標準，纜索疲勞試驗要求將纜索張拉到一定水平恒載后，再施加一定動載，對于橋梁用大尺寸、高強度纜索而言，加載中荷載最大值可能超過1000噸，標準加載周期為200萬次，對于加載設(shè)備的能力是極大的挑戰(zhàn)，而文獻號為cn203758844u的中國專利提供的應(yīng)力大小受設(shè)備限制，并不能滿足大纜力纜索疲勞試驗要求，其次，直接使用1000噸級以上的加載作動器不但設(shè)備成本高昂，且試驗過程中能耗極高。此外，在用不小于被試纜索的張拉索對試件纜索施加恒載，然后通過作動器施加動載時，張拉索的剛度很大，索力變化不可忽略，實際上無法理想施加恒載，作動器施加的動載作用到試件纜索上的效率低于50％。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種恒動荷載分離的大纜力纜索疲勞試驗設(shè)備及試驗方法，通過所述控制部件調(diào)控所述動力部件輸出的動力，以控制所述荷載加載部件對固定設(shè)于所述主體支撐部件與所述荷載加載部件之間的纜索試件分別施加恒動荷載，從而對所述纜索試件進行疲勞加載試驗；通過控制部件的精確調(diào)控，確保動力輸出的穩(wěn)定性和一致性，使在依據(jù)國家和行業(yè)標準開展纜索疲勞性能加載試驗的過程中顯著降低所述試驗設(shè)備的負載水平和能耗，提高所述試驗設(shè)備的平均工作效率，減少了初期投入成本和運營成本，此外，所述試驗設(shè)備的靈活性允許試驗適應(yīng)不同類型的纜索材料和結(jié)構(gòu)，以及不同的測試需求，進一步減少投入成本。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種恒動荷載分離的大纜力纜索疲勞試驗設(shè)備，包括：主體支撐部件、荷載加載部件、動力部件及控制部件；其中：

3、所述主體支撐部件固定設(shè)于工作地面，其包括：固定設(shè)于工作地面的減震機座、固定設(shè)于所述減震機座上端中部的反力框架；所述反力框架包括兩端分別首尾依次固定連接的第一橫梁、第一縱梁、第二橫梁及第二縱梁；

4、所述荷載加載部件固定設(shè)于所述主體支撐部件內(nèi)部，其包括：分別固定設(shè)于所述第一縱梁及所述第二縱梁相向一端的中部的限位裝置、兩端分別通過連接螺栓與若干所述限位裝置固定連接的第三橫梁、恒載作動器及動載作動器；若干所述恒載作動器以纜索試件鏡像對稱固定設(shè)于所述第二橫梁及所述第三橫梁之間；若干所述動載作動器以所述纜索試件鏡像對稱固定設(shè)于所述第一橫梁及所述第三橫梁之間；

5、所述動力部件固定設(shè)于所述主體支撐部件四周工作地面，其包括：分別以所述減震機座中心鏡像固定設(shè)于所述減震機座前側(cè)及后側(cè)工作地面的高壓氣瓶蓄能器組、固定設(shè)于所述減震機座左側(cè)工作地面的液壓油源、第一液壓油管路及第二液壓油管路；若干所述第一液壓油管路兩端分別固定連接所述液壓油源及若干所述動載作動器；若干所述第二液壓油管路兩端分別固定連接所述液壓油源及若干所述恒載作動器及若干所述高壓氣瓶蓄能器組；

6、所述控制部件通過通訊線與所述動力部件通信連接，固定設(shè)于所述第一液壓油管路上的第一電控閥門、固定設(shè)于所述第二液壓油管路上的第二電控閥門、與所述第一電控閥門、所述第二電控閥門及所述液壓油源通訊連接的控制器；通過所述控制部件調(diào)控所述動力部件輸出的動力，以控制所述荷載加載部件對所述纜索試件分別施加恒動荷載，顯著降低所述試驗設(shè)備的負載水平和能耗。

7、進一步地，所述限位裝置包括支撐座、導軌及滑動件；若干所述支撐座分別對稱固定設(shè)于所述第一縱梁及所述第二縱梁相向一端的中部；所述導軌固定設(shè)于兩個所述支撐座之間，且若干所述導軌分別遠離所述第一縱梁及所述第二縱梁一段距離；所述滑動件與所述導軌適配，且與所述導軌活動連接。

8、進一步地，所述第一橫梁、所述第一縱梁、所述第二橫梁、所述第二縱梁及所述第三橫梁主要由等級不低于q345的鋼材構(gòu)成，且進行防腐涂裝。

9、進一步地，若干所述高壓氣瓶蓄能器組分別通過若干所述第二液壓油管路與其臨近的若干所述恒載作動器串聯(lián)。

10、本發(fā)明的另一方面提供一種恒動荷載分離的大纜力纜索疲勞試驗方法，應(yīng)用如上所述的試驗設(shè)備實現(xiàn)，包括如下步驟：

11、s1：檢查試驗設(shè)備工作狀態(tài)，確保符合待測試纜索試件的疲勞試驗設(shè)計要求；

12、s2：開放第一電控閥門及第二電控閥門，以恒載作動器為主動，動載作動器為從動，采用位移加載模式將第三橫梁推動到適合安裝所述纜索試件的位置；

13、s3：所述纜索試件安裝完畢后，以若干所述恒載作動器為主動，若干所述動載作動器為從動，采用位移加載模式將所述纜索試件輕微張拉，消除各結(jié)構(gòu)、機構(gòu)之間的空程，此時所述纜索試件處于完全卸載狀態(tài)；

14、s4：維持所述第一電控閥門及所述第二電控閥門狀態(tài)不變，以若干所述恒載作動器為主動，若干所述動載作動器為從動，若干所述恒載作動器活塞前進，推動所述第三橫梁將所述纜索試件張拉到平衡狀態(tài)，在張拉過程中，液壓油分別進入若干高壓氣瓶蓄能器組內(nèi)，且液壓與氣壓相互平衡；

15、s5：達到平衡狀態(tài)后，關(guān)閉所述第二電控閥門，此時第二液壓油管路內(nèi)的液壓油在若干所述恒載作動器及若干所述高壓氣瓶蓄能器組之間的管路內(nèi)流動，不受液壓油源作用；以若干所述動載作動器為主動，若干所述恒載作動器為從動，并且通過若干所述高壓氣瓶蓄能器組以空氣彈簧維持若干所述恒載作動器的推力，推動所述第三橫梁在步驟s4中平衡位置兩側(cè)往復運動，對所述纜索試件加載疲勞荷載；

16、s6：在步驟s5中加載疲勞階段，控制部件定期開啟所述第二電控閥門通過所述液壓油源補償主要由若干所述恒載作動器及若干所述高壓氣瓶蓄能器組組成的恒載作業(yè)體系因內(nèi)摩擦產(chǎn)生的能量損失；

17、s7：在滿足標準加載周期后，重復步驟s2，卸下所述纜索試件，檢查所述試驗設(shè)備狀態(tài)正常后，進行后續(xù)所述纜索試件的疲勞試驗。

18、進一步地，所述步驟s3中，所述纜索試件在完全卸載狀態(tài)時，若干所述高壓氣瓶蓄能器組內(nèi)有預(yù)先施加的氣壓p＝p0，內(nèi)部的高壓空氣體積變化量δv均為0，若干所述恒載作動器的負載t為0，若干所述動載作動器的負載t為0，所述纜索試件長度變化量δl為0。

19、進一步地，所述步驟s4中，所述纜索試件達到平衡狀態(tài)時，若干所述高壓氣瓶蓄能器組內(nèi)部的高壓空氣受液壓油擠壓進一步壓縮，其內(nèi)有負的體積變化量δv＝-δv0，氣壓均有增量p＝p0+δp；若干所述恒載作動器的負載t＝t0，且t0的數(shù)值與平衡荷載數(shù)值相等；若干所述動載作動器的負載t為0；所述纜索試件張拉伸長，長度變化量δl＝δl0，此時建立平衡關(guān)系有：

20、kδl0＝t0＝a(p0+δp)

21、其中，k為所述纜索試件的拉伸剛度，a為若干所述恒載作動器中液壓油的總作用面積。

22、進一步地，所述步驟s5中，所述纜索試件在相對平衡狀態(tài)進一步加載拉伸時，若干所述動載作動器活塞后退，負載為拉力t＝δt；所述纜索試件相比平衡狀態(tài)張拉伸長，長度變化量δl＝δl0+δl；若干所述恒載作動器活塞被動前進，負壓將液壓油分別從若干所述高壓氣瓶蓄能器組內(nèi)吸出，其內(nèi)部高壓空氣受到的液壓油擠壓減小，均有相對正的體積變化量，δv＝-(δv0-δv)，氣壓均有負增量，p＝p0+δp-δp；若干所述恒載作動器的負載t因若干所述高壓氣瓶蓄能器組的氣壓變化有負增量，t＝t0-δt，此時建立平衡關(guān)系有：

23、k(δl0+δl)＝t0-δt+δt＝a(p0+δp-δp)+δt

24、其中，k為所述纜索試件的拉伸剛度，a為若干所述恒載作動器中液壓油的總作用面積。

25、進一步地，所述步驟s5中，所述纜索試件在相對平衡狀態(tài)進一步加載縮短時，若干所述動載作動器活塞前進，負載為拉力t＝-δt；所述纜索試件相比平衡狀態(tài)縮短，長度變化量δl＝δl0-δl；若干所述恒載作動器活塞被動后退，將液壓油從若干所述第二液壓油管路中分別壓入若干所述高壓氣瓶蓄能器組內(nèi)，其內(nèi)部高壓空氣受到的液壓油擠壓增加，均有相對負的體積變化量，δv＝-(δv0+δv)，氣壓均有正增量，p＝p0+δp+δp；若干所述恒載作動器的負載t因若干所述第一蓄能器組的氣壓變化有正增量，t＝t0+δt，此時建立平衡關(guān)系有：

26、k(δl0-δl)＝t0+δt-δt＝a(p0+δp+δp)-δt

27、其中，k為所述纜索試件的拉伸剛度，a為若干所述恒載作動器中液壓油的總作用面積。

28、進一步地，所述步驟s6中，由所述加載拉伸及所述加載縮短時的平衡關(guān)系得到若干所述動載作動器在單個疲勞加載周期內(nèi)的負載為2δt，且：

29、2δt＝2kδl+2aδp

30、其中，k為所述纜索試件的拉伸剛度，a為若干所述恒載作動器中液壓油的總作用面積，2kδl為單個疲勞加載周期內(nèi)試驗方案要求的疲勞荷載幅，2aδp為單個疲勞加載周期內(nèi)所述恒載作業(yè)體系波動的補償。

31、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

32、1.本發(fā)明的試驗設(shè)備，通過所述控制部件調(diào)控所述動力部件輸出的動力，以控制所述荷載加載部件對固定設(shè)于所述主體支撐部件與所述荷載加載部件之間的纜索試件分別施加恒動荷載，從而對所述纜索試件進行疲勞加載試驗；通過控制部件的精確調(diào)控，確保動力輸出的穩(wěn)定性和一致性，使在依據(jù)國家和行業(yè)標準開展纜索疲勞性能加載試驗的過程中顯著降低所述試驗設(shè)備的負載水平和能耗，提高所述試驗設(shè)備的平均工作效率，減少了初期投入成本和運營成本，此外，所述試驗設(shè)備的靈活性允許試驗適應(yīng)不同類型的纜索材料和結(jié)構(gòu)，以及不同的測試需求，進一步減少投入成本。

33、2.本發(fā)明的試驗設(shè)備，通過所述控制器調(diào)控所述第一電控閥門、所述第二電控閥門及所述液壓油源，同時，通過所述第三橫梁、所述第一液壓油管路及所述第二液壓油管路將所述恒載作動器及所述動載作動器分離，使若干所述恒載作動器及若干所述動載作動器分別采用力加載模式或位移加載模式對所述纜索試件施加荷載，并且通過若干所述動載作動器承擔較小的動載部分，通過若干所述恒載作動器與所述第一蓄能器組、所述第二蓄能器組組成的低耗能作動體系承擔較大的恒載部分，從而實現(xiàn)提高整個所述試驗設(shè)備的工作效率，且顯著降低疲勞加載設(shè)備的負載水平和能耗，減小初期投入成本和運營成本。

34、3.本發(fā)明的試驗設(shè)備，通過對所述導軌與所述滑動件接觸面采用包括熱處理、表面硬化或涂層處理之類的加工方式處理，用于提升該接觸面耐磨性，增加所述限位裝置使用壽命，確保試驗安全進行。