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不同温度下锚栓的抗拉承载力标准值检测

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发布时间：2025-05-30 18:20:21 更新时间：2025-05-29 18:20:21

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

不同温度下锚栓抗拉承载力标准值检测

锚栓作为一种重要的建筑结构连接件，广泛应用于钢结构、幕墙、设备安装等领域。其抗拉承载力是保障结构安全的关键性能指标。在实际工程中，锚栓可能暴露于各种环境温度下，如火灾高温、严寒环境或工业高温区域。温度的变化会显著影响金属材料的力学性能（如强度、弹性模量）以及锚栓与基材（如混凝土）之间的粘结性能，进而导致其抗拉承载力的下降或变化。因此，准确测定不同温度条件下锚栓的抗拉承载力标准值，对于评估结构在极端温度环境下的安全性、进行耐火设计或低温环境设计至关重要。该项检测不仅涉及材料在高温/低温下的强度衰减规律，还需考虑温度梯度、升温/降温速率、保温时间以及后续冷却过程（热暴露后）对残余承载力的影响，是一个复杂的多因素耦合过程。

检测项目

核心检测项目即为“不同温度下的抗拉承载力标准值”。具体可细分为：

常温(基准)抗拉承载力标准值：通常在标准实验室环境（如23±5℃）下测定，作为对比基准。
高温抗拉承载力标准值：在设定的目标高温（如200℃, 400℃, 600℃, 800℃等，依据相关标准或设计要求）下，保温和加载过程中测得的极限抗拉承载力。
低温抗拉承载力标准值：在设定的目标低温（如-20℃, -40℃等）下测得的极限抗拉承载力。
热暴露后残余抗拉承载力标准值：将锚栓加热至目标高温并保温规定时间后，冷却至常温，再测试其残余抗拉承载力，评估其经受高温后的性能损失。
特定温度-时间曲线下的抗拉承载力：模拟实际升温过程（如标准火灾升温曲线ISO 834），测定在特定时间点（对应特定温度）的承载力。
锚栓位移/变形特性：在各级温度下加载过程中，同步记录荷载-位移曲线，分析其刚度变化和变形能力。

检测仪器

进行该项检测需要专门的设备和环境模拟装置：

万能材料试验机：核心设备，用于施加拉伸荷载并精确测量荷载值（力值传感器）和位移（引伸计或LVDT）。必须具有足够的吨位和行程，并能与温控系统兼容。
高温环境模拟系统：
- 高温试验炉/热室：能包围试样并精确控制内部温度。炉体需有足够的均温区，确保试样处于设定的均匀温度场中。
- 加热元件及控制系统：通常采用电阻丝或硅碳棒加热，配备高精度温控仪（如PID控制器）和程序升温装置，能按预设温度曲线（如恒温、线性升温、标准火灾曲线）运行。
- 温度测量系统：热电偶（如K型、S型）是主要的测温元件，需紧密固定于锚栓关键部位（螺纹段、无螺纹杆段、靠近混凝土基材处）和炉内均温区，实时监测并反馈温度信号。
低温环境模拟系统：
- 低温试验箱：能提供稳定、均匀的低温环境。
- 制冷系统及温控系统：精确控制箱内温度至目标低温。
- 温度测量系统：同样使用热电偶或铂电阻温度计（PT100）进行多点测温。
数据采集系统：同步采集并记录荷载、位移（多个方向）、温度（多个测点）等信号，采样频率需满足动态测试要求。
辅助装置：
- 专用夹具：用于将锚栓连接至试验机，需能在高温/低温下稳定工作并传递荷载，避免偏心加载。
- 混凝土基材模拟装置：测试通常需要将锚栓预埋或安装在模拟的混凝土试块中，试块尺寸和强度需符合标准要求。
- 引伸计：精确测量锚栓在高温/低温下的轴向变形。
- 冷却系统（可选）：用于快速降温或控制冷却速率（针对热暴露后测试）。
- 红外测温仪（可选）：用于非接触式快速测量表面温度，作为辅助验证。

检测方法

主要步骤和方法如下：

试样制备：
- 按标准和设计要求选取锚栓型号、规格、材质。
- 将锚栓按照规定的埋深、边距、间距等安装参数，预埋或安装在符合标准规定的混凝土试块（C20-C50常用）中。试块需养护至规定龄期和强度。
- 安装加载装置（夹具、连接杆等），确保对中。
仪器连接与标定：
- 安装热电偶至指定测温点（锚栓关键部位、基材表面/内部、炉内空间点）。
- 安装位移测量装置（引伸计/LVDT）。
- 连接所有传感器至数据采集系统，并进行系统标定。
温度环境建立：
- 高温测试：将安装了锚栓的试块放入高温炉内。关闭炉门，按预设程序（如以10-20℃/min升至目标温度T，保温至所有测温点稳定在T±规定公差内，通常±5℃或±10℃）。
- 低温测试：将试块放入低温箱，设定目标温度并保持足够时间使温度均匀稳定。
- 热暴露后测试：将试样加热至目标温度并保温规定时间后，按预设程序（如自然冷却、强制冷却）冷却至室温。
- 火灾曲线测试：按ISO 834或其他指定时间-温度曲线对炉膛进行升温控制。
加载测试：
- 待目标温度稳定（或达到火灾曲线特定时间点）后，启动试验机。
- 按标准规定的加载速率（如恒定位移速率或恒定应力速率）对锚栓施加单调递增的拉伸荷载，直至锚栓或其周围的混凝土发生破坏。加载过程需连续、平稳。
- 数据采集系统同步、连续记录荷载、位移、温度等数据。
破坏模式观察与记录：
- 详细观察并记录锚栓的最终破坏形态（如锚栓钢材拉断、螺纹脱扣、混凝土锥体破坏、混合破坏等）。
- 拍照或录像记录破坏情况。
数据处理与分析：
- 从记录的数据中提取各温度点的极限抗拉荷载值。
- 根据破坏模式判断有效性（如应为锚栓钢材破坏模式方为核心指标）。
- 对一组有效试样（通常至少5个）的极限荷载进行统计分析（计算平均值、标准差）。
- 按照相关标准的规定（如取5%分位值，考虑特定系数）计算该温度下的抗拉承载力标准值（特征值）N_Rk,T。
- 绘制承载力-温度关系曲线或承载力-时间（火灾曲线）关系曲线。
- 分析荷载-位移曲线，评估温度对锚栓刚度和延性的影响。