一、項目背景與目標

在巖土工程、隧道支護、邊坡加固等領(lǐng)域，錨桿需長期承受爆破震動、交通荷載等循環(huán)作用力，其疲勞性能直接影響工程結(jié)構(gòu)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(huán)荷載，獲取錨桿疲勞壽命、疲勞極限等關(guān)鍵參數(shù)，為錨桿材料選型、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及工程設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐。

二、相關(guān)標準與規(guī)范

國內(nèi)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(shù)規(guī)程》（涉及錨桿疲勞測試要求）

三、關(guān)鍵試驗參數(shù)及設(shè)定依據(jù)

1.荷載波形

設(shè)定：優(yōu)先采用正弦波，特殊工況可選擇三角波或自定義波形。

依據(jù)：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(fēng)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(jù)實際工程中錨桿所受的復(fù)雜荷載特征進行定制，如爆破震動產(chǎn)生的非規(guī)則荷載。

2.應(yīng)力比（R=σ_min/σ_max）

設(shè)定：取值 0.1 - 0.5。

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

3.最大應(yīng)力（σ_max）

設(shè)定：按設(shè)計荷載的 1.2 - 2 倍設(shè)定，分多組應(yīng)力水平進行試驗（如 σ1、σ2、σ3）。

依據(jù)：通過提高應(yīng)力水平加速疲勞破壞過程，在較短時間內(nèi)獲取錨桿的疲勞性能數(shù)據(jù)。設(shè)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(yīng)力過高導(dǎo)致試驗結(jié)果失去工程實際參考意義。多組應(yīng)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(yīng)力幅值下的疲勞壽命。

4.試驗頻率

設(shè)定：10 - 20Hz。

依據(jù)：頻率過高會使錨桿因材料內(nèi)部摩擦生熱導(dǎo)致溫度升高，影響材料力學(xué)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(fā)熱問題，使試驗結(jié)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(nèi)。

5.循環(huán)次數(shù)

設(shè)定：預(yù)定循環(huán)次數(shù)為 10?次

四、配套系統(tǒng)配置

1.夾具系統(tǒng)：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(tǒng)：

荷載傳感器：量程 0 - 300kN，精度 0.5 級，實時監(jiān)測加載力；

位移傳感器：量程 ±75mm，精度≤±0.1FS，記錄錨桿變形；

應(yīng)變片：粘貼于錨桿應(yīng)力集中部位（如螺紋段），監(jiān)測局部應(yīng)力變化；

裂紋監(jiān)測裝置：配置渦流探傷儀或光學(xué)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(tǒng)：恒壓伺服泵站：提供穩(wěn)定液壓動力，減少系統(tǒng)壓力波動；

4.全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)：支持閉環(huán)控制，可實時調(diào)整試驗參數(shù)，實現(xiàn)試驗力、頻率、波形的精準控制。

5.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：

專用試驗軟件：具備數(shù)據(jù)采集、實時顯示、自動繪制 S-N 曲線（應(yīng)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(shè)備，確保數(shù)據(jù)處理與存儲效率。