基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置及方法
2023-09-12 18:31:50
基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置及方法
【專利摘要】一種基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，包括落錘試驗機，其特徵在於：包括荷載傳遞框架、試件固定架、數據採集系統；試件固定架固定試件，位於落錘試驗機下方，荷載傳遞框架用於傳遞落錘荷載至試件，數據採集系統採集試件動態粘結滑移測試數據。相比現有技術，本發明具有如下有益效果：利用落錘試驗機施加撞擊荷載，通過荷載傳遞框架將撞擊荷載轉為拉力荷載，獲得更高應變率條件下的動態粘結滑移測試數據，並且裝置簡單，可重複使用，操作方便，節約試驗成本，降低資源浪費；限位橫梁可防止落錘衝擊過大，造成荷載傳遞框架向下砸壞數據採集系統的位移計。
【專利說明】基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及試驗測試設備領域，尤其是一種針對筋材與混凝土拔出粘結滑移的測試裝置及方法。
【背景技術】
[0002]鋼筋和混凝土這兩種性質不同的材料之所以能夠共同工作，很重要的一個原因就是這兩者之間存在著粘結作用，這種作用使鋼筋與混凝土之間能夠實現應力傳遞，從而在鋼筋與混凝土中建立起結構承載所必須的工作應力。因此，鋼筋與混凝土之間的粘結滑移關係對研究鋼筋混凝土結構有著重要意義。國內外學者就此開展了大量的試驗研究，並取得了豐碩的研究成果，但這些研究大多是在靜載作用下得到的。而整個結構在地震、衝擊、爆炸等作用下，其內部鋼筋與混凝土之間的錨固是承受動荷載作用的。而常規力學試驗機僅能進行靜態加載，即便是電液伺服加載系統，也只能適合進行10_2/s以下應變率試驗。
[0003]落錘式衝擊試驗機是一種簡單、可靠、重複性好的加載裝置。落錘加載系統由垂直軌道和自由落體的重物及高度測量系統組成。衝擊載荷由重錘的自由下落撞擊到試樣上。可以通過調節不同的落錘下落距離、落錘重量來獲得不同的載荷脈衝的波形。落錘試驗適用的應變率範圍可達io7s。
[0004]但落錘試驗機施加的是撞擊荷載，如何將落錘的撞擊轉化為拉力是現有落錘試驗機沒有考慮的。對現有落錘試驗機進行簡單的改造，不僅能夠實現常規力學試驗機無法完成的要求，還擴展是落錘試驗機的功能，節約一筆設備購置費用。
【發明內容】
[0005]針對上述現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種裝置和方法能夠基於落錘試驗機進行筋材與混凝土的動態粘結滑移試驗研究。
[0006]為解決上述問題，本發明採用如下技術方案:
[0007]一種基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，包括落錘試驗機，其特徵在於:包括荷載傳遞框架、試件固定架、數據採集系統；試件固定架固定試件，位於落錘試驗機下方，荷載傳遞框架用於傳遞落錘荷載至試件，數據採集系統採集試件動態粘結滑移測試數據。
[0008]優選的，荷載傳遞框架包括下部橫梁、上部橫梁、豎杆架立而成，下部橫梁的翼緣中間開設通孔；上部橫梁下方設有限位橫梁，限位橫梁固定在落錘試驗機的機架上。
[0009]優選的，數據採集系統包括動態信號測試儀、位移計、拉力傳感器，位移計、拉力傳感器與動態信號測試儀相連。
[0010]優選的，試件固定架包括臺座和橫梁，橫梁位於下部橫梁和上部橫梁之間，橫梁中間位置開設圓孔。
[0011]優選的，下部橫梁和上部橫梁翼緣兩端設有安裝孔，豎杆穿過安裝孔固定連接形成荷載傳遞框架，上部橫梁翼緣兩側開設凹槽，凹槽形狀與落錘試驗機的軌道適配。
[0012]優選的，位移計通過表架置於試件筋材自由端，表架固定於試件混凝土頂部,試件筋材拔出端穿過橫梁中間的圓孔，拉力傳感器一端與試件筋材拔出端連接，另一端通過螺杆與下部橫梁的通孔連接。
[0013]優選的，試件筋材拔出端留有外螺紋，通過內外螺紋管與拉力傳感器相連，內外螺紋管的內螺紋與試件筋材拔出端適配，外螺紋與拉力傳感器適配。
[0014]本發明還提供一種基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試方法，包括以下步驟:
[0015]一、安裝荷載傳遞框架:抬高上部橫梁使軌道置於凹槽內，上部橫梁抬高至限位橫梁安裝位置上方後，安裝限位橫梁，限位橫梁安裝完成後，將上部橫梁置於限位橫梁上；
[0016]二、安裝試件:安裝試件固定架，試件放置在試件固定架的橫梁上，將試件筋材拔出端向下穿過橫梁中間位置開設的圓孔；
[0017]三、安裝拉力傳感器:將拉力傳感器一端與試件筋材拔出端連接，拉力傳感器另一端連接螺杆，螺杆穿過下部橫梁的翼緣上的通孔，用螺母固定在下部橫梁上；
[0018]四、安裝豎杆:使豎杆穿過下部橫梁和上部橫梁的安裝孔，抬高上部橫梁至限位橫梁上方I?2cm，固定上部橫梁、下部橫梁、豎杆三者相對位置；
[0019]五、安裝位移計:架立表架,使位移計抵住試件筋材自由端,將位移計和拉力傳感器連接至動態信號測試儀，並調整動態信號測試儀準備採集數據；
[0020]六、數據採集:升高落錘至指定高度，使落錘落下衝擊荷載傳遞框架的上部橫梁，衝擊荷載將通過豎杆和下部橫梁，經過拉力傳感器，拔出試件筋材，該過程中動態信號測試儀記錄下拉力傳感器數值和位移計數值，對數據進行處理即可得到試件筋材從試件混凝土中拔出過程的粘結滑移關係。
[0021]相比現有技術，本發明具有如下有益效果:利用落錘試驗機施加撞擊荷載，通過荷載傳遞框架將撞擊荷載轉為拉力荷載，獲得更高應變率條件下的動態粘結滑移測試數據，並且裝置簡單，可重複使用，操作方便，節約試驗成本，降低資源浪費；限位橫梁可防止落錘衝擊過大，造成荷載傳遞框架向下砸壞數據採集系統的位移計。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是落錘試驗機結構示意圖；
[0023]圖2是荷載傳遞框架結構主視圖；
[0024]圖3是荷載傳遞框架結構側視圖；
[0025]圖4是下部橫梁翼緣結構示意圖；
[0026]圖5是上部橫梁翼緣結構示意圖；
[0027]圖6是試件固定架結構示意圖；
[0028]圖7是試件結構示意圖；
[0029]圖8是數據採集系統結構示意圖；
[0030]圖9是整體結構示意圖。
[0031]圖中:1_落錘試驗機、11-落錘、12-機架、13-軌道、2-荷載傳遞框架、21-下部橫梁、211安裝孔、212通孔、22-上部橫梁、222-凹槽、23-豎杆、3-限位橫梁、4-試件固定架、41-臺座、42-橫梁、421-圓孔、5-數據採集系統、51-動態信號測試儀、52-位移計、53-拉力傳感器、54表架、55-螺杆、6-試件、61-試件筋材、62-試件混凝土。【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖，對本發明作進一步說明:
[0033]一種基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，包括落錘試驗機1、荷載傳遞框架
2、限位橫梁3、試件固定架4、數據採集系統5 ;落錘試驗機I包括落錘11、機架12、軌道13 ；荷載傳遞框架2由下部橫梁21、上部橫梁22、豎杆23架立而成，下部橫梁21、上部橫梁22上對稱設有豎杆安裝孔211，兩根豎杆23穿過安裝孔211定位固定，上部橫梁22翼緣兩側開設凹槽222，方便與落錘試驗機I的軌道13適配安裝。
[0034]限位橫梁3兩側固定在機架12上，位於上部橫梁22下方l-2cm處，以防上部橫梁21受衝擊過大而砸損下方位移計52 ;試件固定架4用於固定試件6，包括臺座41和橫梁42，橫梁42置於臺座41上，橫梁42中間開設圓孔421，以使試件筋材61拔出端穿過，試件筋材61自由端上安裝位移計52，位移計52通過安裝在試件混凝土 62上的表架54保持穩定，試件筋材61自由端設有螺紋,與拉力傳感器53連接，試件筋材61自由端也可以通過內外螺紋管與拉力傳感器53連接，拉力傳感器53另一端利用螺杆55通過下部橫梁21翼緣中間的通孔212進行安裝；數據採集系統5的動態信號測試儀51與位移計52、拉力傳感器53連接，以獲取測試數據。
[0035]上述基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置的測試方法，包括以下步驟:
[0036]一、安裝荷載傳遞框架2:抬高上部橫梁22使軌道13置於凹槽222內，上部橫梁22抬高至限位橫梁3安裝位置上方後，安裝限位橫梁3，限位橫梁3安裝完成後，將上部橫梁22置於限位橫梁3上；
[0037]二、安裝試件6:安裝試件固定架4，試件6放置在試件固定架4的橫梁42上，將試件筋材61拔出端向下穿過橫梁42中間位置開設的圓孔421 ；
[0038]三、安裝拉力傳感器53:將拉力傳感器53 —端與試件筋材61拔出端連接,拉力傳感器53另一端連接螺杆55，螺杆55穿過下部橫梁21的翼緣上的通孔212，用螺母固定在下部橫梁21上；
[0039]四、安裝豎杆23:使豎杆23穿過下部橫梁21和上部橫梁22的安裝孔211，抬高上部橫梁22至限位橫梁3上方I?2cm，固定上部橫梁22、下部橫梁21、豎杆23三者相對位置；
[0040]五、安裝位移計52:架立表架54，使位移計52抵住試件筋材61自由端，將位移計52和拉力傳感器53連接至動態信號測試儀51，並調整動態信號測試儀51準備採集數據；
[0041]六、數據採集:升高落錘11至指定高度，使落錘11落下衝擊荷載傳遞框架2的上部橫梁22，衝擊荷載將通過豎杆23和下部橫梁21，經過拉力傳感器53，拔出試件筋材61，該過程中動態信號測試儀51記錄下拉力傳感器53數值和位移計52數值，對數據進行處理即可得到試件筋材61從試件混凝土 62中拔出過程的粘結滑移關係。動態信號測試儀51記錄下拉力傳感器53數值ε i，位移計52數值Si，已知拉力傳感器53係數為k，則鋼筋拔出力F = k.ε i，從而可以得到鋼筋拔出的荷載滑移關係F?S。
[0042]儘管本發明就優選實施方式進行了示意和描述，但本領域的技術人員應當理解，只要不超出本發明的權利要求所限定的範圍，可以對本發明進行各種變化和修改。
【權利要求】
1.一種基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，包括落錘試驗機，其特徵在於:包括荷載傳遞框架、試件固定架、數據採集系統；試件固定架固定試件，位於落錘試驗機下方，荷載傳遞框架用於傳遞落錘荷載至試件，數據採集系統採集試件動態粘結滑移測試數據。
2.根據權利要求1所述的基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，其特徵在於:荷載傳遞框架由下部橫梁、上部橫梁、豎杆架立而成，下部橫梁的翼緣中間開設通孔；上部橫梁下方設有限位橫梁，限位橫梁固定在落錘試驗機的機架上。
3.根據權利要求2所述的基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，其特徵在於:數據採集系統包括動態信號測試儀、位移計、拉力傳感器，位移計、拉力傳感器與動態信號測試儀相連。
4.根據權利要求3所述的基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，其特徵在於:試件固定架包括臺座和橫梁，橫梁位於下部橫梁和上部橫梁之間，橫梁中間位置開設圓孔。
5.根據權利要求4所述的基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，其特徵在於:下部橫梁和上部橫梁翼緣兩端設有安裝孔，豎杆穿過安裝孔固定連接形成荷載傳遞框架，上部橫梁翼緣兩側開設凹槽，凹槽形狀與落錘試驗機的軌道適配。
6.根據權利要求5所述的基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，其特徵在於--位移計通過表架置於試件筋材自由端，表架固定於試件混凝土頂部，拉力傳感器一端與試件筋材拔出端連接，另一端 通過螺杆與下部橫梁的通孔連接。
7.根據權利要求6所述的基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試裝置，其特徵在於:試件筋材拔出端留有外螺紋，通過內外螺紋管與拉力傳感器相連，內外螺紋管的內螺紋與試件筋材拔出端適配，外螺紋與拉力傳感器適配。
8.一種基於落錘試驗機的動態粘結滑移測試方法，包括以下步驟: 一、安裝荷載傳遞框架:抬高上部橫梁使落錘試驗機的軌道置於上部橫梁凹槽內，上部橫梁抬高至限位橫梁安裝位置上方後，安裝限位橫梁，限位橫梁安裝完成後，將上部橫梁置於限位橫梁上； 二、安裝試件:安裝試件固定架，試件放置在試件固定架的橫梁上，將試件筋材拔出端向下穿過固定架橫梁中間位置開設的圓孔； 三、安裝拉力傳感器:將拉力傳感器一端與筋材拔出端連接，拉力傳感器另一端連接螺杆，螺杆穿過下部橫梁的翼緣上的通孔，用螺母固定在下部橫梁上； 四、安裝豎杆:使豎杆穿過下部橫梁和上部橫梁的安裝孔，抬高上部橫梁至限位橫梁上方I~2cm,固定上部橫梁、下部橫梁、豎杆三者相對位置； 五、安裝位移計:架立表架,使位移計抵住試件筋材自由端,將位移計和拉力傳感器連接至動態信號測試儀，並調整動態信號測試儀準備採集數據； 六、數據採集:升高落錘至指定高度，使落錘落下衝擊荷載傳遞框架的上部橫梁，衝擊荷載將通過豎杆和下部橫梁，經過拉力傳感器，拔出試件筋材，該過程中動態信號測試儀記錄下拉力傳感器數值和位移計數值，對數據進行處理即可得到試件筋材從試件混凝土中拔出過程的粘結滑移關係。
【文檔編號】G01N19/04GK103940737SQ201410198915
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】陳育志, 宣衛紅, 王瑤, 王潘繡, 陳曉洪 申請人:金陵科技學院