界面動態力學行為的測試裝置及製作和測試方法

2023-06-10 10:24:51

界面動態力學行為的測試裝置及製作和測試方法
【專利摘要】界面動態力學行為的測試裝置及製作方法，屬於混凝土建築領域，本裝置包括外框架、加載裝置、防偏心裝置、動作執行裝置和數據採集裝置，伸縮作動器通過設有伺服閥的進油管和出油管連接液壓油源，伸縮作動器內置位移傳感器，位移傳感器通過傳動軸連接荷載傳感器，荷載傳感器通過萬向鉸、傳力杆、平面滾針軸承和玄武巖纖維布懸掛著混凝土試樣，混凝土試樣通過底部外露的鋼筋固定在液壓夾頭中。動態信號測試儀連接應變片和荷載傳感器，控制器連接伺服閥、位移傳感器和荷載傳感器，動態信號測試儀和控制器連接計算機。在鋼模板的模板孔中插入鋼筋，澆築混凝土形成混凝土試樣，粘貼玄武巖纖維布和應變片。本發明測試精確，製作簡單。
【專利說明】界面動態力學行為的測試裝置及製作和測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及界面動態力學行為的測試裝置及製作和測試方法，具體涉及玄武巖纖維與混凝土界面動態力學行為的測試裝置及製作和測試方法，屬於混凝土建築領域。
【背景技術】
[0002]在土木工程領域中，玄武巖纖維加固技術是一種新型的混凝土結構加固修復技術。研究表明，纖維材料加固混凝土構件的破壞形式往往不是纖維拉斷，而是纖維材料與混凝土界面強度不足導致剝離破壞，這種界面剝離現象在對混凝土梁進行抗剪加固時尤其明顯。因此纖維材料與混凝土界面性能研究是很有意義的。
[0003]目前研究纖維材料與混凝土的界面性能多採用雙剪試驗。然而傳統的測試裝置複雜，耗材量大，且無法保證纖維布均勻受力。尤其由於玄武巖纖維彈性模量小，傳統的測試方法在加載過程中容易產生偏心距導致試件受扭，直接影響試驗結果。

【發明內容】

[0004]為了解決上述存在的問題，本發明公開了一種界面動態力學行為的測試裝置及製作方法，本裝置結構較傳統測試裝置簡單，測試過程簡便，測試結果可靠，本裝置製造方法也相對簡單，通過更換混凝土試樣，完成多組試驗測試。
[0005]界面動態力學行為的測試裝置，包括外框架、加載裝置、防偏心裝置、動作執行裝置、數據採集裝置；
所述外框架包括頂梁板、底梁板和兩個側梁板，兩個側梁板的頂端分別與頂梁板的一組相對端固定，兩個側梁板的底端均固定在底梁板上，頂梁板、底梁板和側梁板構成前後貫通的矩形框架；
所述加載裝置包括固定在頂梁板下表面的伸縮作動器，伸縮作動器內置有位移傳感器，伸縮作動器的下方通過驅動軸設置荷載傳感器，液壓油源通過進油管和出油管與伸縮作動器連接，進油管和出油管上設有伺服閥，控制器通過數據傳輸線連接荷載傳感器、位移傳感器和伺服閥；
所述防偏心裝置包括連接在荷載傳感器下方的萬向鉸，萬向鉸通過傳力杆連接平面滾針軸承，平面滾針軸承位於荷載傳感器的垂直下方，傳力杆為四根直鋼管依次垂直相連焊接而成，呈鉤子形狀，下面的一根水平直鋼管貫穿在平面滾針軸承中；
所述動作執行裝置包括矩形柱體形狀的混凝土試樣和玄武巖纖維布，混凝土試樣中間貫穿一根鋼筋，鋼筋的長度大於混凝土試樣的高度，鋼筋的底端從混凝土試樣的底部延伸出來，鋼筋的底端夾緊固定在液壓夾頭內，液壓夾頭固定在底梁上表面，玄武巖纖維布彎曲成倒立的「U」字形狀，玄武巖纖維布的頂部包圍在平面滾針軸承上，玄武巖纖維布的頂部以下部分對稱粘附在混凝土試樣的前後表面，玄武巖纖維布的外側表面上粘附有應變片；所述數據採集裝置包括分別與計算機連接的動態信號測試儀和控制器，應變片和荷載傳感器分別通過數據傳輸線連接動態信號測試儀，荷載傳感器、位移傳感器和伺服閥分別通過數據傳輸線連接控制器。
[0006]所述底梁板的長度和寬度不小於頂梁板的長度和寬度。
[0007]所述鋼筋的頂端不低於混凝土試樣的上表面。
[0008]動態力學行為的測試裝置製造方法，包括以下步驟:
(1)取頂梁板、底梁板和兩個等大的側梁板，兩個側梁板的一端平行拼接固定在頂梁板的兩端，側梁板的另一端分別固定在底梁板上，製成外框架；
(2)取內置有位移傳感器的伸縮作動器，安裝固定在頂梁板下表面，伸縮作動器通過驅動軸連接著荷載傳感器，在荷載傳感器下面連接萬向鉸和傳力杆；
(3)將伸縮作動器用進油管和出油管連接液壓油源，進油管和出油管上安裝伺服閥；
(4)製作稜柱體形狀的鋼模板，在鋼模板的兩端中心打模板孔，兩個模板孔位於同一水平線上，取一根鋼筋，將鋼筋穿過兩個模板孔，鋼筋一端稍微伸出鋼模板，另一端伸出鋼模板較長，向鋼模板中澆築滿混凝土，混凝土在鋼模板中養護一段時間後，拆除鋼模板，得到混凝土試樣；
(5)取一片玄武巖纖維布，彎折成「U」字形狀，玄武巖纖維布的兩端內側分別粘貼在混凝土試樣的一組相對邊上，玄武巖纖維布的中間圓弧拱起；
(6)調節伸縮作動器的高度，平面滾針軸承從玄武巖纖維布的中間圓弧拱起部分穿過，混凝土試樣通過玄武巖纖維布懸掛在平面滾針軸承下面，混凝土試樣自然下垂，混凝土試樣底部的鋼筋固定夾緊在液壓夾頭中，液壓教頭固定在底梁板的上表面。
[0009](7)取動態信號測試儀，將其與應變片和荷載傳感器連接，取控制器，將其與荷載傳感器、位移傳感器和伺服閥連接，動態信號測試儀和控制器分別與計算機連接，計算機內設置有數據處理系統。
[0010]所述步驟(4)中混凝土在鋼模板中養護時間為至少7天。
[0011]本發明裝置的測試方法為:
第一步，安裝混凝土試件，調節伸縮作動器高度，將混凝土試件上的玄武巖纖維布懸掛在平面滾針軸承上，混凝土試件在重力作用下自然下垂，下部外露的鋼筋通過液壓夾頭夾緊；
第二步，測試，根據試驗要求，在計算機上編制控制程序，由控制器2-9通過伺服閥控制伸縮作動器，向玄武巖纖維布施加拉力，荷載作用下防偏心裝置自動調整偏心距並對中；
第三步，採集信號，荷載傳感器與應變片在作動器對纖維布施加拉力作用下測得數據，將數據通過數據傳輸線5-3傳輸至動態信號測試儀，計算機讀取動態信號測試儀的數據並進行處理，可以得到荷載隨時間的變化曲線，以及纖維布不同位置處應變的變化趨勢。
[0012]本發明，防偏心裝置通過萬向鉸轉動和傳力杆，根據能量最小原理可以在加載時候自動對中，而軸承可以消除摩擦力從而消除纖維布加載時候受力不均勻，提高測試的準確性。在加載裝置中，控制器通過伺服閥控制伸縮作動器，可實現不同速率的動態加載，範圍為Omm/s — 1000mm/S，可完成位移或荷載控制下的等幅和變幅循環加載以及衝擊加載試驗。本發明裝置較傳統的測試裝置，能實現玄武巖纖維與混凝土界面動態力學行為測試，具有顯著的進步。【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發明裝置的結構示意圖，
圖2是圖1中的B向局部示意圖，
圖3是本發明鋼模板的結構示意圖，
圖4是圖3的A-A向截面視圖，
圖5是鋼筋和鋼模板的固定連接狀態圖，
圖6是混凝土試樣和玄武巖纖維布的連接狀態圖，
附圖標記列表:I一外框架，1-1 一頂梁板，1-2—側梁板，1-3—底梁板，2—加載裝置，2-1 一伸縮作動器，2-2一位移傳感器，2-3一荷載傳感器，2-4一驅動軸，2-5一液壓油源，
2-6—進油管，2-7—出油管，2-8—伺服閥，2-9—控制器，3—防偏心裝置，3_1—萬向鉸，
3-2—傳力杆，3-3—平面滾針軸承，4一動作執行裝置，4-1一混凝土試樣，4-2—玄武巖纖維布，4-3—鋼筋，4-4一液壓夾頭，4-5—應變片，5—數據採集裝置，5_1—計算機，5_2—動態信號測試儀，5-3—數據傳輸線，6—鋼模板，7—模板孔，8—連接螺栓。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發明。應理解下述【具體實施方式】僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。
[0015]圖1是本發明裝置的結構示意圖，由圖可見，主要包括外框架1、加載裝置2、防偏心裝置3、動作執行裝置4和數據採集裝置5。外框架I由頂梁板1-1、側梁板1-2和底梁板1-3固定連接構成，頂梁板1-1的下表面固定有伸縮作動器2-1，伸縮作動器2-1內置有位移傳感器2-2，伸縮作動器2-1的下面通過驅動軸2-4連接荷載傳感器2-3，荷載傳感器
2-3通過數據傳輸線5-3分別連接到控制器2-9和動態測試儀5-2，載荷傳感器2_3下面通過萬向鉸3-1和傳力杆3-2連接平面滾針軸承3-3，萬向鉸3-1、傳力杆3_2和平面滾針軸承3-3在最小能量原理作用下，使通過玄武巖纖維布4-2掛在平面滾針軸承3-3下面的混凝土試件4-1自動調整偏心距並對中，混凝土試樣4-1通過貫穿其中心線的鋼筋4-3下端固定在液壓夾頭4-4中固定不動。動態信號測試儀5-2連接採集粘貼在玄武巖纖維布4-2上的應變片4-5的應變信號。伸縮作動器2-1通過進油管2-6和出油管2-7連接著液壓油源2-5，進油管2-6和出油管2-7上設有伺服閥2-8，伺服閥2_8和位移傳感器2_2通過數據傳輸線5-3連接控制器2-9，控制器2-9和動態信號測試儀5-2連接到同一臺計算機5_1。
[0016]結合圖2可見，玄武巖纖維布4-2對稱粘貼在混凝土試樣4-1的兩側，玄武巖纖維布4-2的中間掛在平面滾針軸承3-3上。
[0017]圖3為本發明裝置製作過程中，步驟(4)中製作的鋼模板6，鋼模板6的四個拐角分別用連接螺栓8固定連接。圖4是圖3中的A-A向截面視圖，結合圖4可見，鋼模板6的一組相對面上設有位於同樣水平高度的模板孔7，圖5為在模板孔7中穿上鋼筋4-3，在圖5裝置中澆築混凝土，養護至少7天後，拆除鋼模板6，如圖6，在混凝土試樣4-1粘貼上玄武巖纖維布4-2,並在玄武巖纖維布4-2上貼上應變片4-5。
[0018]本發明裝置的測試方法為:
第一步，安裝混凝土試件，調節伸縮作動器高度，將混凝土試件上的玄武巖纖維布懸掛在平面滾針軸承上，混凝土試件在重力作用下自然下垂，下部外露的鋼筋通過液壓夾頭夾緊；
第二步，測試，根據試驗要求，在計算機上編制控制程序，由控制器2-9通過伺服閥控制伸縮作動器，向玄武巖纖維布施加拉力，荷載作用下防偏心裝置自動調整偏心距並對中；
第三步，採集信號，荷載傳感器與應變片在作動器對纖維布施加拉力作用下測得數據，將數據通過數據傳輸線5-3傳輸至動態信號測試儀，計算機讀取動態信號測試儀的數據並進行處理，可以得到荷載隨時間的變化曲線，以及纖維布不同位置處應變的變化趨勢。
[0019]當混凝土試樣4-1測試完成後，更換如圖6所示的粘貼著玄武巖纖維布4-2和應變片4-5的混凝土試樣4-1，將混凝土試樣4-1通過玄武巖纖維布4-2掛在平面滾針軸承
3-3上，再次進行測試，依次使用。
[0020]本發明方案所公開的技術手段不僅限於上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特徵任意組合所組成的技術方案。
【權利要求】
1.界面動態力學行為的測試裝置，其特徵是包括外框架(1)、加載裝置(2)、防偏心裝置(3)、動作執行裝置(4)、數據採集裝置(5)； 所述外框架(1)包括頂梁板(1-1)、底梁板(1-3)和兩個側梁板(1-2)，兩個側梁板(1-2)的頂端分別與頂梁板(1-1)的一組相對端固定，兩個側梁板(1-2)的底端均固定在底梁板(1-3)上，頂梁板(1-1)、底梁板(1-3)和側梁板(1-2)構成前後貫通的矩形框架； 所述加載裝置(2)包括固定在頂梁板(1-1)下表面的伸縮作動器(2-1)，伸縮作動器(2-1)內置有位移傳感器(2-2)，伸縮作動器(2-1)的下方通過驅動軸(2-4)連接設置荷載傳感器(2-3)，液壓油源(2-5)通過進油管(2-6)和出油管(2-7)與伸縮作動器(2_1)連接，進油管(2-6)和出油管(2-7 )上設有伺服閥(2-8)，控制器(2-9)通過數據傳輸線(5-3)連接荷載傳感器(2-3)、位移傳感器(2-2)和伺服閥(2-8)； 所述防偏心裝置(3)包括連接在荷載傳感器(2-3)下方的萬向鉸(3-1)，萬向鉸(3-1)通過傳力杆(3-2)連接平面滾針軸承(3-3)，平面滾針軸承(3-3)位於荷載傳感器(2-3)的垂直下方，傳力杆(3-2)為四根直鋼管依次垂直相連焊接而成，呈鉤子形狀，下面的一根水平直鋼管貫穿在平面滾針軸承(3-3)中； 所述動作執行裝置(4)包括矩形柱體形狀的混凝土試樣(4-1)和玄武巖纖維布(4-2)，混凝土試樣(4-1)中間貫穿一根鋼筋(4-3)，鋼筋(4-3)的長度大於混凝土試樣(4-1)的高度，外露在混凝土試樣(4-1)底部的鋼筋(4-3)夾緊固定在液壓夾頭(4-4)內，液壓夾頭(4-4)固定在底梁(1-3)上表面，玄武巖纖維布(4-2)彎曲成倒立的「U」字形狀，玄武巖纖維布(4-2)的頂部包圍在平面滾針軸承(3-3)上，玄武巖纖維布(4-2)的頂部以下部分對稱粘附在混凝土試樣(4-1)的前後表面，玄武巖纖維布(4-2)的外側表面上粘附有應變片(4-5)； 所述數據採集裝置(5)包括與計算機(5-1)連接的動態信號測試儀(5-2)，應變片(4-5)和荷載傳感器(2-3)分別通過數據傳輸線(5-3)連接動態信號測試儀(5-2)。
2.根據權利要求1所述的動態力學行為的測試裝置，其特徵是所述底梁板(1-3)的長度和寬度不小於頂梁板(ι-1)的長度和寬度。
3.根據權利要求1所述的玄武巖纖維與混凝土界面動態力學行為的測試裝置，其特徵是所述鋼筋(4-3)的頂端不低於混凝土試樣(4-1)的上表面。
4.如以上任一權利要求所述的界面動態力學行為的測試裝置製造方法，其特徵是包括以下步驟: (1)取頂梁板(1-1)、底梁板(1-3)和側梁板(1-2)，製成外框架(1); (2)取內置有位移傳感器(2-2)的伸縮作動器(2-1)，安裝固定在頂梁板(1-1)下表面，伸縮作動器(2-1)通過驅動軸(2-4)連接著荷載傳感器(2-3)，在荷載傳感器(2-3)下面連接萬向鉸(3-1)和傳力杆(3-2)； (3)將伸縮作動器(2-1)用進油管(2-6)和出油管(2-7)連接液壓油源(2-5)，在進油管(2-6)和出油管(2-7)上安裝伺服閥(2-8)； (4)製作稜柱體形狀的鋼模板(6)，在鋼模板(6)的兩端中心打模板孔(7)，兩個模板孔(7)位於同一水平線上，取一根鋼筋(4-3)，將鋼筋(4-3)穿過兩個模板孔(7)，鋼筋(4-3) —端稍微伸出鋼模板(6)，另一端伸出鋼模板(6)較長，向鋼模板(6)中澆築滿混凝土，混凝土在鋼模板(6)中養護一段時間後，拆除鋼模板(6)，得到混凝土試樣(4-1)；(5)取一片玄武巖纖維布(4-2)，彎折成「U」字形狀，玄武巖纖維布(4-2)的兩端內側分別粘貼在混凝土試樣(4-1)的一組相對邊上，玄武巖纖維布(4-2)的中間圓弧拱起； (6)調節伸縮作動器(2-1)的高度，平面滾針軸承(3-3)從玄武巖纖維布(4-2)的中間圓弧拱起部分穿過，混凝土試樣(4-1)通過玄武巖纖維布(4-2)懸掛在平面滾針軸承(3-3)下面，混凝土試樣(4-1)自然下垂，混凝土試樣(4-1)底部的鋼筋(4-3)固定夾緊在液壓夾頭(4-4)中，液壓夾頭(4-4)固定在底梁板(1-3)的上表面。
5.(7)取動態信號測試儀(5-2)，將其與應變片(4-5)和荷載傳感器(2-3)連接，取控制器(2-9)，將其與荷載傳感器(2-3)、位移傳感器(2-2)和伺服閥(2-8)連接，動態信號測試儀(5-2)和控制器(2-9)分別與計算機(5-1)連接，計算機(5-1)內設置有數據處理系統。
6.根據權利要求4所述的動態力學行為的測試裝置製造方法，其特徵是所述步驟(4)中混凝土在鋼模板(6)中養護時間為至少7天。
7.一種應用權利要求1所述的動態力學行為的測試 裝置的測試方法，其特徵是包括以下步驟: 第一步，安裝混凝土試件，調節伸縮作動器高度，將混凝土試件上的玄武巖纖維布懸掛在平面滾針軸承上，混凝土試件在重力作用下自然下垂，下部外露的鋼筋通過液壓夾頭夾緊； 第二步，測試，根據試驗要求，在計算機上編制控制程序，由控制器(2-9)通過伺服閥控制伸縮作動器，向玄武巖纖維布施加拉力，荷載作用下防偏心裝置自動調整偏心距並對中； 第三步，採集信號，荷載傳感器與應變片在作動器對纖維布施加拉力作用下測得數據，將數據通過數據傳輸線(5-3)傳輸至動態信號測試儀，計算機讀取動態信號測試儀的數據並進行處理，可以得到荷載隨時間的變化曲線，以及纖維布不同位置處應變的變化趨勢。
【文檔編號】G01N19/04GK103969181SQ201410162601
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】沈德建, 湯梟劍, 劉琳, 申嘉鑫, 陳瑩, 成大寶, 陳年和, 鄧樹成, 王濤, 金秋蓉, 陳欣 申請人:河海大學, 南京博德工程技術有限公司