偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置製造方法

2023-08-02 02:43:21

偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁，載荷施加裝置，兩個力傳感器和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架立柱和固定橫梁組成，待測的試驗柱安裝於固定橫梁與移動式剛性橫梁之間，移動式剛性橫梁設置於兩個剛架立柱之間；試驗柱與其上端的固定橫梁之間以及試驗柱與其下端的移動式剛性橫梁之間均設置單向刀鉸和壓力分布板，壓力分布板均與試驗柱柱端端面接觸；所述試驗裝置還包括安裝在試驗柱的柱端處成對配製的緊箍件，所述緊箍件由兩個半圓形鋼板和螺栓構成。本實用新型可控性好，結構簡單，操作簡便，可避免柱端局部混凝土在試件整體破壞之前被壓碎，從而使得試驗失敗。
【專利說明】偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於試驗裝置，具體涉及一種偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置。

【背景技術】
[0002] 正在投入使用的受壓構件，若需要加固，應先進行卸載才能使加固層的作用得到 充分發揮，但實際工程中很難做到這一點，只能做到部分卸載或根本就不卸載，即原構件在 加固前已承受了荷載作用，稱為第一階段受荷，在加固後，只有當外荷載繼續增加，稱為第 二階段受荷，構件的變形也繼續增大，加固層才會協助原構件承擔新增外荷載的作用，這使 得原構件的應力和應變都超前於加固層。
[0003] 目前，受壓構件非卸載加固的試驗通常是在液壓長柱試驗機上進行，即當柱穩壓 在"第一階段受荷"的情況下在試驗機上對柱製作加固層，養護到相應齡期，再完成"第二階 段加荷"直至加固柱破壞。這種方式存在的弊端是顯而易見的，包括因加固層養護期長而導 致佔用機時太多，長時間過熱對試驗機損耗大，液壓機高載荷下穩壓效果差而導致"第一階 段受荷"對應的應力水平指標β失真變小(定義β =乂/1隊為"第一階段受荷"穩定後 的實際荷載值，Ν為原柱的極限破壞荷載)，或者為了維持應力水平指標β所作的多次補壓 操作可能使加固層中的膠凝材料與原柱混凝土剛建立的粘結作用完全消失，此外，在長柱 試驗機上進行加固施工操作也很不方便。鋼筋混凝土偏心受壓柱受力性能的試驗研究作為 受壓構件非卸載加固的試驗的重要方面，進行符合工程實際情況的大比例偏心受壓柱非卸 載加固的試驗研究具有重要意義。
[0004] 目前，在進行制筋混凝土柱或鋼管混凝土柱的偏壓試驗時，由於加載端製作不平 整或局部受荷不均勻，常常發生試件在沒有達到極限承載力之前，柱端局部混凝土被壓碎 導致整個試驗失敗的現象，使得試驗過程半途而廢，試驗結果不理想，從而造成了科研基金 利時問的浪費。而實際上，在建築結構試驗過程中，要想保證試件端部絕對平整和加載絕對 均勻是非常困難的，甚至是不可能的。因此，尋求保證柱端不先於整體構件的破壞方法是建 築結構試驗中亟待解決的技術問題。


【發明內容】

[0005] 本實用新型的目的克服現有技術中存在的穩壓效果差，機器損耗大，使用不便以 及試件在沒有達到極限承載力之前，柱端局部混凝土被壓碎導致整個試驗失敗的問題，提 供一種偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，該裝置不僅結構簡單，安全可靠，且高載荷下穩壓 效果好，保證試件達到極限承載力之前加載的柱端不先發生破壞。
[0006] 通過對國內外大量的文獻閱讀與現場調研發現，由於模擬足尺加固柱"兩階段受 荷"的試驗裝置和試驗方法問題未能得到較好解決，使得近年來國內外採用各種方法加 固鋼筋混凝土受壓構件的試驗研究中，都是進行的不符合工程實際情況的一次受荷加固研 究，即實驗柱原柱在沒有承載的情況下完成加固層的製作，然後將其置於壓力試驗機進行 破壞試驗。至於固層應變與應力比原柱滯後的這一工程實際問題，則統一採用一折減係數 予以考慮，但其實際情況往往會因"第一階段受荷"下的應力水平指標β的不同、柱構件類 型的不同、加固層材料種類等的不同而變化。可見這種折減係數法帶有很大的粗略性，自然 導致了加固設計的不真實性和不可靠性。
[0007] 為實現本實用新型的目的，採用的技術方案如下：
[0008] 偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁， 載荷施加裝置，兩個力傳感器和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架立柱和 固定橫梁組成，待測的試驗柱安裝於固定橫梁與移動式剛性橫梁之間，其特殊之處在於：所 述移動式剛性橫梁設置於兩個剛架立柱之間；試驗柱與其上端的固定橫梁之間以及試驗柱 與其下端的移動式剛性橫梁之間均設置單向刀鉸和壓力分布板，壓力分布板均與試驗柱柱 端端面接觸；所述試驗裝置還包括安裝在試驗柱的柱端處成對配製的緊箍件，所述緊箍件 由兩個半圓形鋼板和螺栓構成。
[0009] 進一步，所述載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂和一個液壓式千斤頂，液壓式 千斤頂設置於兩個螺旋式千斤頂之間。
[0010] 進一步，所述移動式剛性橫梁為鋼結構箱型截面梁，移動式剛性橫梁的長寬比為 4,移動式剛性橫梁內設置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁兩端各設置四個小輪；所述 剛架立柱的內側面設置可使小輪自由上下滾動的槽道。
[0011] 進一步，所述螺旋式千斤頂為額定噸位為l〇〇〇kN螺旋式機械千斤頂；所述液壓式 千斤頂為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的高壓電 動油泵連接。
[0012] 進一步，所述試驗裝置還包括用於保護試驗柱的安全鋼繩。
[0013] 本實用新型相對於現有技術，具有如下優點和效果：
[0014] 1.該試驗裝置其施荷能力及量測範圍能滿足與工程實際情況一致的足尺試驗柱 加固後最大承壓能力的測試要求。
[0015] 2.該試驗裝置的加載穩壓效果能滿足在持荷期間使新製做的未直接受壓的且牢 固粘結在原柱表面加固層一直處於〇應力狀態。
[0016] 3.該試驗裝置在各時刻及在各荷載等級下，能精確測定其構件實際受荷大小與變 形值，滿足測量精度要求。
[0017] 4.該試驗裝置滿足安全性要求。
[0018] 5.該試驗裝置可控性好，結構簡單，操作簡便。
[0019] 6.在軸壓或偏壓試驗中，使用該裝置可避免由於加載端的加載板製作不平整或局 部受荷不均勻導致柱端局部混凝土在試件整體破壞之前被壓碎，從而使得試驗失敗。
[0020] 7.有利於節約科研資金與時間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0022] 圖2是圖1中緊箍件的結構示意圖；
[0023] 其中，1、固定橫梁；2-單向刀鉸；3、壓力分布板；4、試驗柱；5、緊箍件；5-1、半圓 形鋼板；5-2、螺栓；6、移動式剛性橫梁；7、力傳感器；8、液壓式千斤頂；9、螺旋式千斤頂； 10、剛架立柱；11-安全鋼繩。

【具體實施方式】
[0024] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本 實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用 新型，並不用於限定本實用新型。
[0025] 圖1示出了本實用新型提供的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置結構。為了便於說 明，僅僅示出了與本實用新型相關的部分。
[0026] 本實用新型的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括：反力剛架，可上下移動的移 動式剛性橫梁6,載荷施加裝置，兩個力傳感器7和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架 由兩個剛架立柱10和固定橫梁1組成，待測的試驗柱安裝於固定橫梁1與移動式剛性橫梁 6之間，移動式剛性橫梁6設置於兩個剛架立柱10之間；試驗柱4與其上端的固定橫梁1之 間以及試驗柱4與其下端的移動式剛性橫梁6之間均設置單向刀鉸2和壓力分布板3,壓力 分布板均與試驗柱柱端端面接觸；該試驗裝置還包括安裝在試驗柱的柱端處成對配製的緊 箍件5,所述緊箍件由兩個半圓形鋼板5-1和螺栓5-2構成。
[0027] 作為本實用新型實施例的一優化方案，載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂9和 一個液壓式千斤頂8,液壓式千斤頂8設置於兩個螺旋式千斤頂9之間。
[0028] 作為本實用新型實施例的一優化方案，移動式剛性橫梁6為鋼結構箱型截面梁， 移動式剛性橫梁6的長寬比為4,移動式剛性橫梁6內設置有密集型加勁肋板，移動式剛性 橫梁6兩端各設置四個小輪；所述剛架立柱10的內側面設置可使小輪自由上下滾動的槽 道。
[0029] 作為本實用新型實施例的一優化方案，螺旋式千斤頂9為額定噸位為1000kN螺旋 式機械千斤頂；所述液壓式千斤頂8為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與 裝有高精度液壓表的高壓電動油泵連接。
[0030] 作為本實用新型實施例的一優化方案，該試驗裝置還包括用於保護試驗柱的安全 鋼繩11。
[0031] 下面結合附圖及具體實施例對本實用新型的應用原理作進一步描述。
[0032] 如圖1和圖2所示，本實用新型實施例的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括： 反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁6,載荷施加裝置，兩個力傳感器7和與兩力傳感 器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架立柱10和固定橫梁1組成，待測的試驗柱安裝於固 定橫梁1與移動式剛性橫梁6之間，移動式剛性橫梁6設置於兩個剛架立柱10之間；試驗 柱4與其上端的固定橫梁1之間以及試驗柱4與其下端的移動式剛性橫梁6之間均設置單 向刀鉸2和壓力分布板3,壓力分布板均與試驗柱柱端端面接觸；該試驗裝置還包括安裝在 試驗柱的柱端處成對配製的緊箍件5,參見圖2,該緊箍件由兩個半圓形鋼板5-1和螺栓5-2 構成，兩個半圓形鋼板5-1的兩端分別通過螺栓5-2進行緊固連接，實際製作時，可在半圓 形鋼板上開設若干帶絲扣的小孔，同時在小孔上配合緊固螺栓。
[0033] 載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂9和一個液壓式千斤頂8,液壓式千斤頂8設 置於兩個螺旋式千斤頂9之間。螺旋式千斤頂9為額定噸位為1000kN螺旋式機械千斤頂； 液壓式千斤頂8為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的 高壓電動油泵連接。
[0034] 移動式剛性橫梁6為鋼結構箱型截面梁，移動式剛性橫梁6的長寬比為4,移動式 剛性橫梁6內設置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁6兩端各設置四個小輪；剛架立柱 10的內側面設置可使小輪自由上下滾動的槽道。
[0035] 該試驗裝置還包括用於保護試驗柱的安全鋼繩11。
[0036] 本實用新型的實驗裝置在製作時，全面考慮到大噸位長柱試驗機具有加載和測試 方便且精度高的特點，但長時間穩壓效果差，機器本身磨耗大，長時間持荷加壓會減低機器 的壽命；油壓千近頂加載範圍大，不需要像機械千斤頂那樣需要人工搖壓，但長時間內的穩 壓效果差，有滲油漏油現象；單臺機械千斤頂由於大多靠人工操作，最大加載噸位偏小，滿 足不了足尺柱的量程要求，但長時間內的穩壓效果極好。在綜合考慮加載設備各自的優缺 點後，並考慮安全因素和操作的方便性和可控性後，研發出了如圖1所示的本實用新型的 偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，該裝置各部分工作協調，能很好的滿足量程範圍、穩壓效 果、測量精度、安全性、可控性、易操作性等各方面的要求。通過該裝置，可完成偏心受壓的 模型柱的科學試驗和工程實際柱構件試驗檢測，為研究和分析提供大量寶貴可靠的測試數 據。
[0037] 本實用新型的試驗裝置在進行偏心受壓柱非卸載加固試驗時，通過柱上下端的單 向刀鉸施加給柱的堅向受壓荷載，這個堅向荷載沿刀鉸長度以線荷載形式分布，是一個相 對於柱截面形心軸線有一定偏心距的偏壓荷載。
[0038] 試驗方法：根據《建築結構試驗規程》的有關規定，在精準的長柱油壓試驗機上對 本試驗裝置的液壓式千斤頂及與之配套使用高壓電動油泵進行標定，對置於兩臺螺旋式機 械千斤頂上的力傳感器及與之配套使用的應變儀進行標定；依次將3臺千斤頂、上下移動 式剛性橫梁、柱上下端刀鉸、壓力分布板、試驗柱按圖1位置就位，上好緊箍件和安全鋼繩， 並進行各部分的幾何對中。本實用新型的緊箍件通過擰緊緊箍件上的螺栓，使半圓形鋼板 對柱端表面產生局部水平壓力，來達到提高柱端混凝土局部抗壓強度的目的。在各部分就 位、對中、校準等準備工作完成後，應檢查安全鋼繩是否處於非受力狀態。通過觀察與兩力 傳感器相連的應變儀上的應變變化，指揮兩操作員同時搖壓兩螺旋式千斤頂，使其對稱均 勻地頂推移動式橫梁，從而對柱施加軸向荷載，當荷載值達到"第一階段受荷"的設計荷載 值(對應的應力水平指標為β)時，停止搖壓。在第一階段荷載值作用下的初期，鋼筋混凝 土柱將發生彈性壓縮變形使柱實際壓應力比會逐步低於β。故應在第1周內應觀察應變 儀上應變的變化，必要時適當作補壓操作，當應變值不再下降或僅有幾個微應變的變化，則 說明已基本達到穩壓水平。這一過程正是利用了機械千斤頂穩壓效果好的特點。"第一階 段受荷"對應的荷載值一般不會超過加固柱的極限破壞荷載的60%，儘管人工操作的機械千 斤頂具有額定噸位相對較小的特點，但裝置中並列使用兩臺l〇〇〇kN螺旋式機械千斤頂便 可滿足要求。對已穩定承受大小為隊的軸向荷載作用且完成了加固施工預處理了的試驗 柱進行加固施工，並養護或固結到相應的齡期。經過相應齡期的養護或固結，加固層本身的 強度及其與原柱結合面的粘結強度達到設計要求後，開始啟用高壓油泵和位於移動式剛性 橫梁下部的5000kN油壓千斤頂，並通過觀察液壓表讀數對其加載速度及荷載等級進行操 控，即實現和完成對加固柱的"第二階段受荷"試驗過程，直至試驗柱達到最大承載力後破 壞。在"第二階段受荷"過程中，兩機械式千斤頂逐漸退出工作，油壓千斤頂逐步承受越來 越大乃至全部的受壓荷載(故各級荷載下的柱軸力應為三臺千斤頂施加的軸向荷載之和)。 加固柱達到最大承載力後，油壓表指針開始回退，荷載值回退到最大承載力的80%後，停止 實驗，關閉液壓設備並回油，試驗結束。由於加固柱大多發生的是預兆明顯的延性破壞，所 以油壓表指針回退緩慢，由於還有安全鋼繩的防護，安全性得到了很好的保障。
[0039] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁 (6)，載荷施加裝置，兩個力傳感器（7)和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架 立柱（10)和固定橫梁（1)組成，待測的試驗柱安裝於固定橫梁（1)與移動式剛性橫梁（6) 之間，其特徵在於：所述移動式剛性橫梁（6)設置於兩個剛架立柱（10)之間；試驗柱（4)與 其上端的固定橫梁（1)之間以及試驗柱（4)與其下端的移動式剛性橫梁（6)之間均設置單 向刀鉸（2)和壓力分布板（3)，壓力分布板均與試驗柱柱端端面接觸；所述試驗裝置還包括 安裝在試驗柱的柱端處成對配製的緊箍件（5)，所述緊箍件由兩個半圓形鋼板（5-1)和螺 栓（5-2)構成。
2. 根據權利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，其特徵在於：所述載荷施 加裝置包括兩個螺旋式千斤頂（9 )和一個液壓式千斤頂（8 )，液壓式千斤頂（8 )設置於兩個 螺旋式千斤頂（9)之間。
3. 根據權利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，其特徵在於：所述移動式 剛性橫梁（6)為鋼結構箱型截面梁，移動式剛性橫梁（6)的長寬比為4,移動式剛性橫梁（6) 內設置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁（6)兩端各設置四個小輪；所述剛架立柱（10) 的內側面設置可使小輪自由上下滾動的槽道。
4. 根據權利要求2所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，其特徵在於：所述螺旋式 千斤頂（9)為額定噸位為1000kN螺旋式機械千斤頂；所述液壓式千斤頂（8)為額定噸位為 5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的高壓電動油泵連接。
5. 根據權利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，其特徵在於：所述試驗裝 置還包括用於保護試驗柱的安全鋼繩（11)。
【文檔編號】G01N3/12GK203849110SQ201420095005
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】蔣隆敏, 施棉軍 申請人:湖南工業大學