荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置及試驗方法
2023-05-12 09:29:41 1
專利名稱：荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置及試驗方法
技術領域：
本發明涉及的是一種試驗裝置及試驗方法，具體地說是混凝土的試驗裝置及試驗方法。
背景技術：
實際工程中混凝土的劣化失效通常是多重破壞因素耦合作用的結果，根據單一因素作用研究分析混凝土耐久性問題難以準確反應工程實際。因此 ，建立模擬真實環境-應力狀態下的多因素耦合試驗方法，研究多因素耦合作用下混凝土的性能的退化規律破壞機理及防護措施具有十分重要的意義。目前國內外已經有關於壓應力及多因數耦合作用下混凝土耐久性試驗加載裝置類似的設計，並有對於該技術研究和分析的文獻報導；如中國水利科學研究院的裝置為研究混凝土受彎應力的裝置，採用應力扳手擰螺帽給試件加載，而眾所周知，混凝土受拉極限承載力大約為受壓極限承載力的1/20，該裝置如果換成給受壓混凝土加載，螺母受的力要大的多，經常鬆緊螺母必然會使螺紋磨損從而降低裝置使用壽命和試驗精度；哈爾濱工業大學鄒超英公布了一套針對受壓混凝土設計的的裝置，為了使得整個夾具與試件正好能放入現有的快速凍融循環機所配套的試件盒裡使用，將壓板的面積設計為標準試件的截面面積(IOOmmX IOOmm的正方形)，而試件採用了非標準件(截面為4>100的圓)，從而利用多餘的空間安放拉杆，所以拉杆直徑受限制，其結果是要麼使用強度高但不可重複使用的高強螺栓，要麼僅適用於設計強度較低的受壓混凝土試件；我國發明專利CN101979990A公布了一套可以一個加載裝置對應多個夾具的裝置，降低了成本，但其仍然僅適用於受彎試件，換成受壓試件時其加載裝置處螺杆上的螺紋仍會產生較大的磨損；我國發明專利CN2449222Y公布了一種原位壓力機，其主要通過千斤頂、高強拉杆及上下兩鋼板的相互作用給置於其內的磚砌體加載，從而實現在現場測量砌體抗壓強度的作用。但其僅僅是對於砌體抗壓強度的現場測量裝置，與混凝土耐久性加載試驗並無關係。
發明內容
本發明的目的在於提供便於操作並適於在同時受壓、受彎及多因數耦合作用的荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置及試驗方法。本發明的目的是這樣實現的本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置，其特徵是包括壓力機、夾具、傳感器組件、試件盒，混凝土試件和傳感器組件安裝在夾具裡，夾具安裝在壓力機裡，試件盒套在壓力機外面；壓力機包括壓力機上壓板、壓力機下壓板、壓力機拉杆、千斤頂，壓力機拉杆安裝在壓力機上壓板和壓力機下壓板之間，千斤頂安裝在壓力機下壓板上，壓力機上壓板上設置第一圓環狀金屬套筒，千斤頂上設置第二圓環狀金屬套筒；夾具主夾具和側夾具，主夾具包括主夾具上壓板、主夾具下壓板、主夾具拉杆，主夾具拉杆安裝在主夾具上壓板和主夾具下壓板之間，主夾具上壓板上設置與第一圓環狀金屬套筒相配合的第一金屬環，主夾具下壓板上設置與第二圓環狀金屬套筒相配合的第二金屬環，側夾具包括側夾具左壓板、側夾具右壓板、側夾具拉杆，側夾具拉杆安裝在側夾具左壓板和側夾具右壓板之間，側夾具左壓板上設置第一組距離為IOcm的兩個半圓柱金屬條，側夾具右壓板上設置第二組距離為30cm的兩個半圓柱金屬條，混凝土試件的上下端面緊貼主夾具的上壓板和下壓板，混凝土試件的兩個側面緊貼側夾具的左壓板和右壓板；傳感器組件包括傳感器支架、傳感器，傳感器通過傳感器支架安裝在夾具上壓板和夾具下壓板之間。本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗方法，採用本發明所述的荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置，其特徵是按四點彎曲試驗規範在混凝土試件的相應受力處畫上記號，使側夾具中左壓板和右壓板上的半圓柱金屬條與混凝土試件上相應記號處相互接觸，固定側夾具拉杆使得混凝土試件的受彎應力達到其實驗設計值，將混凝土試件放入主夾具中央位置，將夾具、混凝土試件整體放入壓力機內，操作千斤頂使主夾具加載到設計值，固定主夾具拉杆卸掉千斤頂的壓力，再重新用千斤頂加載到傳感器讀數發生反向變化以後擰緊螺母卸掉千斤頂的壓力，重複上述過程直到卸掉千斤頂的壓力後傳感器讀數與第一次加載前的讀數一樣，然後整體移出壓力機，取下傳感器，在主夾具拉杆與主夾具壓板、側夾具拉杆與側夾具壓板接觸處塗一層密封膠，最後整體移到室外進行暴露試驗或 放入對應的試件盒中，再全部放入快速凍融循環試驗機內進行快速凍融循環試驗；卸載時割掉主夾具及側夾具上的密封膠，再將主夾具放回壓力機內，然後操作千斤頂使主夾具加載到設計值，鬆開拉杆壓力，再將混凝土試件和側夾具整體移出壓力機，取出混凝土試件。本發明還可以包括I、進行暴露試驗時，設定暴露時間間隔，每經過一個暴露時間間隔後夾具重複一次卸載和加載混凝土試件的過程。本發明的優勢在於本發明結構簡單、操作方便，可以模擬實際工程中應力、化學侵蝕、乾濕循環或凍融循環共同作用於混凝土構件的真實工況，從而使實驗室測得的數據更具有工程參考價值I、加載完成，夾具定位後的試件既可以進行室外暴露試驗，也可配合對應的試件盒進行室內的快速凍融循環試驗。2、在配合對應的試件盒進行室內的快速凍融循環試驗時，可與現有的快速凍融循環機配套使用。3、能對試件提供一個同時受壓、受彎及多因數耦合作用的實驗環境。4、由於拉杆直徑不受限制，故夾具極限承受力可在一定程度上增大，從而能適用與有更高強度設計的試件。5、夾具加載時由壓力機和傳感器的控制和矯正，增加了加載精度，且一個壓力機和傳感器可對應多個夾具，以便於定期調整夾具，防止拉杆應力鬆弛，且避免了壓力機和傳感器受有害物質侵蝕，從而提高了裝備使用效率，降低了成本。
圖I是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置的外觀透視圖；圖2是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置中壓力機的外觀透視圖3是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置中壓力機的正立面圖；圖4是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置中側夾具的外觀透視圖；圖5是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置中側夾具的正立面圖；圖6是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置中主夾具側夾具和混凝土試件的外觀透視圖；圖7是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置側夾具和混凝土試件的正立面圖；圖8是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置中試件盒的外觀透 視圖；圖9是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置中試件盒件的正立面圖；圖10是本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置中傳感器組件的裝配結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖I 10，本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置由壓力機I、主夾具2、試件盒3、傳感器組件4、側夾具5五個部分組成。下面結合附圖對本發明各個部件的連接方式及其作用闡述如下壓力機I包括一個上壓板6，一下個壓板7，下壓板7中央放置有分離式液壓千斤頂10，兩壓板由四個拉杆9及8個螺帽8連接(參見圖2);主夾具2包括兩個一樣的壓板15，兩壓板由四個拉杆17及8個螺帽18連接(參見圖6);側夾具5包括包括一個左壓板13，一右個壓板12，兩壓板由四個小拉杆11及8個小螺帽14連接；傳感器組件4由一傳感器支架21及一個千分表或傳感器20組成。壓力機I的上下壓板5和7為相同面積的矩形金屬板材製成，壓力機I的上下壓板6和7為相同面積的矩形金屬板材製成，兩壓板四個角相應位置均做有貫通的孔道，上壓板6中央固定有一個圓環狀金屬套筒。(參見圖2、圖3)。主夾具2中兩個一樣的上下壓板15為相同面積的矩形金屬板材製成，兩壓板四個角相應位置均做有貫通的孔道，主夾具2壓板15的面積比壓力機I的兩壓板6和7的面積小，且其一個表面上還設有四個螺孔。(參見圖6、圖7)。側夾具5的左右壓板13和12為相同面積的矩形金屬板材製成，兩壓板四個角相應位置均做有貫通的孔道，左壓板13的一表面中央位置上固定有兩個與矩形金屬板短邊平行的半圓柱金屬條，兩金屬條相距10cm，右壓板12的一表面中央位置上固定有兩個與矩形金屬板短邊平行的半圓柱金屬條，兩金屬條相距30cm。拉杆9、17及小拉杆11為圓柱形拉杆，兩端均車有螺紋，其螺紋分別與螺帽8、18及小螺帽14上螺紋相匹配，拉杆上車有螺紋區域的最大直徑比沒車螺紋區域的直徑要略小，拉杆直徑的差異形成了一個臺階，從而使得壓力機I或主夾具2的上壓板在不工作的時候不會順著拉杆降下來(參見圖2)。試件盒3是由電鍍鐵皮或不鏽鋼板或橡膠板製成的上不封口的六面體槽，槽的底面積比壓板15的矩形面積稍大，槽高可取41-53cm內任意一值(參見圖8、圖9)。傳感器支架21主體為一根方管，其底部固定在一矩形金屬板上，金屬板四個角上均有圓孔，圓孔大小和位置與主夾具2中壓板15表面螺孔的大小和位置一致，方管頂部側面向外凸出一部分使其從側面看呈倒「L」型，凸出部分為實心金屬制，其上表面設有一向下貫通的孔道，側表面設有一帶螺紋的貫通孔道，孔道上設有螺栓22 (參見圖10)。本發明荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗方法使用時先按四點彎曲試驗規範在混凝土試件19的相應受力處畫上記號，使側夾具5中左壓板13和右壓板12上的半圓柱金屬條與混凝土試件19上相應記號處相互接觸，兩側壓板的四個角裝上小拉杆11及小螺帽14，使用扭力扳手擰緊小螺帽14使得混凝土試 件19的受彎應力達到其實驗設計值，之後將混凝土試件19放入主夾具2中央位置，將傳感器支架21底部金屬板四個角上的圓孔與主夾具2中壓板15表面的四個螺孔對齊，擰上螺絲將兩者固定，千分表或傳感器20非觸頭的一邊插入傳感器支架上表面的貫通的孔道，另一邊與主夾具2中另一壓板15接觸，在擰緊螺栓22之後將以上整體放入壓力機I內，然後操作油泵帶動分離式液壓千斤頂10，使主夾具2加載到設計值，擰緊螺母18後卸掉千斤頂10的壓力，觀察千分表或傳感器20的讀數變化，再重新用千斤頂10加載到千分表或傳感器20讀數發生反向變化以後擰緊螺母18卸掉千斤頂10的壓力，重複此過程多次只到卸掉千斤頂10的壓力後千分表或傳感器20讀數與第一次加載前的讀數一樣，然後整體移出壓力機1，取下千分表或傳感器20，在拉杆17和螺帽18、小拉杆11和小螺帽14接觸處塗一層密封膠，最後整體可移到室外進行暴露試驗，也可放入對應的試件盒3中，再全部放入快速凍融循環試驗機內進行快速凍融循環試驗，卸載時用工具割掉主夾具2及側夾具5上的密封膠，再將主夾具2放回壓力機I內，然後操作油泵帶動分離式液壓千斤頂10，使主夾具2加載到設計值，擰松螺母18後卸掉千斤頂10的壓力，再將混凝土試件19和側夾具5整體移出壓力機1，用扳手擰松側夾具5上的小螺帽14，取出混凝土試件19。進行暴露試驗時，每暴露一段時間主夾具2及側夾具5要重複一次卸載和加載的過程，如有地方出現鏽蝕跡象要及時塗油漆。
權利要求
1.荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置，其特徵是包括壓力機、夾具、傳感器組件、試件盒，混凝土試件和傳感器組件安裝在夾具裡，夾具安裝在壓力機裡，試件盒套在壓力機外面；壓力機包括壓力機上壓板、壓力機下壓板、壓力機拉杆、千斤頂，壓力機拉杆安裝在壓力機上壓板和壓力機下壓板之間，千斤頂安裝在壓力機下壓板上，壓力機上壓板上設置第一圓環狀金屬套筒，千斤頂上設置第二圓環狀金屬套筒；夾具主夾具和側夾具，主夾具包括主夾具上壓板、主夾具下壓板、主夾具拉杆，主夾具拉杆安裝在主夾具上壓板和主夾具下壓板之間，主夾具上壓板上設置與第一圓環狀金屬套筒相配合的第一金屬環，主夾具下壓板上設置與第二圓環狀金屬套筒相配合的第二金屬環，側夾具包括側夾具左壓板、側夾具右壓板、側夾具拉杆，側夾具拉杆安裝在側夾具左壓板和側夾具右壓板之間，側夾具左壓板上設置第一組距離為IOcm的兩個半圓柱金屬條，側夾具右壓板上設置第二組距離為30cm的兩個半圓柱金屬條，混凝土試件的上下端面緊貼主夾具的上壓板和下壓板，混凝土試件的兩個側面緊貼側夾具的左壓板和右壓板；傳感器組件包括傳感器支架、傳感器，傳感器通過傳感器支架安裝在夾具上壓板和夾具下壓板之間。
2.荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗方法，採用權利要求I所述的荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置，其特徵是按四點彎曲試驗規範在混凝土試件的相應受力處畫上記號，使側夾具中左壓板和右壓板上的半圓柱金屬條與混凝土試件上相應記號處相互接觸，固定側夾具拉杆使得混凝土試件的受彎應力達到其實驗設計值，將混凝土試件放入主夾具中央位置，將夾具、混凝土試件整體放入壓力機內，操作千斤頂使主夾具加載到設計值，固定主夾具拉杆卸掉千斤頂的壓力，再重新用千斤頂加載到傳感器讀數發生反向變化以後擰緊螺母卸掉千斤頂的壓力，重複上述過程直到卸掉千斤頂的壓力後傳感器讀數與第一次加載前的讀數一樣，然後整體移出壓力機，取下傳感器，在主夾具拉杆與主夾具壓板、側夾具拉杆與側夾具壓板接觸處塗一層密封膠，最後整體移到室外進行暴露試驗或放入對應的試件盒中，再全部放入快速凍融循環試驗機內進行快速凍融循環試驗；卸載時割掉主夾具及側夾具上的密封膠，再將主夾具放回壓力機內，然後操作千斤頂使主夾具加載到設計值，鬆開拉杆壓力，再將混凝土試件和側夾具整體移出壓力機，取出混凝土試件。
3.根據權利要求2所述的荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗方法，其特徵是進行暴露試驗時,設定暴露時間間隔,每經過一個暴露時間間隔後夾具重複一次卸載和加載混凝土試件的過程。
全文摘要
本發明的目的在於提供荷載與多因數耦合作用下混凝土試驗加載裝置及試驗方法，包括壓力機、夾具、傳感器組件、試件盒，混凝土試件和傳感器組件安裝在夾具裡，夾具安裝在壓力機裡，試件盒套在壓力機外面。本發明結構簡單、操作方便，可以模擬實際工程中應力、化學侵蝕、乾濕循環或凍融循環共同作用於混凝土構件的真實工況，從而使實驗室測得的數據更具有工程參考價值。
文檔編號G01N3/32GK102778389SQ20121022005
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者劉宗民, 周鵬, 喻虎, 孫超, 毛繼澤, 溫家寶 申請人:哈爾濱工程大學