CN101655432A - 单轴拉伸与土梁弯曲试验仪 - Google Patents

单轴拉伸与土梁弯曲试验仪 Download PDF

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Abstract

一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，包括一电机，电机一侧设有电动平移台，电机与刚性传动杆相连，刚性传动杆与滑轨导向块相连，滑轨导向块与刚性传动杆相连，刚性传动杆上有力传感器，刚性传动杆与加载平台上设置的加载装置相连，位移传感器固定在主体平台上，位移传感器、力传感器与数据采集卡相连，将土体固于加载平台上，设定速率，通过电机带动电动平移台，滑轨导向块带动加载平台上的土体即可进行试验，数据采集卡通过位移传感器、力传感器采集并保存测量值，具有成本低、加载稳定、加载速度慢、可设应变速率和控制的特点。

Description

单轴拉伸与土梁弯曲试验仪
技术领域
本发明属于力学特性测试技术领域，特别涉及一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪。
背景技术
压实粘土的裂缝问题是土石坝等土工建筑物经常出现的工程隐患和重要的破坏形式，是对土工建筑物的安全造成威胁和亟待解决的技术难题之一。因此土体拉伸应力应变特性的评价具有重要的工程应用价值。其合理性关系到能否正确评价土工建筑物的安全性。轴向拉伸与土梁弯曲试验目前是测定压实粘土拉伸特性参数最直接和有效的试验方法，它可以测得土的抗拉强度和抗拉极限应变等拉伸特性参数，是水利部行业标准中指定的测定土拉伸特性的试验方法。
进行土的单轴拉伸与土梁弯曲试验是揭示土体裂缝成因的一个基本手段，各国学者在此领域进行了众多研究，研制了大量的仪器设备。主要有单轴拉伸装置、土梁弯曲装置等。其中，相当多的单轴拉伸装置是在直剪仪的基础上改进得到的，某学者研制的目前常用的应力控制式单轴拉伸仪，该仪器通过加卸砝码的方式进行加载控制，一个显著缺点是无法测得土体完整的应力应变关系曲线，土在达到最大拉应力时会出现脆断。而对于土体，现在的研究趋势是认为将其看作是非脆性断裂材料，因而达抗拉强度后的软化变形过程是研究其断裂机理和建立断裂过程数学模型的关键，上述单轴拉伸装置不能满足测得试验过程中软化变形的要求。某学者研制的土梁弯曲试验的试验装置土梁反向支撑于支座上，在跨中等距的两点逐级施加向上荷载。为了消除自重影响，还可以在土梁下施加适量的向上平衡力；也可将试样用橡皮膜包裹后，放入比重接近的液体中。可见上述土梁弯曲试验装置，操作程序和过程复杂，试验精度差，并且同样采用了应力控制式加载。
综上所述，目前国内外研制和开发的土体拉伸特性测试设备存在以下不足之处：①大都功能简单，实验方法粗糙；②传统的试验装置一般采用应力控制式加载，不能测得土体完整连续的应力应变曲线；③易受重力作用的影响；④试验数据的采集依靠砝码称重和测微计读数，只能得到试验过程中的若干稀疏点，总体精度较差；⑤功能单一，单轴拉伸设备仅能进行单轴拉伸试验，土梁弯曲设备只能进行弯曲试验。因此，为了满足开展压实粘土拉伸特性及断裂机理研究的要求，需要开发和研制一套综合型、集成化的土工拉抻特性试验仪系统。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，具有一机多用、提高试验仪利用效率，加载速度稳定、极慢，并且节约了成本的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，包括一主体平台1，主体平台1上设有电机2，电机2的一侧设有电动平移台5，在电动平移台5与加载平台6之间设有滚动导轨9，滚动导轨9上设有滑轨导向块10，电机2的动力输出端与刚性传动杆3一端相连，刚性传动杆3的另一端与滑轨导向块10一侧相连，滑轨导向块10的另一侧与刚性传动杆7相连，刚性传动杆7上设有力传感器4，刚性传动杆7的另一端与加载平台6上设置的加载装置14相连，加载装置14与加载平台6之间设有滚针轴承11。位移传感器15固定在主体平台1上，位移传感器15、力传感器4与控制箱16内的数据采集卡17相连。
所述的加载装置14可以是单轴拉伸装置，也可以是土梁弯曲试验装置。
所述的单轴拉伸装置包括前支挡板8及固定在主体平台1上的后支档板12，前支档板8通过刚性连接杆7与滑轨导向块10连接。
所述的土梁弯曲试验装置包括两个固定于主体平台1上的铰支支座13及四个装卸式的金属套环18，每个金属套环18分别由四块板片拼装成一个整体，土梁两端各一板片与铰支支座13相连起固定作用，中部两块板片通过刚性连接杆7与滑轨导向块10连接。
所述的位移传感器15数量至少为一个。
所述的控制箱16设置在主体平台1下部。
本发明的优点在于：①将单轴拉伸与土梁弯曲试验结合在一起，做到一机多用，提高试验机利用效率，并且节约了成本；②加载方式技术先进，采用步进电机进行应变控制式加载，可以得到稳定和极慢的加载速度；③应变速率可根据需要在试验前设定并可在试验过程中进行控制；④土梁在水平面内放置，消除土体自重的影响；⑤数据采集系统采用负荷传感器和位移传感器，通过数据采集卡采集数据，最大采集频率达100次/秒，可完整记录土体的受拉断裂过程。
本发明可进行单轴拉伸试验与土梁弯曲试验的力学特性测试，达到了预期的目的。
附图说明
图1为本发明的单轴拉伸试验装置的主视图。
图2为本发明的单轴拉伸试验装置的俯视图。
图3为本发明的土梁弯曲试验装置的主视图。
图4为本发明的土梁弯曲试验装置的俯视图。
图5为本发明的土梁弯曲试验装置详图，其中(a)为中部金属套环与其相应连接主视图，(b)为铰支支座主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1、2，一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，包括一主体平台1，主体平台1上设有电机2，电机2的一侧设有电动平移台5，在电动平移台5与加载平台6之间设有滚动导轨9，滚动导轨9上设有滑轨导向块10，电机2的动力输出端与刚性传动杆3一端相连，刚性传动杆3的另一端与滑轨导向块10一侧相连，滑轨导向块10的另一侧与刚性传动杆7相连，刚性传动杆7上设有力传感器4，刚性传动杆7的另一端与加载平台6上设置的加载装置7的前支挡板8相连，加载装置14的后支档板12固定在主体平台1上，前支档板8通过刚性连接杆7与滑轨导向块10连接，加载装置14与加载平台6之间设有滚针轴承11。位移传感器15通过卡件固定在主体平台1上，位移传感器15可拆卸，位移传感器15、力传感器4与控制箱16内的数据采集卡17相连。位移传感器15数量至少为一个。所述的控制箱16设置在主体平台1下部。
参见图3、4、5，一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，包括一主体平台1，主体平台1上设有电机2，电机2的一侧设有电动平移台5，在电动平移台5与加载平台6之间设有滚动导轨9，滚动导轨9上设有滑轨导向块10，电机2的动力输出端与刚性传动杆3一端相连，刚性传动杆3的另一端与滑轨导向块10一侧相连，滑轨导向块10的另一侧与刚性传动杆7，刚性传动杆7上设有力传感器4，刚性传动杆7的另一端与加载平台6上设置的加载装置14的四个金属套环18相连，每个金属套环18分别由四块板片拼装成一个整体，加载装置14的两端设有铰支支座13，土梁两端各有一板片与铰支支座13相连起固定作用，中部两块板片通过刚性连接杆7与滑轨导向块10连接，位移传感器15通过卡件设置在主体平台1上，位移传感器15可拆卸，位移传感器15、力传感器4与控制箱16内的数据采集卡17相连。位移传感器15数量至少为一个。所述的控制箱16设置在主体平台1下部。
本发明的工作原理是：
主体平台1上将相应的土体固定于加载平台6上，控制箱17设定速率，通过电机2带动电动平移台5及滑轨导向块10带动加载平台6上的土体即可进行试验，试验过程中，控制箱16内的数据采集卡17通过位移传感器15、力传感器4实时采集并保存测量值。

Claims (9)

1、一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，包括一主体平台(1)，其特征在于，主体平台(1)上设有电机(2)，电机(2)的一侧设有电动平移台(5)，在电动平移台(5)与加载平台(6)之间设有滚动导轨(9)，滚动导轨(9)上设有滑轨导向块(10)，电机(2)的动力输出端与刚性传动杆(3)一端相连，刚性传动杆(3)的另一端与滑轨导向块(10)一侧相连，滑轨导向块(10)的另一侧与刚性传动杆(7)，刚性传动杆(7)上设有力传感器(4)，刚性传动杆(7)的另一端与加载平台(6)上设置的加载装置(14)相连，加载装置(14)与加载平台(6)之间设有滚针轴承(11)，位移传感器(15)通过卡件固定在主体平台(1)上，位移传感器(15)、力传感器(4)与控制箱(16)内的数据采集卡(17)相连。
2、根据权利要求1所述的一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，其特征在于，所述的加载装置(14)可以是单轴拉伸装置，也可以是土梁弯曲试验装置。
3、根据权利要求2所述的一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，其特征在于，所述的单轴拉伸装置包括前支挡板(8)及固定在主体平台(1)上的后支档板(12)，前支档板(8)通过刚性连接杆(7)与滑轨导向块(10)连接。
4、根据权利要求2所述的一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，其特征在于，所述的土梁弯曲试验装置包括固定与主体平台(1)上的铰支支座(13)及装卸式的金属套环(18)。
5、根据权利要求1所述的一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，其特征在于，所述的位移传感器(15)数量至少为一个。
6、根据权利要求1所述的一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，其特征在于，所述的控制箱(16)设置在主体平台(1)下部。
7、根据权利要求4所述的一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，其特征在于，所述的固定铰支支座(13)的数量为两个。
8、根据权利要求4所述的一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，其特征在于，所述的装卸式的金属套环(18)数量为四个
9、根据权利要求4或8所述的一种单轴拉伸与土梁弯曲试验仪，其特征在于，所述的金属套环(18)分别由四块板片拼装成一个整体，土梁两端各一板片与铰支支座(13)相连起固定作用，中部两块板片通过刚性连接杆(7)与滑轨导向块(10)连接，位移传感器(15)通过卡件设置在主体平台(1)上。
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