CN102636394B - 一种压应力加载和变形测量装置及一种试件在压应力下变形量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压应力加载和变形测量装置，包括一带有螺杆的手轮，螺杆旋接于框架上，螺杆的底端连接有一较细的滑杆；滑杆上套设有一经过校正的压缩弹簧，滑杆的底端带有平板，平板直接接触试件的顶部；试件竖直放置在框架中，底部与承压接头顶端粘接，承压接头卧设在框架中；在试件上端和下端分别固定套设一上部夹具和一下部夹具，上、下部夹具各自带有千分表和调节螺栓，调节螺栓与千分表底部测头保持良好接触。该装置可通过压缩弹簧输出压应力，应力值由弹簧压缩量得到。千分表可测量变形量，准确的分析应力松弛的大小和环境作用对试件耐久性能的影响。

Description

一种压应力加载和变形测量装置及一种试件在压应力下变形量的测量方法

技术领域

本发明涉及块状建筑材料耐久性能的研究及测试，尤其涉及一种既能够加载压应力又能够进行变形测量的加载装置。该装置适用于研究净浆、砂浆、混凝土或其它块状建筑材料在荷载与环境因素耦合作用下的耐久性能破坏规律及退化机理。

背景技术

混凝土的耐久性能与其服役寿命密切相关。实践证明，混凝土耐久性能的退化是荷载和环境因素耦合作用的结果，因此，建立模拟荷载和环境因素耦合作用的实验条件、研究混凝土及其原材料在荷载和环境因素下的耐久性能破坏规律及退化机理，对于增强混凝土耐久性和延长混凝土服役寿命具有非常重要的社会和经济意义。

在现有混凝土耐久性测试和研究中，已公开的加载试验装置都是实现弯曲荷载的加载，受载的试样在中性层两侧承受压应力和拉应力这两种截然不同的荷载作用，但在试验结果分析时一般将两者均视为同一因素进行考虑，使试验结果并不完全符合事实，降低了试验的准确性和可靠度。

此外，目前的加载装置主要关注于实现加载装置操作方便，减少应力松弛，增加稳定性，节约设备投资和减少传感元件的腐蚀等方面，没有能够实现测量试样在压应力与环境因素作用过程中变形量的加载装置。由于混凝土材料具有应力松弛和蠕变等与变形直接相关的现象，这些现象是材料特性，能够反映材料在受力和环境因素作用后的服役行为。考虑到大部分环境因素对材料性能的破坏作用都会反应到应力松弛和蠕变等与变形有关的现象中来，因此测量应力与环境作用下混凝土材料的变形对研究混凝土材料的破坏规律和退化机理具有重要的指导意义。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供一种压应力加载和变形测量的装置，消除弯曲荷载因荷载形式不明确所造成的试验误差。该装置在实现压应力加载的同时，还能够测量受载试样在压应力及环境因素耦合作用下的变形量。

基于上述目的，本发明采取以下技术方案：一种压应力加载和变形测量装置，包括一带有螺杆的手轮，螺杆旋接于框架上，螺杆的底端连接有一滑杆，滑杆上套设有一经过校正的压缩弹簧，滑杆的底端带有平板，压缩弹簧设置在螺杆与滑杆的平板之间，平板直接接触试件的顶部；试件竖直放置在框架中，底部与一承压接头顶端粘接，承压接头卧设在所述框架中；在试件上端和下端分别固定套设一上部夹具和一下部夹具，上部夹具和下部夹具各自带有一对对称的开孔肋板，上部夹具的开孔肋板上固定有两千分表，下部夹具的开孔肋板上固定有两调节螺栓，两调节螺栓分别与两千分表底部测头保持良好接触。

上述螺杆、框架、滑杆、承压接头、上部夹具、下部夹具、调节螺栓均为不膨胀钢制成，在-80℃～100℃内形状基本不受温度影响。

上述螺杆可以做成内部为空心，底部封闭但有中心小孔，使得所述滑杆从小孔中穿入，并通过螺母旋接。

进一步，上述螺杆底部可带有一横板，在横板上开设有中心小孔，所述滑杆从中心小孔中穿入，压缩弹簧压设在横板与滑杆平板之间。

上述上部夹具和下部夹具分别通过定位螺栓固定在所述试件上，松开定位螺栓可调节。

上述千分表通过侧向定位螺栓固定在所述上部夹具上，松开定位螺栓可调节。

进一步地，上部夹具的肋板为两个，对称设置，在每个肋板上都设置有所述千分表；下部夹具的肋板也为两个，对称设置，在每个肋板上都设置有所述调节螺栓。

上述承压接头的底部为凸出的半球形，与框架底部正中的半球形凹座吻合对接。

本发明另一目的在于提供一种试件在压应力下变形量的测量方法。

该方法，使用前述装置按以下操作装载试件，将试件连同加载装置一同置于侵蚀性溶液、干湿循环、水溶蚀、碳化等环境系统中，将下部夹具和调节螺栓以及千分表的测头涂上凡士林，以使其免遭腐蚀，开始测量压应力与环境耦合作用下试件的变形量；

装载试件的操作包括：

第一步：将上部夹具套在试件的上部，用四个定位螺栓固定在试件上，并保持上部夹具与试件垂直；将下部夹具套在试件的下端，旋紧定位螺栓，并保持下部夹具与试件垂直；

第二步：使承压接头的半球端放置在框架的半球凹形中，将完成了第一步中的试件放置在承压接头上，将滑杆的底端平板正对试件，旋转手轮使压缩弹簧压缩，保证滑杆、试件和承压接头的中心线尽量重合，继续旋转手轮，使压缩弹簧压缩到设定的变形量，至此压应力加载完成；

第三步：将两个千分表放置在上部夹具的肋板开孔中，并旋紧定位螺栓使千分表固定，旋转调节螺栓，使调节螺栓的顶端与千分表的底端测头紧密接触，将千分表清零，即可开始测量试件在压应力下的变形量。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：1、本发明通过手轮旋进螺杆，使压缩弹簧压缩，输出压应力对试件施压，应力值可以通过校正过的弹簧压缩量得到。试件整体承受压应力，不存在其他荷载形式，得到的试验结果准确、可靠，利于分析和研究。2、本发明在试件的夹具上配备千分表和调节螺栓，使调节螺栓与千分表触头良好碰触，当试件发生形变时，便可通过千分表读数，测量试件在受力过程中和环境作用下的变形量，能够准确的分析应力松弛的大小和环境作用对试件耐久性能的影响。3、在研究材料耐久性能时，本发明可以方便的配合干湿循环、化学侵蚀、冻融循环碳化等其他环境作用，亦可单独测量材料的蠕变或应力松弛，功能多样，适用范围广。

附图说明

图1A是本发明装置的整体结构示意图。

图1B是本发明装置的侧视图。

图2是本发明中上部夹具的俯视图。

图3是本发明中下部夹具的俯视图。

图中：1-手轮；2-螺杆；3-框架；4-滑杆；5-压缩弹簧；6-试件；7-承压接头；8-上部夹具；9-下部夹具；10、13-定位螺栓；11、14-开孔肋板，12-千分表；15-调节螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但附图和实施例都仅是用于说明本发明的技术方案，其中各部件的具体结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换或改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

如图1A、1B所示，该装置包括一手轮1，手轮1上连接有螺杆2。螺杆2通过螺纹与框架3连接；螺杆2内部为空心，底部封闭但有中心小孔，空心与中心小孔形成上大下小的台阶式中心孔形式。一比螺杆细的滑杆4，其上套设一经过校正的压缩弹簧5；滑杆4的顶端通过螺杆2底部的中心小孔插入到螺杆内部，露出部分用螺母旋接固定，使其不能从螺杆中脱落；滑杆4的底端带有平板，压缩弹簧5设在螺杆2底端与滑杆4的平板顶端之间。

滑杆4的底端带有平板，与试件6直接接触，试件6竖直放置在框架中，下端通过环氧树脂粘接在承压接头7的顶端以防止加载过程中的旋转滑移，承压接头7的底部为凸出的半球形，与框架3底部正中的半球形凹座相吻合。

如图1A和图2、图3所示，在试件6的上、下端分别固定有上部夹具8和下部夹具9。上部夹具8套在试件6上，并通过四个定位螺栓10在前、后、左、右四个位置固定；上部夹具8拥有一对对称的开孔肋板11，两千分表12置于开孔中，并由两个定位螺栓13从侧面进行固定。下部夹具9亦套在试件6上，并通过四个定位螺栓10在前、后、左、右四个位置固定；下部夹具9亦拥有一对对称的开孔肋板14，两调节螺栓15旋设在开孔中，调节螺栓15的顶端与千分表12的底部测头保持良好接触。

本装置中的主要部件，螺杆2、框架3、滑杆4、承压接头7、上部夹具8、下部夹具9、调节螺栓15均由不胀钢制成，在-80℃～100℃内装置形状基本不受温度影响。

上述装置中，手轮1用于增大压缩弹簧5的变形量，提供试件承受压应力的原始驱动力，校正过的压缩弹簧5，既可以提供稳定的荷载输出，又可以通过变形量获得应力值。

上述装置中，螺杆2底部的封闭可以采用加装横板的方式，在横板上开设有中心小孔，一方面可以连接滑杆4，另一方面还可以用于压设压缩弹簧5。

上述装置中，上部夹具8套在试件的上端，四个定位螺栓10用于固定上部夹具的位置，使上部夹具不会在试件表面滑移，上部夹具拥有两个对称的开孔肋板11，用于放置千分表12，在开孔肋板的侧面有两个定位螺栓13用于固定千分表；下部夹具9套在试件的下端，四个定位螺栓10用于固定下部夹具的位置，使下部夹具不会在试件表面滑移，下部夹具拥有两个对称的开孔肋板14，开孔内有调节螺栓15可以旋进旋出，调节螺栓15和千分表12的位置上下对应，当千分表12的底部测头和调节螺栓15的位置不合适时，通过旋转调节螺栓可以使千分表测头与调节螺栓顶部保持最佳接触。

上述装置中，承压接头7是用于保证试件在受压应力时不偏心。

采用上述设计，本发明装置中手轮1和校正过的压缩弹簧5分别用于实现准确的压应力输出和调节试件受力大小，将试件在承压接头和滑杆底端的平板之间承受压应力，旋转手轮使弹簧压缩，使试样受力逐渐增大直至设定值，至此完成压应力加载过程。

旋转调节螺栓15，使调节螺栓的顶端和固定在上部夹具上的千分表12测头保持良好接触，然后将千分表清零，至此完成变形测量前的装载设置。

以下以实施例结合所述装置说明试件在压应力下变形量的测量过程。

实施例一

一个典型的操作过程如下：

第一步：将上部夹具8套在试件6的上部，用四个定位螺栓10固定在试件6上，并保持上部夹具8与试件6垂直；将下部夹具9套在试件6的下端，旋紧定位螺栓10，并保持下部夹具9与试件6垂直。

第二步：使承压接头7的半球端放置在框架3的半球凹形中，将完成了第一步中的试件6放置在承压接头7上，将滑杆4的底低端平板正对试件6，旋转手轮1使压缩弹簧5压缩，保证滑杆4、试件6和承压接头7的中心线尽量重合，继续旋转手轮1，使压缩弹簧5压缩到设定的变形量，至此压应力加载完成。

第三步：将两个千分表12放置在上部夹具8的肋板开孔中，并旋紧定位螺栓13使千分表12固定，旋转调节螺栓15，使调节螺栓15的顶端与千分表12的底端测头紧密接触，将千分表12清零，即可开始测量试件在压应力下的变形量。

实施例二

将完成了实施例一的试件6连同加载装置一同置于侵蚀性溶液、干湿循环、水溶蚀、碳化等环境作用下，将下部夹具9和调节螺栓15以及千分表12的测头涂上凡士林，以使其免遭腐蚀。此时可以开始测量压应力与环境耦合作用下试件的变形量。

Claims (9)

1.一种压应力加载和变形测量装置，其特征在于：该装置包括一带有螺杆的手轮，螺杆旋接于框架上，螺杆的底端连接有一滑杆，所述滑杆上套设有一经过校正的压缩弹簧，滑杆的底端带有平板，所述压缩弹簧设置在螺杆与滑杆的平板之间，所述平板接触试件的顶部；所述试件竖直放置在框架中，底部与一承压接头顶端粘接，所述承压接头卧设在所述框架中；在所述试件上端和下端分别套设一上部夹具和一下部夹具，所述上部夹具和下部夹具各自带有肋板，上部夹具的肋板上设置有千分表，下部夹具的肋板上设置有调节螺栓，调节螺栓与千分表测头保持良好接触。

2.如权利要求1所述的一种压应力加载和变形测量装置，其特征在于：所述螺杆、框架、滑杆、承压接头、上部夹具、下部夹具、调节螺栓均为不膨胀钢制成，在-80℃～100℃内不变形。

3.如权利要求1所述的一种压应力加载和变形测量装置，其特征在于：所述螺杆内部为空心，底部封闭但有中心小孔，所述滑杆从小孔中穿入，并通过螺母旋接。

4.如权利要求3所述的一种压应力加载和变形测量装置，其特征在于：所述螺杆底部带有一横板，在横板上开设有中心小孔，所述滑杆从中心小孔中穿入；所述压缩弹簧压设在此横板与滑杆平板之间。

5.如权利要求1至4任一所述的一种压应力加载和变形测量装置，其特征在于：所述上部夹具和下部夹具分别通过定位螺栓固定在所述试件上，松开定位螺栓可调节。

6.如权利要求5所述的一种压应力加载和变形测量装置，其特征在于：所述千分表通过侧向定位螺栓固定在所述上部夹具上，松开侧向定位螺栓可调节。

7.如权利要求6所述的一种压应力加载和变形测量装置，其特征在于：所述上部夹具的肋板为两个，对称设置，在每个肋板上都设置有所述千分表；所述下部夹具的肋板也为两个，对称设置，在每个肋板上都设置有所述调节螺栓。

8.如权利要求7所述的一种压应力加载和变形测量装置，其特征在于：所述承压接头的底部为凸出的半球形，与框架底部正中的半球形凹座吻合对接。

9.一种试件在压应力下变形量的测量方法，使用权利要求8所述装置按以下操作装载试件，将试件连同所述装置一同置于侵蚀性溶液、干湿循环、水溶蚀或碳化环境系统中，将下部夹具和调节螺栓以及千分表的测头涂上凡士林，以使其免遭腐蚀，开始测量压应力与环境耦合作用下试件的变形量；

装载试件的操作包括：

第一步：将上部夹具套在试件的上部，用四个定位螺栓固定在试件上，并保持上部夹具与试件垂直；将下部夹具套在试件的下端，旋紧定位螺栓，并保持下部夹具与试件垂直；

第二步：使承压接头的半球形底部放置在框架的半球形凹形中，将完成了第一步中的试件放置在承压接头上，将滑杆的底端平板正对试件，旋转手轮使压缩弹簧压缩，保证滑杆、试件和承压接头的中心线尽量重合，继续旋转手轮，使压缩弹簧压缩到设定的变形量，至此压应力加载完成；

第三步：将两个千分表放置在上部夹具的肋板开孔中，并旋紧侧向定位螺栓使千分表固定，旋转调节螺栓，使调节螺栓的顶端与千分表的底端测头紧密接触，将千分表清零，即可开始测量试件在压应力下的变形量。

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