CN102798574B - 提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置 - Google Patents

Abstract

一种提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，包括提升杆、螺纹连接在提升杆上部的拧紧螺母、套在提升杆中部的压力传感器和空心千斤顶、连接在提升杆下部的支撑座、对称连接在支撑座上的左卡爪座和右卡爪座、以及连接在左卡爪座上的圆弧形的左卡爪和连接在右卡爪座上的圆弧形的右卡爪，所述提升杆的下部由上至下插在支撑座中，提升杆的下端连接有提升块，提升块上又连接有提升块导向机构，所述支撑座上设有与提升块导向机构相配合的提升导向长孔。本装置应用在原位单剪法检测混凝土抗压强度的方法中，可以对混凝土芯样的径向施加垂直于承压面的剪切力，使受剪的混凝土芯样沿径向垂直于轴向出现剪切破坏，并同时测量出此时的剪切力峰值或/和提升块的位移。

Description

提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置

技术领域

本发明涉及混凝土强度检测技术领域，特别是一种剪切混凝土用的剪切装置。

背景技术

目前常用的混凝土强度检测技术和方法有无损检测和破损检测两种。所述无损检测分为回弹法、综合法、超声法等，它是利用混凝土表面硬度、碳化深度和声学参数换算混凝土强度，无损检测操作方便，但检测结果误差较大。所述破损检测又分为钻芯法、后装拔出法、贯入法等，它是利用规定的试件力学参数换算混凝土强度，破损检测结果精度较高，但是混凝土破损大，而且存在工序多、操作不便等缺点，如常用的钻芯法，其芯样试件钻取、切割和两端面平行度、端面与轴线垂直度处理及试件制作工序、操作过程等都较为繁琐。

为克服上述问题，现提出一种原位单剪法检测混凝土抗压强度的方法，该方法的原理是对混凝土芯样径向施加垂直于承压面的剪切力，使受剪芯样沿径向垂直于轴向剪切破坏，并根据剪应力来推定混凝土强度。在该方法中，需要对混凝土芯样进行剪切并测量剪断瞬间的剪切力峰值，但如何剪切混凝土芯样，以及如何测量剪断瞬间的剪切力峰值，是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以将混凝土芯样剪断、同时可以测量出剪断瞬间的剪切力峰值或/和提升块的位移值的提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于：包括提升杆、螺纹连接在提升杆上部的拧紧螺母、套在提升杆中部的压力传感器和空心千斤顶、连接在提升杆下部的支撑座、对称连接在支撑座上的左卡爪座和右卡爪座、以及连接在左卡爪座上的圆弧形的左卡爪和连接在右卡爪座上的圆弧形的右卡爪，所述左卡爪的下端部内侧面上和右卡爪的下端部内侧面上设有相错开的咬牙。

所述提升杆的下部由上至下插在支撑座中，提升杆的下端连接有提升块，提升块上又连接有提升块导向机构，所述支撑座上设有与提升块导向机构相配合的提升导向长孔。

所述左卡爪座和右卡爪座的结构相同，均包括连接杆和与连接杆连为一体的卡爪连接盘，所述连接杆夹在支撑座中，连接杆的上端部位于提升块的上方，连接杆的下端部位于提升块的下方并且通过卡爪座螺栓铰接连接在支撑座上，连接杆的内侧面由下至上向提升杆倾斜并且与提升块相接触，所述卡爪连接盘位于支撑座的下方，并且左卡爪座的卡爪连接盘与左卡爪连接，右卡爪座的卡爪连接盘与右卡爪连接。

所述卡爪连接盘位于支撑座的下方并且卡爪连接盘上设有卡槽，所述左卡爪的上端部外侧面上和右卡爪的上端部外侧面上均设有凸台，左卡爪和右卡爪均通过凸台卡在卡槽中，在左卡爪的内侧位置和右卡爪的内侧位置还设有卡爪压板，卡爪压板通过卡爪固定螺栓可拆卸连接在卡爪连接盘上，同时卡爪压板将左卡爪和右卡爪紧压在卡爪连接盘上的卡槽中，左卡爪的下端部内侧面上和右卡爪的下端部内侧面上还设有相错开的咬牙。

所述压力传感器与空心千斤顶的位置关系可以是压力传感器在上、空心千斤顶在下。

当压力传感器在上、空心千斤顶在下时，所述压力传感器与拧紧螺母之间的提升杆上可套有轴承。

在提升块的下方、左卡爪座的连接杆与右卡爪座的连接杆之间可设有复位弹簧。

所述提升块导向机构可由导向套和导向套锁紧螺栓组成，所述导向套螺纹连接在导向套锁紧螺栓上，导向套锁紧螺栓又螺纹连接在提升块上。

所述左卡爪与卡爪压板的接触面、右卡爪与卡爪压板的接触面均可为由下向上由外向内倾斜的斜面。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明是一种检测混凝土抗压强度用的装置，可以对混凝土芯样的径向施加垂直于承压面的剪切力，使受剪的混凝土芯样沿径向垂直于轴向出现剪切破坏，并同时测量出此时的剪切力峰值或/和提升块的位移（提升块的位移随着混凝土强度的增加而增大，也就说与混凝土强度也有相关关系，所以通过测量出提升块的位移值，也可以推算出混凝土强度）。

本发明利用卡爪将混凝土芯样剪断的同时，还可以测出剪切力峰值(通过压力传感器)或/和提升块的位移，适用于C10-C80的结构工程混凝土强度的检测，具有操作简单方便、准确快捷、成本低、适用性强的优点。

本发明使用时不受被测混凝土的表面形状（比如凸面、凹面、曲面、麻面等）的限制，也不受被测混凝土尺寸截面大小的限制，仅受成孔工艺限制。也就是说，本发明对被测混凝土的形状没有特别限制，测试部位也不受限制，被测混凝土不需任何加工处理（现场测试位置的表面无需处理，钻成的混凝土芯样也不需处理）。

本发明的检测龄期范围广，凡能钻制成型的剪切试件都适用，适用混凝土龄期可至14天，可为预应力混凝土的张拉和放张以及混凝土早龄期的施工提供技术数据。

在原位单剪法检测混凝土抗压强度的方法中使用本发明，对被测混凝土的损伤很小，被测混凝土上的钻孔深度仅为毫米级别（25mm～30mm），所以适合检测钢筋配置密集的混凝土，属于混凝土无损检测新型技术。

本发明可以应用在原位单剪法检测混凝土抗压强度的方法中，采用了本发明的原位单剪法检测混凝土抗压强度的方法是一种检测被测混凝土的内部强度的方法，这种方法的测试精度比传统方法更高，检测更方便快捷。采用了本发明的原位单剪法检测混凝土抗压强度的方法的可检测出被测混凝土的抗压强度，与目前已有的其他混凝土强度检测方法有实质性的不同，具有很好的推广应用价值，能更好的完善和丰富混凝土强度检测技术。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的主视示意图。

图2是图1的左视示意图。

图3是图1中A-A剖面的示意图。

图4是图2中B-B剖面的示意图。

图5是本发明剪切被测混凝土上的混凝土芯样的示意图。

图6是本发明剪切从被测混凝土上取下来的混凝土芯样的示意图。

图7是本发明的立体示意图。

图8是支撑座的立体示意图。

图9是卡爪座的立体示意图。

图10是提升块的立体示意图。

图11是左卡爪的立体示意图。

图12是右卡爪的立体示意图。

图13是本发明将被测混凝土剪断的示意图。

附图标记：1－拧紧螺母、2－提升杆、3－支撑座、4－左卡爪座、5－右卡爪座、6－提升块、7－左卡爪、8－右卡爪、9－导向套、10－导向套锁紧螺栓、11－卡爪座螺栓、12－卡爪固定螺栓、13－复位弹簧、14－轴承、15－空心千斤顶、16－压力传感器、17－卡爪压板、18－提升导向长孔、19－卡爪连接盘、20－连接杆、21－卡槽、22－凸台、23－咬牙、24－混凝土芯样、25－被测混凝土。

具体实施方式

实施例参见图1-4、图7，这种提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，包括提升杆2、螺纹连接在提升杆上部的拧紧螺母1、套在提升杆中部的压力传感器16和空心千斤顶15、连接在提升杆下部的支撑座3、对称连接在支撑座上的左卡爪座4和右卡爪座5、以及连接在左卡爪座上的圆弧形的左卡爪7和连接在右卡爪座上的圆弧形的右卡爪8，所述左卡爪7的下端部内侧面上和右卡爪8的下端部内侧面上设有相错开的咬牙23。

参见图4、图7、图8、图10，所述提升杆2的下部由上至下插在支撑座3中，提升杆2的下端连接有提升块6，提升块6上又连接有提升块导向机构，所述支撑座3上设有与提升块导向机构相配合的提升导向长孔18。

参见图4、图9，所述左卡爪座4和右卡爪座5的结构相同，均包括连接杆20和与连接杆连为一体的卡爪连接盘19，所述连接杆20夹在支撑座中，连接杆20的上端部位于提升块6的上方，连接杆20的下端部位于提升块6的下方并且通过卡爪座螺栓11铰接连接在支撑座3上，连接杆的内侧面由下至上向提升杆2倾斜并且与提升块6相接触，所述卡爪连接盘19位于支撑座3的下方，并且左卡爪座4的卡爪连接盘与左卡爪7连接，右卡爪座5的卡爪连接盘与右卡爪8连接。

参见图4、图9、图11、图12，所述卡爪连接盘19上设有卡槽21，所述左卡爪7的上端部外侧面上和右卡爪8的上端部外侧面上均设有凸台22，左卡爪7和右卡爪8均通过凸台22卡在卡槽21中，在左卡爪7的内侧位置和右卡爪8的内侧位置还设有卡爪压板17，卡爪压板17通过卡爪固定螺栓12可拆卸连接在卡爪连接盘19上，同时卡爪压板17将左卡爪7和右卡爪8紧压在卡爪连接盘19上的卡槽21中。卡爪（左卡爪7和右卡爪8）通过上述结构连接在卡爪座（左卡爪座4和右卡爪座5）上，一是因为卡爪要剪切混凝土，容易损坏，所以采用上述结构可以方便卡爪的拆卸和更换。二是卡爪通过上述结构连接在左卡爪座4和右卡爪座5上时，可保证卡爪（左卡爪7和右卡爪8）与卡爪座（左卡爪座4和右卡爪座5）连接的牢固紧密。

使用时，用空心千斤顶15提升提升杆2，提升杆2带动提升块6上移，提升块6上移的同时推动卡爪座（左卡爪座4和右卡爪座5）沿卡爪座螺栓11转动，此时连接杆20的上端部向外移动，卡爪连接盘19向内移动，卡爪连接盘19带动卡爪（左卡爪7和右卡爪8）夹紧混凝土芯样24并剪切混凝土芯样。

在提升块6的下方、左卡爪座4的连接杆与右卡爪座5的连接杆之间设有复位弹簧13，复位弹簧13可以推动卡爪座沿卡爪座螺栓11转动，此时卡爪连接盘19向外移动，连接杆20的上端部向内移动，提升块6下移回原位。

本实施例中，压力传感器16在上，空心千斤顶15在下，压力传感器16与拧紧螺母1之间的提升杆2上还套有轴承14，轴承14的作用是减小拧紧螺母端面与压力传感器端面之间的摩擦力，有助于减小驱动剪切混凝土的总动力。

所述提升块导向机构由导向套9和导向套锁紧螺栓10组成，所述导向套9螺纹连接在导向套锁紧螺栓10上，导向套锁紧螺栓10又螺纹连接在提升块6上。

所述左卡爪7与卡爪压板17的接触面、右卡爪8与卡爪压板17的接触面均可以是由下向上由外向内倾斜的斜面，这样设计可以使卡爪压板17将左卡爪7和右卡爪8压得更紧更牢固。

原位单剪法检测混凝土抗压强度的方法的步骤如下。

步骤一、在被测混凝土25（包括被测混凝土结构和被测混凝土）上选择N个位置作为钻制混凝土芯样的剪切试样部位，在选取好的剪切试样部位处钻制圆柱形的混凝土芯样24（采用直径Φ38mm～Φ49mm的空心水钻），用本发明对所有的混凝土芯样24进行剪切（参见图13，混凝土芯样受力作用后，产生剪应力直至混凝土芯样被剪断），同时用本发明上的压力传感器测量出混凝土芯样24被剪断瞬间的剪切力峰值，采用数据采集系统记录所有的混凝土芯样24被剪断瞬间的剪切力峰值，通过公式混凝土剪切强度（MPa）= F／S，计算出所有的混凝土芯样24的混凝土剪切强度，其中F为剪切力峰值，S为混凝土芯样3的截面面积，将得到的混凝土剪切强度代入混凝土测强公式，根据混凝土测强公式计算出所有的混凝土芯样24的混凝土抗压强度，该混凝土抗压强度又称为混凝土换算强度（通过检测混凝土的剪切强度，根据混凝土剪切强度和混凝土抗压强度的相关关系，换算成混凝土抗压强度，因此称为混凝土换算强度）。

步骤二、将上述步骤中得到的N个混凝土换算强度加起来，再除以N，得到一个平均值，这个平均值即为被测混凝土25的混凝土推定强度（一般情况下，是对同批构件的检测数据进行数理统计，根据国家规范（GBJ107-87）的有关规定，求出混凝土推定强度），即混凝土强度的代表值。在计算N个混凝土换算强度的平均值时，可剔除异常值（如最大值和最小值）后再计算。

所述N个可以是三个、五个、七个或者更多，可根据实际情况选择。

本实施例中，混凝土测强公式为：                                               

，式中

表示第

个混凝土芯样的混凝土换算强度（MPa）；

表示第个混凝土芯样的混凝土剪切强度（MPa）。在其它实施例中，还可以采用其它的混凝土测强公式（可以是直线函数方程、幂函数方程、指数函数方程等，经回归分析，依据相关系数、标准差综合进行确定）来计算混凝土芯样24的混凝土换算强度。

所述被测混凝土25上选择的N个位置可以是任何部位，相邻两剪切试样部位可布置在被测混凝土的不同侧面上。优选的方式是选出来的剪切试样部位在被测混凝土25上均匀布置，相邻两剪切试样部位之间的距离不小于30mm，剪切试样部位距离被测混凝土25的端边不小于25mm。

所述混凝土芯样24的直径为38mm～49mm，长度为25mm～30mm。参见图5，所述混凝土芯样24既可以是与被测混凝土25连接在一起的混凝土芯样，参见图6，也可以是从被测混凝土25上分离下来的混凝土芯样。

本发明依据混凝土轴向抗压强度与混凝土芯样的径向剪切强度值建立的相应关系，在被测混凝土的实体上钻成混凝土芯样，采用本发明对混凝土芯样进行剪切试验，通过剪切试验得出的剪切强度与事先建立的测强公式推定混凝土抗压强度。使用本发明时，混凝土芯样所受到的单纯的应力仅为剪切力，混凝土芯样的破坏面与剪切力方向一致。

本发明只是针对被测混凝土的强度，要求被测混凝土内、外层均匀、不存在缺陷。被测混凝土的龄期不应少于14天，被测混凝土的抗压强度应在10MPa～80MPa范围内，被测混凝土的厚度不应小于80mm。剪切试样部位处的混凝土应无裂缝、疏松、孔洞、蜂窝等外观缺陷。剪切试样部位可以布置在平面、曲面、凸面、凹面、麻面（喷射混凝土）。

按照图5或图6所示，安装本发明，本发明上的左卡爪、右卡爪套入混凝土芯样（左卡爪、右卡爪的设置与混凝土芯样垂直方向相互错开）并施加预紧力，本发明利用混凝土芯样进行定位，并且混凝土芯样给本发明提供反力（阻力）。

通过千斤顶并结合连接杆原理，本发明给混凝土芯样施加剪切力，混凝土芯样受到左卡爪、右卡爪上的弧形凸出剪牙的剪应力作用后，产生平衡的反力，当混凝土芯样的剪切应力小于需平衡的反力时，混凝土芯样被剪断，用本发明上的压力传感器测出混凝土芯样24被剪断瞬间的剪切力峰值。

本发明还可以应用在其它的检测混凝土抗压强度的方法中，比如还可以通过测量本发明中的提升块的位移来推算出混凝土的强度。 

Claims (7)

1.一种提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于：包括提升杆（2）、螺纹连接在提升杆上部的拧紧螺母（1）、套在提升杆中部的压力传感器（16）和空心千斤顶（15）、连接在提升杆下部的支撑座（3）、对称连接在支撑座上的左卡爪座（4）和右卡爪座（5）、以及连接在左卡爪座上的圆弧形的左卡爪（7）和连接在右卡爪座上的圆弧形的右卡爪（8），所述左卡爪（7）的下端部内侧面上和右卡爪（8）的下端部内侧面上设有相错开的咬牙（23）；

所述提升杆（2）的下部由上至下插在支撑座（3）中，提升杆（2）的下端连接有提升块（6），提升块（6）上又连接有提升块导向机构，所述支撑座（3）上设有与提升块导向机构相配合的提升导向长孔（18）,

所述左卡爪座（4）和右卡爪座（5）的结构相同，均包括连接杆（20）和与连接杆连为一体的卡爪连接盘（19），所述连接杆（20）夹在支撑座中，连接杆（20）的上端部位于提升块（6）的上方，连接杆（20）的下端部位于提升块（6）的下方并且通过卡爪座螺栓（11）铰接连接在支撑座（3）上，连接杆的内侧面由下至上向提升杆（2）倾斜并且与提升块（6）相接触，所述卡爪连接盘（19）位于支撑座（3）的下方，并且左卡爪座（4）的卡爪连接盘与左卡爪（7）连接，右卡爪座（5）的卡爪连接盘与右卡爪（8）连接。

2.根据权利要求1所述的提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于：所述卡爪连接盘（19）上设有卡槽（21），所述左卡爪（7）的上端部外侧面上和右卡爪（8）的上端部外侧面上均设有凸台（22），左卡爪（7）和右卡爪（8）均通过凸台（22）卡在卡槽（21）中，在左卡爪（7）的内侧位置和右卡爪（8）的内侧位置还设有卡爪压板（17），卡爪压板（17）通过卡爪固定螺栓（12）可拆卸连接在卡爪连接盘（19）上，同时卡爪压板（17）将左卡爪（7）和右卡爪（8）紧压在卡爪连接盘（19）上的卡槽（21）中。

3.根据权利要求1所述的提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于：所述压力传感器（16）在上，空心千斤顶（15）在下。

4.根据权利要求3所述的提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于：所述压力传感器（16）与拧紧螺母（1）之间的提升杆（2）上套有轴承（14）。

5.根据权利要求1所述的提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于：在提升块（6）的下方、左卡爪座（4）的连接杆与右卡爪座（5）的连接杆之间设有复位弹簧（13）。

6.根据权利要求1所述的提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于：所述提升块导向机构由导向套（9）和导向套锁紧螺栓（10）组成，所述导向套（9）螺纹连接在导向套锁紧螺栓（10）上，导向套锁紧螺栓（10）又螺纹连接在提升块（6）上。

7.根据权利要求2所述的提升位移式原位单剪法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于：所述左卡爪（7）与卡爪压板（17）的接触面、右卡爪（8）与卡爪压板（17）的接触面均为由下向上由外向内倾斜的斜面。

Images