CN103063509A - 一种烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置及试验方法，所述加载装置包括底座，底座的宽度方向的两端对称安装两个竖向螺栓杆，两个竖向螺栓杆上端安装有竖向加载钢梁；所述竖向加载钢梁由两个平行的第一水平板以及平行连接在它们之间的两个第一竖直板组成，第一水平板的两端对称设有安装孔，每个竖向螺栓杆的上端从竖向加载钢梁的两个第一水平板的安装孔穿过并固连，竖向螺栓杆的顶端由竖向螺帽及垫片固定在位于上方的第一水平板上；本发明的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置采用配套仪器，组装及拆卸快捷，具有可移动性，能充分利用试验场地；装置装载试验试件简便，双向自平衡加载稳定性较高。
Description
技术领域
本发明属于建筑领域，具体涉及一种砌块强度试验的加载装置及方法，特别是一种烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置及其试验方法。
背景技术
目前，我国既有建筑面积已达到420亿m2，并且仍保持约20亿m2/年的巨大增长速度。建筑总商品能耗年均约为8.7亿吨标煤，占社会总能耗的近三分之一，建筑物耗热量约80%主要通过围护结构传热传入或传出的。与发达国家相比我国节能烧结类墙体材料使用率仍然很低，而且国外发达国家墙体材料正在向高效节能、烧结的自保温方向发展。现有的外墙外保温体系存在易脱落、寿命短、安全性差、质量难以控制，加气混凝土、泡沫混凝土等材料则由于自身收缩大，易造成墙体开裂等问题，而不能大面积的推广使用。
“十一五”期间开发了新型墙体材料烧结页岩保温空心砌块，它是以页岩为主要原料，以粉煤灰、锯末、钢矿渣等工业废弃物和造孔剂、废纸屑为辅助材料，经一定的生产工艺烧制而成的新型节能环保型墙体建筑材料。该产品充分利用了我国丰富的页岩资源，可实现单一墙体材料满足建筑节能65%的要求，无需采取外墙保温措施即可达到目前我国建筑节能设计标准。目前这种新型墙体材料是砌体材料发展的新热点。目前，这种新型烧结页岩保温空心砌块砌体结构的保温性能得到国内外学者一致认可，但是要将其在我国建筑行业大范围推广仍需对其结构抗震性能进行充分研究，由于我国位于世界两大地震带-环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位，大地构造位置决定地震频繁震灾严重，其中抗震设防高烈度区广泛分布在我国多处经济发达、战略意义重要的区域，因此对于水平地震作用时处于剪-压复合受力状态的烧结页岩保温空心砌块墙体的抗震性能试验研究就显得尤为重要。
传统的砌体剪压加载装置通常包括反力架、千斤顶及传感器，由于反力架固定于地面，因此该装置不可移动，这使其试验条件受到很大限制，试验便捷性大大降低；同时，反力架的支架侧向刚度不足，致使轴向压力较大时反力架稳定性降低，常常导致试验失败。因此，针对烧结保温砌块砌体超薄灰缝、孔洞率高、脆性明显的特点，设计一种烧结页岩保温空心砌块砌体双向自平衡剪压加载装置及配套试验方法，对于提高该类砌块砌体剪-压复合受力试验的便捷性与稳定性具有非常重要的意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种砌体双向自平衡剪压加载装置及其试验方法，该加载装置由工字型组合钢梁、螺栓杆、油压千斤顶、传感器组成水平向自平衡加载体系，由组合钢梁、钢底座、螺栓杆、钢垫板、传感器、油压千斤顶组成竖向自平衡加载体系，由此实现双向自平衡，使得试验装置的便携性大大提高，并保证了试验过程的稳定性。
为了完成上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：
一种烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置，包括长方形的底座，底座的宽度方向的两端对称安装两个竖向螺栓杆，两个竖向螺栓杆上端安装有竖向加载钢梁；所述竖向加载钢梁由两个平行的第一水平板以及平行连接在它们之间的两个第一竖直板组成，第一水平板的两端对称设有安装孔，每个竖向螺栓杆的上端从竖向加载钢梁的两个第一水平板的安装孔穿过并固连，竖向螺栓杆的顶端由竖向螺帽及垫片固定在位于上方的第一水平板上；位于下方的第一水平板的下方中心处固定有钢垫板，钢垫板中心的下方依次固连传感器和油压千斤顶；传感器和油压千斤顶的中心轴线重合；油压千斤顶下方距离底座的距离不小于砌块试件的高度加上一个钢垫板的厚度之和；
所述底座长度方向的两侧对称设置有两个水平向加载钢梁，所述水平向加载钢梁由两个平行的第二竖直板以及平行连接在它们之间的两个第二水平板组成，第二竖直板的两端对称设有安装孔；所述底座宽度方向的两端上方对称设有两根水平向螺栓杆；水平向螺栓杆的两端分别穿过底座两侧的水平向加载钢梁的安装孔并固连，并分别通过水平向螺帽及垫片固定在位于外侧的第二竖直板上；位于底座一侧的水平向加载钢梁上的靠近底座的第二竖直板中心处安装有传感器，位于底座另一侧的水平向加载钢梁上的靠近底座的第二竖直板中心处安装有油压千斤顶；传感器和油压千斤顶的中心轴线重合，且两者之间的距离不小于三块砌块试件的总宽度加上两块钢垫板的厚度之和。
本发明还包括如下其他技术特征：
所述装置还包括有3块钢垫板，第一块用于在加载试验过程中垫在砌块试件上表面中部与竖向的油压千斤顶之间；第二块用于在加载试验过程中垫在砌块试件与水平向的传感器之间；第三块用于加载试验过程中垫在砌块试件与水平向的油压千斤顶之间。
所述底座的厚度为80mm，宽度为700mm，长度为900mm。
所述水平向加载钢梁采用两工字型钢上下叠加后通过钢板焊接成整体受弯梁，两工字型钢之间预留30mm空隙，在钢板中线上留有2个直径为30mm的安装孔，安装孔中心分别距钢梁端100mm。
所述竖向加载钢梁采用两工字型钢左右放置通过钢板焊接成整体受弯梁，两工字型钢之间预留50mm空隙，在钢板中线上留有2个直径为50mm的安装孔，安装孔中心分别距钢梁端100mm。
使用上述的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置的砌体剪压受力性能试验方法，具体操作步骤如下：
（1）制作烧结页岩保温空心砌块砌体的砌块试件，其厚度为365mm，宽度为248mm，高度为三皮砌块高加水平灰缝厚度750mm，中间一皮砌块有一条竖向缝，试件养护龄期为28d；
（2）砌筑完成后，待砌块试件养护7d以后，将其平放，对两边的烧结页岩保温空心砌块用质量比为1：3的水泥砂浆抹面，厚度约为10mm，并用水平尺检查，使其两面在同一水平面上；将砌体砌块试件再养护3d后，前期处理的水泥砂浆抹面处有了一定强度，将其翻转过来，使砂浆面朝下，用1：3水泥砂浆抹另一面的中间砌块，厚度同样为10mm；最后用水平尺校准三个受压面，尽量使其互相平行；
（3）开始试验，将砌块试件放置在底座，在砌块试件三个受压面上分别放置30mm钢垫板，调整位置使砌块试件处于两个竖向螺栓杆以及两个水平向螺栓杆的中心位置；分别通过水平向螺帽及垫片、竖向螺帽及垫片调整水平向螺栓杆和竖向螺栓杆的高度，使砌体试件在竖直水平和两个方向上均与所述加载装置处于接触临界点；
（4）在水平方向通过支撑在水平向加载钢梁中部上的油压千斤顶，对砌体试件端部中心加载恒定的轴向压力，施加的轴向压力反力又由连接水平向加载组合钢梁的螺栓杆承担；
（5）在竖直方向通过支撑在竖向加载钢梁中部上的油压千斤顶加载竖直压力，施加的竖直压力反力由连接竖向加载钢梁与底座的竖向螺栓杆承担，从而在竖直方向形成自平衡加载体系。加载时均匀连续，避免冲击，加荷速度应按砌块试件在2～3min内破坏进行控制，当砌块试件有一个受剪面被剪坏或施加不上荷载时即认为砌块试件破坏，由传感器测得砌块试件的抗剪承载力。
本发明的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置组装及拆卸快捷，具有可移动性，能充分利用试验场地；装置装载试验试件简便，双向自平衡加载稳定性较高。该装置及其试验方法大大提高了烧结页岩保温空心砌块砌体剪压作用下抗剪强度测量的精确性和方便性，克服了传统加载装置的操作复杂、精度不高的缺陷。
附图说明
图1是本发明的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置的结构示意图。
图2是本发明的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置的俯视图。
图3是本发明的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置的右视图。
图4是竖向加载钢梁的结构示意图。
图5是图4的俯视图。
图6是水平向加载钢梁的结构示意图。
图7是图6的俯视图。
以下结合附图和具体实施例对本发明进一步解释说明。
具体实施方式
如图1～图3所示，本发明的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置，包括长方形的底座1，底座1的宽度方向的两端对称安装两个竖向螺栓杆9，两个竖向螺栓杆9上端安装有竖向加载钢梁8；如图4、图5所示，所述竖向加载钢梁8由两个平行的第一水平板81以及平行连接在它们之间的两个第一竖直板82组成，第一水平板81的两端对称设有安装孔83，每个竖向螺栓杆9的上端从竖向加载钢梁8的两个第一水平板81的安装孔83穿过并固连，竖向螺栓杆9的顶端由竖向螺帽及垫片10固定在位于上方的第一水平板81上；位于下方的第一水平板81的下方中心处固定有钢垫板7，钢垫板7中心的下方依次固连传感器6和油压千斤顶5；传感器6和油压千斤顶5的中心轴线重合；油压千斤顶5下方距离底座1的距离不小于砌块试件11的高度加上一个钢垫板7的厚度之和。
所述底座1长度方向的两侧对称设置有两个水平向加载钢梁2，如图6、图7所示，所述水平向加载钢梁2由两个平行的第二竖直板21以及平行连接在它们之间的两个第二水平板22组成，第二竖直板21的两端对称设有安装孔；所述底座1宽度方向的两端上方对称设有两根水平向螺栓杆3；水平向螺栓杆3的两端分别穿过底座1两侧的水平向加载钢梁2的安装孔并固连，并分别通过水平向螺帽及垫片4固定在位于外侧的第二竖直板21上；位于底座1一侧的水平向加载钢梁2上的靠近底座1的第二竖直板21中心处安装有传感器6，位于底座1另一侧的水平向加载钢梁2上的靠近底座1的第二竖直板21中心处安装有油压千斤顶5；传感器6和油压千斤顶5的中心轴线重合，且两者之间的距离不小于三块砌块试件11的总宽度加上两块钢垫板7的厚度之和。
本发明的加载装置还包括有3块钢垫板7，第一块用于在加载试验过程中垫在砌块试件11上表面中部与竖向的油压千斤顶5之间；第二块用于在加载试验过程中垫在砌块试件11与水平向的传感器6之间；第三块用于加载试验过程中垫在砌块试件11与水平向的油压千斤顶5之间。
所述底座1的厚度为80mm，宽度为700mm，长度为900mm。
所述水平向加载钢梁2可采用两工字型钢上下叠加后通过钢板焊接成整体受弯梁，两工字型钢之间预留30mm空隙，在钢板中线上留有2个直径为30mm的安装孔83，安装孔83中心分别距钢梁端100mm。每根工字钢采用Q235钢，截面为焊接工字形截面，翼缘：2-175mmx10mm，腹板：1-350mmx8mm，工字型钢梁长800mm。四块焊接钢板采用Q235钢，长度为800mm，宽度为380mm，厚度为10mm。
所述水平向螺栓杆3、水平向螺帽及垫片4采用Q235钢，螺栓杆直径为25mm，长度为1800mm。
所述油压千斤顶5和传感器6量程均为200kN。
所述钢垫板7采用Q235钢，厚度为30mm，宽度为250mm，长度为400mm。
所述竖向加载钢梁8可采用两工字型钢左右放置通过钢板焊接成整体受弯梁，两工字型钢之间预留50mm空隙，在钢板中线上留有2个直径为50mm的安装孔，安装孔中心分别距钢梁端100mm。每根工字钢采用Q235钢，截面为焊接工字形截面，翼缘：2-125mmx10mm，腹板：1-250mmx8mm，工字型钢梁长700mm。两块焊接钢板采用Q235钢，长度为700mm，宽度为300mm，厚度为10mm。
所述竖向螺栓杆9、竖向螺帽及垫片10采用Q235钢，竖向螺栓杆9直径为40mm，长度为1200mm。竖向螺栓杆底部9与钢底座1采用角焊缝连接，E43型焊条的手工焊，竖向螺栓杆9中心距钢底座长边缘100mm，短边缘450mm。
所述砌块试件11为烧结页岩保温空心砌块砌体三砖试件，该试件依据《砌体基本力学性能试验方法标准》（GB/T50129-2011）规定，采用双剪试件，其厚度为砌块厚度365mm，宽度为砌块的长度248mm，高度为三皮砌块高加水平灰缝厚度750mm，中间一皮砌块应有一条竖向缝。砌筑完成后，待砌体砌块试件的专用砌筑砂浆强度达到70%（养护7d）以后，将试件平放，对两边的烧结页岩保温空心砌块用1：3水泥砂浆抹面，厚度约为10mm，并用水平尺检查，使其两面在同一水平面上；将砌块试件再养护3d后，前期处理的水泥砂浆抹面处有了一定强度，将其翻转过来，使砂浆面朝下，用1：3水泥砂浆抹另一面的中间砌块，厚度同样为10mm；最后用水平尺校准三个受压面，尽量使其互相平行。
组装本发明的加载装置时，水平向在两加载钢梁的之间采用两根螺栓杆连接，砌体试件放置在底座上，且砌体试件的长度方向与底座长度方向一致；两水平向加载钢梁与砌体试件之间放置钢垫板、油压千斤顶及传感器；竖向在加载梁端部与底座之间两根螺栓杆连接，在钢梁和底座之间放置钢垫板、油压千斤顶、传感器及砌体试件。安装完毕后，在水平方向通过支撑在水平向加载组合钢梁中部上的油压千斤顶对砌体试件端部中心加载恒定的轴向压力，施加的轴向压力反力又由连接水平向加载钢梁的螺栓杆承担，从而在水平方向形成自平衡加载体系。在竖直方向通过支撑在竖向加载钢梁中部上的油压千斤顶加载竖直压力，施加的竖直压力反力由连接竖向加载钢梁与底座的螺栓杆承担，从而在竖方向形成自平衡加载体系。加载时均匀连续，避免冲击，加荷速度应按试件在2～3min内破坏进行控制。当有一个受剪面被剪坏或施加不上荷载时即认为试件破坏，由配备为200kN传感器测得烧结页岩保温空心砌块砌体的承载力。
本发明的砌体剪压受力性能试验方法，具体操作步骤如下：
（1）制作烧结页岩保温空心砌块砌体的砌块试件11，其厚度为365mm，宽度为248mm，高度为三皮砌块高加水平灰缝厚度750mm，中间一皮砌块有一条竖向缝，试件养护龄期为28d；
（2）砌筑完成后，待砌块试件11的砌筑砂浆强度达到70%（养护7d）以后，将其平放，对两边的烧结页岩保温空心砌块用质量比1：3的水泥砂浆抹面，厚度约为10mm，并用水平尺检查，使其两面在同一水平面上；将砌体砌块试件11再养护3d后，前期处理的水泥砂浆抹面处有了一定强度，将其翻转过来，使砂浆面朝下，用1：3水泥砂浆抹另一面的中间砌块，厚度同样为10mm；最后用水平尺校准三个受压面，尽量使其互相平行；
（3）开始试验，将砌块试件11放置在底座1，在砌块试件11三个受压面上分别放置30mm钢垫板7，调整位置使砌块试件11处于两个竖向螺栓杆9以及两个水平向螺栓杆3的中心位置；分别通过水平向螺帽及垫片4、竖向螺帽及垫片10调整水平向螺栓杆3和竖向螺栓杆9的高度，使砌体试件11在竖直水平和两个方向上均与本发明的装置处于接触临界点。
（4）在水平方向通过支撑在水平向加载钢梁2中部上的油压千斤顶5，对砌体试件端部中心加载恒定的轴向压力，施加的轴向压力反力又由连接水平向加载组合钢梁的螺栓杆3承担，从而在水平方向形成自平衡加载体系。
（5）在竖直方向通过支撑在竖向加载钢梁8中部上的油压千斤顶5加载竖直压力，施加的竖直压力反力由连接竖向加载钢梁8与底座1的竖向螺栓杆9承担，从而在竖直方向形成自平衡加载体系。加载时均匀连续，避免冲击，加荷速度应按试件11在2～3min内破坏进行控制，当有一个受剪面被剪坏或施加不上荷载时即认为试件11破坏，由传感器6测得烧结页岩保温空心砌块砌体11的抗剪承载力。
发明人根据上述试验装置和试验方法进行了烧结页岩保温空心砌块砌体剪压强度试验，实测结果见表1。
表1烧结页岩保温空心砌块砌体双向自平衡剪压加载装置试验测试结果
由表1可以看到，通过该剪压装置测试的剪压承载力变异系数最小仅有0.06，最大也不超过0.12，明显小于《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）所给定的变异系数值0.20，这充分说明了通过本发明的装置测试的结果精确性非常高。
Claims (6)
1.一种烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置，其特征在于，包括长方形的底座（1），底座（1）的宽度方向的两端对称安装两个竖向螺栓杆（9），两个竖向螺栓杆（9）上端安装有竖向加载钢梁（8）；所述竖向加载钢梁（8）由两个平行的第一水平板（81）以及平行连接在它们之间的两个第一竖直板（82）组成，第一水平板（81）的两端对称设有安装孔（83），每个竖向螺栓杆（9）的上端从竖向加载钢梁（8）的两个第一水平板（81）的安装孔（83）穿过并固连，竖向螺栓杆（9）的顶端由竖向螺帽及垫片（10）固定在位于上方的第一水平板（81）上；位于下方的第一水平板（81）的下方中心处固定有钢垫板（7），钢垫板（7）中心的下方依次固连传感器（6）和油压千斤顶（5）；传感器（6）和油压千斤顶（5）的中心轴线重合；油压千斤顶（5）下方距离底座（1）的距离不小于砌块试件（11）的高度加上一个钢垫板（7）的厚度之和；
所述底座（1）长度方向的两侧对称设置有两个水平向加载钢梁（2），所述水平向加载钢梁（2）由两个平行的第二竖直板（21）以及平行连接在它们之间的两个第二水平板（22）组成，第二竖直板（21）的两端对称设有安装孔；所述底座（1）宽度方向的两端上方对称设有两根水平向螺栓杆（3）；水平向螺栓杆（3）的两端分别穿过底座（1）两侧的水平向加载钢梁（2）的安装孔并固连，并分别通过水平向螺帽及垫片（4）固定在位于外侧的第二竖直板（21）上；位于底座（1）一侧的水平向加载钢梁（2）上的靠近底座（1）的第二竖直板（21）中心处安装有传感器（6），位于底座（1）另一侧的水平向加载钢梁（2）上的靠近底座（1）的第二竖直板（21）中心处安装有油压千斤顶（5）；传感器（6）和油压千斤顶（5）的中心轴线重合，且两者之间的距离不小于三块砌块试件（11）的总宽度加上两块钢垫板（7）的厚度之和。
2.如权利要求1所述的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置，其特征在于，所述装置还包括有3块钢垫板（7），第一块用于在加载试验过程中垫在砌块试件（11）上表面中部与竖向的油压千斤顶（5）之间；第二块用于在加载试验过程中垫在砌块试件（11）与水平向的传感器（6）之间；第三块用于加载试验过程中垫在砌块试件（11）与水平向的油压千斤顶（5）之间。
3.如权利要求1所述的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置，其特征在于，所述底座（1）的厚度为80mm，宽度为700mm，长度为900mm。
4.如权利要求1所述的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置，其特征在于，所述水平向加载钢梁（2）采用两工字型钢上下叠加后通过钢板焊接成整体受弯梁，两工字型钢之间预留30mm空隙，在钢板中线上留有2个直径为30mm的安装孔（83），安装孔（83）中心分别距钢梁端100mm。
5.如权利要求1所述的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置，其特征在于，所述竖向加载钢梁（8）采用两工字型钢左右放置通过钢板焊接成整体受弯梁，两工字型钢之间预留50mm空隙，在钢板中线上留有2个直径为50mm的安装孔，安装孔中心分别距钢梁端100mm。
6.使用权利要求1所述的烧结页岩砌体双向自平衡剪压加载装置的砌体剪压受力性能试验方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
（1）制作烧结页岩保温空心砌块砌体的砌块试件（11），其厚度为365mm，宽度为248mm，高度为三皮砌块高加水平灰缝厚度750mm，中间一皮砌块有一条竖向缝，试件养护龄期为28d；
（2）砌筑完成后，待砌块试件（11）养护7d以后，将其平放，对两边的烧结页岩保温空心砌块用质量比为1：3的水泥砂浆抹面，厚度约为10mm，并用水平尺检查，使其两面在同一水平面上；将砌体砌块试件（11）再养护3d后，前期处理的水泥砂浆抹面处有了一定强度，将其翻转过来，使砂浆面朝下，用1：3水泥砂浆抹另一面的中间砌块，厚度同样为10mm；最后用水平尺校准三个受压面，尽量使其互相平行；
（3）开始试验，将砌块试件（11）放置在底座（1），在砌块试件（11）三个受压面上分别放置30mm钢垫板（7），调整位置使砌块试件（11）处于两个竖向螺栓杆（9）以及两个水平向螺栓杆（3）的中心位置；分别通过水平向螺帽及垫片（4）、竖向螺帽及垫片（10）调整水平向螺栓杆（3）和竖向螺栓杆（9）的高度，使砌体试件（11）在竖直水平和两个方向上均与所述加载装置处于接触临界点；
（4）在水平方向通过支撑在水平向加载钢梁（2）中部上的油压千斤顶（5），对砌体试件端部中心加载恒定的轴向压力，施加的轴向压力反力又由连接水平向加载组合钢梁的螺栓杆（3）承担；
（5）在竖直方向通过支撑在竖向加载钢梁（8）中部上的油压千斤顶（5）加载竖直压力，施加的竖直压力反力由连接竖向加载钢梁（8）与底座（1）的竖向螺栓杆（9）承担，从而在竖直方向形成自平衡加载体系。加载时均匀连续，避免冲击，加荷速度应按砌块试件（11）在2～3min内破坏进行控制，当砌块试件（11）有一个受剪面被剪坏或施加不上荷载时即认为砌块试件（11）破坏，由传感器（6）测得砌块试件（11）的抗剪承载力。
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