CN103698221A - 一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机 - Google Patents

Abstract

一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，立式的三层支承框架顶部固定伺服电机，其输出轴竖直向下伸入框架内，通过减速器、联轴器连接竖直布置在支承框架中心的滚珠丝杆螺母副的丝杆上端，丝杆下端活动伸入推杆的中空内腔中，推杆上端固定在滚珠丝杆螺母副的螺母上，下端与斜面垫和轮辐式传感器通过穿过三者中心螺纹孔的受力螺柱锁紧为一体，轮辐式传感器底部同轴安装一个顶压头，在受力底座上对称安装三个试样支撑，受力底座下方沿支承框架的中心对称布置四个支撑调整垫。本装置以伺服电机作为动力，解决了目前液压动力噪声大、污染严重的问题；操作简单方便，易于测定纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性。

Description

一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机

技术领域

本发明涉及纤维加强钢筋混凝土技术领域，特别是涉及一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机。

背景技术

将玻璃纤维、预应力碳纤维或其它纤维掺入或逐层粘贴到钢筋混凝土中，可有效改善钢筋混凝土的结构力学性能，提高加固效果，因此近年来对纤维加强钢筋混凝土的研究及应用越来越广泛。

目前，国内还没有明确规范纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性测定标准，也没有专用的测试设备。国际通用上对纤维增强混凝土的弯曲韧性试验采用的是中心负载圆板法，英文名：Standard Test Method for Flexural Toughness ofFiber Reinforced Concrete(Using Centrally Loaded Round Panel)，其主要试验依据是ASTM C1550系列试验标准。国外对此此种试验使用液压式试验机，液压式试验机的噪声大，能耗高，并且使用要求比较高、污染也比较严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，该试验机依据ASTM C1550试验标准设计，解决了国外同类设备噪声大的问题，也没有污染，并且使用方便，更加容易测定纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，其特征在于：

立式的三层支承框架由从上至下逐层布置的上横梁、中横梁和水平受力底座通过两层承载立柱组装而成，每层承载立柱的数量为四个、沿支承框架的中心对称布置，

承载立柱为多段式带螺纹段的阶级轴，其下端的第一螺纹段拧紧在中横梁或受力底座上，靠近上端的第二螺纹段上配置调整螺母，上端活动伸出中横梁或上横梁上方，端部的第三螺纹段上套装将中横梁或上横梁抵压在调整螺母上的锁紧螺母，

上横梁上固定伺服电机，其输出轴竖直向下伸入框架内，通过减速器、联轴器连接竖直布置在支承框架中心的滚珠丝杆螺母副的丝杆上端，丝杆上端通过推力轴承安装在上横梁上，下端活动伸入推杆的中空内腔中，

推杆为上端粗、下端细的中空阶梯轴，其上端固定在滚珠丝杆螺母副的螺母上，下端与斜面垫和轮辐式传感器通过穿过三者中心螺纹孔的受力螺柱锁紧为一体，轮辐式传感器底部同轴安装一个顶压头，顶压头呈上端粗、下端细的阶梯轴状，其下端端面为弧度为77.3°半径为80mm的球面，

推杆外同轴套装推杆导向筒，推杆导向筒内径与推杆上端直径相匹配，推杆下端伸出推杆导向筒外，推杆导向筒上端固定在上横梁底部，下端穿过中横梁底部并固定在中横梁上，推杆下端外缘沿轴向突起的长条形导向键位于推杆导向筒下端内缘上对应开设的导向槽内，推杆能够在推杆导向筒内沿轴向移动，

在两根横梁之间的推杆导向筒筒壁上竖直开设一道长条形的通孔，通孔外侧的中横梁上立式安装一个传感器支架，正对通孔的上、下端，在传感器支架上安装上、下两个行程开关，行程开关的安装位置与推杆的行程高度相对应，通孔内配置传感器感应块，传感器感应块固定在推杆上端外缘上，其感应端伸出通孔外，

以支承框架的中心为对称中心，在受力底座上，对称安装三个试样支撑，试样支撑为锥体，锥顶为球面、与配置在上方的方形支撑块球面转动连接，三个试样支撑可朝向或远离支承框架中心在受力底座上对称移动，

受力底座下方沿支承框架的中心对称布置四个支撑调整垫，支撑调整垫顶部的螺杆旋入受力底座底部的竖直螺纹孔内。

本装置采用四立柱结构的支承框架，包括反力框架和加力框架两部分：

反力框架由中横梁、受力底座以及两者之间的承载立柱和支撑调整垫组成，支撑调整垫与受力底座之间通过螺纹连接，微微扭动支撑调整垫，可将受力底座调整至水平状态，同理，调整螺母用于将中横梁调整至水平状态。

加力机构由伺服电机、减速器、上横梁、联轴器、推力轴承、推杆导向筒、重负荷滚珠丝杆、推杆、顶压头等共同组成，纤维加强钢筋混凝土试样放在顶压头与试样支撑之间。其中，斜面垫是为了消除系统间隙减小试验误差所用，调整螺母是为了调整上横梁与中横梁之间的平行所用。

试验开始时，放置好试样，启动试验软件控制伺服电机转动，伺服电机直接带动减速机转动，减速机通过联轴器带动重负荷滚珠丝杠产生试验所需的力值，顶压头与试样接触后，轮辐式传感器开始进行测力并由计算机测控系统接受数据，根据标准ASTM C1550计算出纤维加强钢筋混凝土试样的挠曲韧性及相关参数。

根据ASTM C1550试验标准，有时候需要针对不同尺寸的试样试验，因此试样支撑需要能够在受力底座沿以支承框架中心为圆心的径向移动，以适应不同的试样，试样支撑与受力底座之间可采用滑槽-滑块的安装结构，也可以采用螺纹连接结构，一种较为简单的结构是，试样支撑与受力底座之间通过螺栓固定，每个试样支撑在受力底座上对应的安装螺纹孔为三组，三组安装螺纹孔沿以支承框架的中心为圆心的径向分布，四个试样支撑对应的每组安装螺纹孔位于同一圆周上。

再进一步，导向键为关于推杆轴线对称布置的两个，推杆下端外缘沿轴向开设两道键槽，导向键通过沿推杆径向间隔配置的螺栓锁定在键槽内，便于加工及装配。

再进一步，滚珠丝杆螺母副的丝杆下端上套装一个筒形的导向套，导向套外径与推杆内径相匹配，防止丝杆下端摆动。

再进一步，承载立柱呈六段式阶梯轴，由上至下，顺次为第三螺纹段，第三光轴段，第二螺纹段，第二光轴段，第一螺纹段，第一光轴段，从第二光轴段至两段，直径逐渐减小，第一光轴段伸入中横梁或受力底座上的定位孔内，第一螺纹段套装的固定螺母上对称配置两个轴向螺栓，将固定螺母与中横梁或受力底座锁紧为一体，拆装及定位调试都非常方便。

一种利用权利要求1所述的纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机进行试验方法，包括以下步骤：

第一步，根据试样的尺寸，将试样支撑安装在受力底座的合适位置上；

第二步，将试样放置在试样支撑上，并使试样的中心位于支承框架的中心；

第三步，推杆下行至顶压头与试样接触，然后以1～3mm/min的速度恒速下行，以15～30KN的压力对试样施压，直至试样破裂，轮辐式传感器测得破裂时试样承受的最大压力；

第四步，将上述最大压力值与试样材料承压能力设计值对比，判断试样材料承压能力是否合格。

本发明的有益效果在于：

1、以伺服电机作为动力，解决了目前液压动力噪声大、污染严重的问题；

2、操作简单方便，易于测定纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性；

3、配置了多个调平用的调整螺母及支撑调整垫，调平精度高；

4、整个装置拆装方便，易于运输及移动。

附图说明

图1为本发明的正视剖视图

图2～3为支承框架的左视图和俯视图

图4为承载立柱正视图

图5为承载立柱与横梁的装配示意图

图6为推杆正视剖示图

图7为推杆与顶压头的安装结构示意图

图8为推杆与传感器感应块的安装结构示意图

图9为滚珠丝杆螺母副和导向套的安装结构示意图

图10为受力底座与支撑调整垫的安装结构示意图

图1-10中：1为上横梁，2为中横梁，3为受力底座，301为安装螺纹孔，4为承载立柱，5为调整螺母，6为锁紧螺母，7为伺服电机，8为减速器，9为联轴器，10为丝杆，11为推力轴承，12为推杆，121为键槽，13为螺母，14为斜面垫，15为轮辐式传感器，16为受力螺柱，17为顶压头，18为推杆导向筒，19为导向键，20为通孔，21为传感器支架，22为行程开关，23为传感器感应块，24为试样支撑，25为支撑块，26为支撑调整垫，27为导向套，28为固定螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1～3所示，立式的三层支承框架由从上至下逐层布置的上横梁1、中横梁2和水平受力底座3通过两层承载立柱4组装而成，上横梁1、中横梁2和受力底座3均为中空钢质方框结构，由上、下两块水平钢板和间隔焊接在两者之间的竖直支撑板焊接为一体。每层承载立柱4的数量为四个、沿支承框架的中心对称布置在横梁1、2的四个边角上。

如图4所示，承载立柱4为六段式带螺纹段的阶级轴，由上至下，顺次为第三螺纹段，第三光轴段，第二螺纹段，第二光轴段，第一螺纹段，第一光轴段，从第二光轴段至两段，直径逐渐减小。承载立柱4下端的第一光轴段向下伸入中横梁2或受力底座3上的定位孔内，第一螺纹段旋入固定螺母28中，固定螺母28通过对称配置两个轴向螺栓固定在中横梁2或受力底座3上；如图5所示，靠近承载立柱4上端的第二螺纹段上配置调整螺母5，上端活动伸出中横梁2或上横梁1上方，上端端部的第三螺纹段上套装锁紧螺母6，将中横梁2或上横梁1抵压在调整螺母5上。需要调整中横梁2或上横梁1的水平度时，先松开锁紧螺母6，然后微调调整螺母5即可，调节完毕后再锁紧锁紧螺母6。

上横梁1上固定伺服电机7，其输出轴竖直向下伸入框架内，通过减速器8、联轴器9连接竖直布置在支承框架中心的滚珠丝杆螺母副的丝杆10上端，丝杆10上端通过推力轴承11安装在上横梁1上，下端活动伸入推杆12的中空内腔中，下端上套装一个筒形的导向套27，导向套27外径与推杆12内径相匹配。利用导向套27与推杆12之间的配合，对丝杆10起到导向作用，防止丝杆10下端的摆动，如图9所示。

如图6所示，推杆12为上端粗、下端细的中空阶梯轴，推杆12下端外缘沿轴向开设两道键槽121。如图1所示，其上端固定在滚珠丝杆螺母副的螺母13上，下端与斜面垫14和轮辐式传感器15通过穿过三者中心螺纹孔的受力螺柱16锁紧为一体，轮辐式传感器15底部同轴安装一个顶压头17，顶压头17呈上端粗、下端细的阶梯轴状，其下端端面为弧度为77.3°的球面，如图7所示。

如图1和图8所示，推杆12外同轴套装用于限定其上、下垂直移动的推杆导向筒18，推杆导向筒18内径与推杆12上端直径相匹配，推杆12下端伸出推杆导向筒18外，推杆导向筒18为固定件，上端固定在上横梁1底部，下端穿过中横梁2底部并固定在中横梁2上，两个关于推杆12轴线对称布置的竖直导向键19通过螺栓锁定在推杆12下端外缘的键槽121内，其突出键槽121的顶部位于推杆导向筒18下端内缘对应开设的导向槽内，从而推杆12只能沿轴向移动，防止其绕自身轴线旋转。

如图8所示，在两根横梁之间的推杆导向筒18筒壁上竖直开设一道长条形的通孔20，通孔20外侧的中横梁2上立式安装一个传感器支架21，正对通孔20的上、下端，在传感器支架21上安装上、下两个行程开关22，行程开关22的安装位置与推杆12的行程高度相对应，通孔20内配置传感器感应块23，传感器感应块23固定在推杆12上端外缘上，其感应端伸出通孔20外。行程开关22用于限定推杆12的行程高位及低位，试验过程中试样破裂后及时停机，避免损坏试验设备。

如图1所示，以支承框架的中心为对称中心，在受力底座3上，通过螺栓对称安装三个试样支撑24，试样支撑24为锥体，锥顶为球面、与配置在上方的方形支撑块25球面转动连接，三个试样支撑24可朝向或远离支承框架中心在受力底座3上对称移动。如图3所示，每个试样支撑24在受力底座3上对应的安装螺纹孔301为三组，三组安装螺纹孔301沿以支承框架的中心为圆心的径向分布，使试样支撑24的支撑面位于三个半径逐渐增大的圆面上，用于支撑不同尺寸的试样。

在受力底座3下方、沿支承框架的中心对称布置四个支撑调整垫26，如图10所示，支撑调整垫26顶部的螺杆旋入受力底座3底部的竖直螺纹孔内，支撑调整垫26用于调整受力底座3的水平度。

试验时，先根据试样的尺寸，将试样支撑24安装在受力底座3的合适位置上；然后，将试样放置在试样支撑24上，并使试样的中心位于支承框架的中心；接着，启动试验软件控制伺服电机7转动，伺服电机7直接带动减速器8转动，减速器8通过联轴器9带动丝杠10转动，丝杆10上套装的螺母13下行、带动推杆12下行直至顶压头17与试样接触；然后，顶压头17以1～3mm/min的速度恒速下行，以15～25KN的压力对试样施压，直至试样破裂，接触施压过程中，轮辐式传感器进行测力并由计算机测控系统接受数据，根据标准ASTM C1550计算出纤维加强钢筋混凝土试样的挠曲韧性及相关参数；试样破裂时，轮辐式传感器15测得破裂时试样承受的最大压力；最后，将上述最大压力值与试样材料承压能力设计值对比，判断试样材料承压能力是否合格。

Claims (7)

1.一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，其特征在于：

立式的三层支承框架由从上至下逐层布置的上横梁（1）、中横梁（2）和水平受力底座（3）通过两层承载立柱（4）组装而成，每层承载立柱（4）的数量为四个、沿支承框架的中心对称布置，

承载立柱（4）为多段式带螺纹段的阶级轴，其下端的第一螺纹段拧紧在中横梁（2）或受力底座（3）上，靠近上端的第二螺纹段上配置调整螺母（5），上端活动伸出中横梁（2）或上横梁（1）上方，端部的第三螺纹段上套装将中横梁（2）或上横梁（1）抵压在调整螺母（5）上的锁紧螺母（6），

上横梁（1）上固定伺服电机（7），其输出轴竖直向下伸入框架内，通过减速器（8）、联轴器（9）连接竖直布置在支承框架中心的滚珠丝杆螺母副的丝杆（10）上端，丝杆（10）上端通过推力轴承（11）安装在上横梁（1）上，下端活动伸入推杆（12）的中空内腔中，

推杆（12）为上端粗、下端细的中空阶梯轴，其上端固定在滚珠丝杆螺母副的螺母（13）上，下端与斜面垫（14）和轮辐式传感器（15）通过穿过三者中心螺纹孔的受力螺柱（16）锁紧为一体，轮辐式传感器（15）底部同轴安装一个顶压头（17），顶压头（17）呈上端粗、下端细的阶梯轴状，其下端端面为弧度为77.3°、半径为80mm的球面，

推杆（12）外同轴套装推杆导向筒（18），推杆导向筒（18）内径与推杆（12）上端直径相匹配，推杆（12）下端伸出推杆导向筒（18）外，推杆导向筒（18）上端固定在上横梁（1）底部，下端穿过中横梁（2）底部并固定在中横梁（2）上，推杆（12）下端外缘沿轴向突起的长条形导向键（19）位于推杆导向筒（18）下端内缘对应开设的导向槽内，推杆（12）能够被螺母（13）驱动在推杆导向筒（18）内沿轴向移动，

在两根横梁之间的推杆导向筒（18）筒壁上竖直开设一道长条形的通孔（20），通孔（20）外侧的中横梁（2）上立式安装一个传感器支架（21），正对通孔（20）的上、下端，在传感器支架（21）上安装上、下两个行程开关（22），行程开关（22）的安装位置与推杆（12）的行程高度相对应，通孔（20）内配置传感器感应块（23），传感器感应块（23）固定在推杆（12）上端外缘上，其感应端伸出通孔（20）外，

以支承框架的中心为对称中心，在受力底座（3）上，对称安装三个试样支撑（24），试样支撑（24）为锥体，锥顶为球面、与配置在上方的方形支撑块（25）球面转动连接，三个试样支撑（24）可朝向或远离支承框架中心在受力底座（3）上对称移动，

在受力底座（3）下方、沿支承框架的中心对称布置四个支撑调整垫（26），支撑调整垫（26）顶部的螺杆旋入受力底座（3）底部的竖直螺纹孔内。

2.根据权利要求1所述的一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，其特征在于：所述试样支撑（24）与受力底座（3）之间通过螺栓固定，每个试样支撑（24）在受力底座（3）上对应的安装螺纹孔（301）为三组，三组安装螺纹孔（301）沿以支承框架的中心为圆心的径向分布。

3.根据权利要求1所述的一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，其特征在于：所述导向键（19）为关于推杆（12）轴线对称布置的两个，推杆（12）下端外缘沿轴向开设两道键槽（121），导向键（19）通过沿推杆（12）径向间隔配置的螺栓锁定在键槽（121）内。

4.根据权利要求1所述的一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，其特征在于：所述滚珠丝杆螺母副的丝杆（10）下端上套装一个筒形的导向套（27），导向套（27）外径与推杆（12）内径相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，其特征在于：所述承载立柱（4）呈六段式阶梯轴，由上至下，顺次为第三螺纹段，第三光轴段，第二螺纹段，第二光轴段，第一螺纹段，第一光轴段，从第二光轴段至两段，直径逐渐减小，第一光轴段伸入中横梁（2）或受力底座（3）上的定位孔内，第一螺纹段套装的固定螺母（28）上对称配置两个轴向螺栓，将固定螺母（28）与中横梁（2）或受力底座（3）锁紧为一体。

6.根据权利要求1所述的一种纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机，其特征在于：所述上横梁（1）、中横梁（2）和受力底座（3）均为中空钢质方框结构，由上、下两块水平钢板和间隔焊接在两者之间的竖直支撑板焊接为一体。

7.一种利用权利要求1所述的纤维加强钢筋混凝土的弯曲韧性试验机进行试验的方法，包括以下步骤：

第一步，根据试样的尺寸，将试样支撑（24）安装在受力底座（3）的合适位置上；

第二步，将试样放置在试样支撑（24）上，并使试样的中心位于支承框架的中心；

第三步，推杆（12）下行至顶压头（17）与试样接触，然后以1～3mm/min的速度恒速下行，以15～30KN的压力对试样施压，直至试样破裂，轮辐式传感器（15）测得破裂时试样承受的最大压力；

第四步，将上述最大压力值与试样材料承压能力设计值对比，判断试样材料承压能力是否合格。

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