CN103969181A - 界面动态力学行为的测试装置及制作和测试方法 - Google Patents

Abstract

界面动态力学行为的测试装置及制作方法，属于混凝土建筑领域，本装置包括外框架、加载装置、防偏心装置、动作执行装置和数据采集装置，伸缩作动器通过设有伺服阀的进油管和出油管连接液压油源，伸缩作动器内置位移传感器，位移传感器通过传动轴连接荷载传感器，荷载传感器通过万向铰、传力杆、平面滚针轴承和玄武岩纤维布悬挂着混凝土试样，混凝土试样通过底部外露的钢筋固定在液压夹头中。动态信号测试仪连接应变片和荷载传感器，控制器连接伺服阀、位移传感器和荷载传感器，动态信号测试仪和控制器连接计算机。在钢模板的模板孔中插入钢筋，浇筑混凝土形成混凝土试样，粘贴玄武岩纤维布和应变片。本发明测试精确，制作简单。

Description

界面动态力学行为的测试装置及制作和测试方法

技术领域

本发明涉及界面动态力学行为的测试装置及制作和测试方法，具体涉及玄武岩纤维与混凝土界面动态力学行为的测试装置及制作和测试方法，属于混凝土建筑领域。

背景技术

在土木工程领域中，玄武岩纤维加固技术是一种新型的混凝土结构加固修复技术。研究表明,纤维材料加固混凝土构件的破坏形式往往不是纤维拉断，而是纤维材料与混凝土界面强度不足导致剥离破坏，这种界面剥离现象在对混凝土梁进行抗剪加固时尤其明显。因此纤维材料与混凝土界面性能研究是很有意义的。

目前研究纤维材料与混凝土的界面性能多采用双剪试验。然而传统的测试装置复杂，耗材量大，且无法保证纤维布均匀受力。尤其由于玄武岩纤维弹性模量小，传统的测试方法在加载过程中容易产生偏心距导致试件受扭，直接影响试验结果。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种界面动态力学行为的测试装置及制作方法，本装置结构较传统测试装置简单，测试过程简便，测试结果可靠，本装置的制作方法也相对简单，通过更换混凝土试样，完成多组试验测试。

界面动态力学行为的测试装置，包括外框架、加载装置、防偏心装置、动作执行装置、数据采集装置；

所述外框架包括顶梁板、底梁板和两个侧梁板，两个侧梁板的顶端分别与顶梁板的一组相对端固定，两个侧梁板的底端均固定在底梁板上，顶梁板、底梁板和侧梁板构成前后贯通的矩形框架；

所述加载装置包括固定在顶梁板下表面的伸缩作动器，伸缩作动器内置有位移传感器，伸缩作动器的下方通过驱动轴设置荷载传感器，液压油源通过进油管和出油管与伸缩作动器连接，进油管和出油管上设有伺服阀,控制器通过数据传输线连接荷载传感器、位移传感器和伺服阀；

所述防偏心装置包括连接在荷载传感器下方的万向铰，万向铰通过传力杆连接平面滚针轴承，平面滚针轴承位于荷载传感器的垂直下方，传力杆为四根直钢管依次垂直相连焊接而成，呈钩子形状，下面的一根水平直钢管贯穿在平面滚针轴承中；

所述动作执行装置包括矩形柱体形状的混凝土试样和玄武岩纤维布，混凝土试样中间贯穿一根钢筋，钢筋的长度大于混凝土试样的高度，钢筋的底端从混凝土试样的底部延伸出来，钢筋的底端夹紧固定在液压夹头内，液压夹头固定在底梁上表面，玄武岩纤维布弯曲成倒立的“U”字形状，玄武岩纤维布的顶部包围在平面滚针轴承上，玄武岩纤维布的顶部以下部分对称粘附在混凝土试样的前后表面，玄武岩纤维布的外侧表面上粘附有应变片；

所述数据采集装置包括分别与计算机连接的动态信号测试仪和控制器，应变片和荷载传感器分别通过数据传输线连接动态信号测试仪，荷载传感器、位移传感器和伺服阀分别通过数据传输线连接控制器。

所述底梁板的长度和宽度不小于顶梁板的长度和宽度。

所述钢筋的顶端不低于混凝土试样的上表面。

动态力学行为的测试装置的制作方法，包括以下步骤：

（1）取顶梁板、底梁板和两个等大的侧梁板，两个侧梁板的一端平行拼接固定在顶梁板的两端，侧梁板的另一端分别固定在底梁板上，制成外框架；

（2）取内置有位移传感器的伸缩作动器，安装固定在顶梁板下表面，伸缩作动器通过驱动轴连接着荷载传感器，在荷载传感器下面连接万向铰和传力杆；

（3）将伸缩作动器用进油管和出油管连接液压油源，进油管和出油管上安装伺服阀；

（4）制作棱柱体形状的钢模板，在钢模板的两端中心打模板孔，两个模板孔位于同一水平线上，取一根钢筋，将钢筋穿过两个模板孔，钢筋一端稍微伸出钢模板，另一端伸出钢模板较长，向钢模板中浇筑满混凝土，混凝土在钢模板中养护一段时间后，拆除钢模板，得到混凝土试样；

（5）取一片玄武岩纤维布，弯折成“U”字形状，玄武岩纤维布的两端内侧分别粘贴在混凝土试样的一组相对边上，玄武岩纤维布的中间圆弧拱起；

（6）调节伸缩作动器的高度，平面滚针轴承从玄武岩纤维布的中间圆弧拱起部分穿过，混凝土试样通过玄武岩纤维布悬挂在平面滚针轴承下面，混凝土试样自然下垂，混凝土试样底部的钢筋固定夹紧在液压夹头中，液压教头固定在底梁板的上表面。

（7）取动态信号测试仪，将其与应变片和荷载传感器连接，取控制器，将其与荷载传感器、位移传感器和伺服阀连接，动态信号测试仪和控制器分别与计算机连接，计算机内设置有数据处理系统。

所述步骤（4）中混凝土在钢模板中养护时间为至少7天。

本发明装置的测试方法为：

第一步，安装混凝土试件，调节伸缩作动器高度，将混凝土试件上的玄武岩纤维布悬挂在平面滚针轴承上，混凝土试件在重力作用下自然下垂，下部外露的钢筋通过液压夹头夹紧；

第二步，测试，根据试验要求，在计算机上编制控制程序，由控制器2-9通过伺服阀控制伸缩作动器，向玄武岩纤维布施加拉力，荷载作用下防偏心装置自动调整偏心距并对中；

第三步，采集信号，荷载传感器与应变片在作动器对纤维布施加拉力作用下测得数据，将数据通过数据传输线5-3传输至动态信号测试仪，计算机读取动态信号测试仪的数据并进行处理，可以得到荷载随时间的变化曲线，以及纤维布不同位置处应变的变化趋势。

本发明，防偏心装置通过万向铰转动和传力杆，根据能量最小原理可以在加载时候自动对中，而轴承可以消除摩擦力从而消除纤维布加载时候受力不均匀，提高测试的准确性。在加载装置中，控制器通过伺服阀控制伸缩作动器，可实现不同速率的动态加载，范围为0mm/s—1000mm/s，可完成位移或荷载控制下的等幅和变幅循环加载以及冲击加载试验。本发明装置较传统的测试装置，能实现玄武岩纤维与混凝土界面动态力学行为测试，具有显著的进步。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图，

图2是图1中的B向局部示意图，

图3是本发明钢模板的结构示意图，

图4是图3的A-A向截面视图，

图5是钢筋和钢模板的固定连接状态图，

图6是混凝土试样和玄武岩纤维布的连接状态图，

附图标记列表：1—外框架，1-1—顶梁板，1-2—侧梁板，1-3—底梁板，2—加载装置，2-1—伸缩作动器，2-2—位移传感器，2-3—荷载传感器，2-4—驱动轴，2-5—液压油源，2-6—进油管，2-7—出油管，2-8—伺服阀，2-9—控制器，3—防偏心装置，3-1—万向铰，3-2—传力杆，3-3—平面滚针轴承，4—动作执行装置，4-1—混凝土试样，4-2—玄武岩纤维布，4-3—钢筋，4-4—液压夹头，4-5—应变片，5—数据采集装置，5-1—计算机，5-2—动态信号测试仪，5-3—数据传输线， 6—钢模板，7—模板孔，8—连接螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明装置的结构示意图，由图可见，主要包括外框架1、加载装置2、防偏心装置3、动作执行装置4和数据采集装置5。外框架1由顶梁板1-1、侧梁板1-2和底梁板1-3固定连接构成，顶梁板1-1的下表面固定有伸缩作动器2-1，伸缩作动器2-1内置有位移传感器2-2，伸缩作动器2-1的下面通过驱动轴2-4连接荷载传感器2-3，荷载传感器2-3通过数据传输线5-3分别连接到控制器2-9和动态测试仪5-2，载荷传感器2-3下面通过万向铰3-1和传力杆3-2连接平面滚针轴承3-3，万向铰3-1、传力杆3-2和平面滚针轴承3-3在最小能量原理作用下，使通过玄武岩纤维布4-2挂在平面滚针轴承3-3下面的混凝土试件4-1自动调整偏心距并对中，混凝土试样4-1通过贯穿其中心线的钢筋4-3下端固定在液压夹头4-4中固定不动。动态信号测试仪5-2连接采集粘贴在玄武岩纤维布4-2上的应变片4-5的应变信号。伸缩作动器2-1通过进油管2-6和出油管2-7连接着液压油源2-5，进油管2-6和出油管2-7上设有伺服阀2-8，伺服阀2-8和位移传感器2-2通过数据传输线5-3连接控制器2-9，控制器2-9和动态信号测试仪5-2连接到同一台计算机5-1。

结合图2可见，玄武岩纤维布4-2对称粘贴在混凝土试样4-1的两侧，玄武岩纤维布4-2的中间挂在平面滚针轴承3-3上。

图3为本发明装置制作过程中，步骤（4）中制作的钢模板6，钢模板6的四个拐角分别用连接螺栓8固定连接。图4是图3中的A-A向截面视图，结合图4可见，钢模板6的一组相对面上设有位于同样水平高度的模板孔7，图5为在模板孔7中穿上钢筋4-3，在图5装置中浇筑混凝土，养护至少7天后，拆除钢模板6，如图6，在混凝土试样4-1粘贴上玄武岩纤维布4-2，并在玄武岩纤维布4-2上贴上应变片4-5。

本发明装置的测试方法为：

第一步，安装混凝土试件，调节伸缩作动器高度，将混凝土试件上的玄武岩纤维布悬挂在平面滚针轴承上，混凝土试件在重力作用下自然下垂，下部外露的钢筋通过液压夹头夹紧；

第二步，测试，根据试验要求，在计算机上编制控制程序，由控制器2-9通过伺服阀控制伸缩作动器，向玄武岩纤维布施加拉力，荷载作用下防偏心装置自动调整偏心距并对中；

第三步，采集信号，荷载传感器与应变片在作动器对纤维布施加拉力作用下测得数据，将数据通过数据传输线5-3传输至动态信号测试仪，计算机读取动态信号测试仪的数据并进行处理，可以得到荷载随时间的变化曲线，以及纤维布不同位置处应变的变化趋势。

当混凝土试样4-1测试完成后，更换如图6所示的粘贴着玄武岩纤维布4-2和应变片4-5的混凝土试样4-1，将混凝土试样4-1通过玄武岩纤维布4-2挂在平面滚针轴承3-3上，再次进行测试，依次使用。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (7)

1. 界面动态力学行为的测试装置，其特征是包括外框架(1)、加载装置(2)、防偏心装置(3)、动作执行装置(4)、数据采集装置(5)；

所述外框架(1)包括顶梁板(1-1)、底梁板(1-3) 和两个侧梁板(1-2)，两个侧梁板(1-2)的顶端分别与顶梁板(1-1)的一组相对端固定，两个侧梁板(1-2)的底端均固定在底梁板(1-3)上，顶梁板(1-1)、底梁板(1-3)和侧梁板(1-2)构成前后贯通的矩形框架；

所述加载装置(2)包括固定在顶梁板(1-1)下表面的伸缩作动器(2-1)，伸缩作动器(2-1)内置有位移传感器(2-2)，伸缩作动器(2-1)的下方通过驱动轴(2-4) 连接设置荷载传感器(2-3)，液压油源(2-5)通过进油管(2-6)和出油管(2-7)与伸缩作动器(2-1)连接，进油管(2-6)和出油管(2-7)上设有伺服阀(2-8),控制器（2-9）通过数据传输线（5-3）连接荷载传感器(2-3)、位移传感器(2-2)和伺服阀(2-8)；

所述防偏心装置(3)包括连接在荷载传感器(2-3)下方的万向铰(3-1)，万向铰(3-1)通过传力杆(3-2)连接平面滚针轴承(3-3)，平面滚针轴承(3-3)位于荷载传感器(2-3)的垂直下方，传力杆(3-2)为四根直钢管依次垂直相连焊接而成，呈钩子形状，下面的一根水平直钢管贯穿在平面滚针轴承(3-3)中；

所述动作执行装置（4）包括矩形柱体形状的混凝土试样（4-1）和玄武岩纤维布（4-2），混凝土试样（4-1）中间贯穿一根钢筋（4-3），钢筋（4-3）的长度大于混凝土试样（4-1）的高度，外露在混凝土试样（4-1）底部的钢筋（4-3）夹紧固定在液压夹头（4-4）内，液压夹头（4-4）固定在底梁（1-3）上表面，玄武岩纤维布（4-2）弯曲成倒立的“U”字形状，玄武岩纤维布（4-2）的顶部包围在平面滚针轴承（3-3）上，玄武岩纤维布（4-2）的顶部以下部分对称粘附在混凝土试样（4-1）的前后表面，玄武岩纤维布（4-2）的外侧表面上粘附有应变片（4-5）；

所述数据采集装置（5）包括与计算机（5-1）连接的动态信号测试仪（5-2），应变片（4-5）和荷载传感器(2-3)分别通过数据传输线（5-3）连接动态信号测试仪（5-2）。

2.根据权利要求1所述的动态力学行为的测试装置，其特征是所述底梁板(1-3)的长度和宽度不小于顶梁板(1-1)的长度和宽度。

3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维与混凝土界面动态力学行为的测试装置，其特征是所述钢筋（4-3）的顶端不低于混凝土试样（4-1）的上表面。

4.如以上任一权利要求所述的界面动态力学行为的测试装置的制作方法，其特征是包括以下步骤：

（1）取顶梁板(1-1)、底梁板(1-3)和侧梁板(1-2)，制成外框架（1）；

（2）取内置有位移传感器(2-2)的伸缩作动器(2-1)，安装固定在顶梁板(1-1)下表面，伸缩作动器(2-1)通过驱动轴(2-4)连接着荷载传感器(2-3)，在荷载传感器(2-3)下面连接万向铰(3-1)和传力杆(3-2)；

（3）将伸缩作动器(2-1)用进油管(2-6)和出油管(2-7)连接液压油源(2-5)，在进油管(2-6)和出油管(2-7)上安装伺服阀(2-8)；

（4）制作棱柱体形状的钢模板（6），在钢模板（6）的两端中心打模板孔（7），两个模板孔（7）位于同一水平线上，取一根钢筋（4-3），将钢筋（4-3）穿过两个模板孔（7），钢筋（4-3）一端稍微伸出钢模板（6），另一端伸出钢模板（6）较长，向钢模板（6）中浇筑满混凝土，混凝土在钢模板（6）中养护一段时间后，拆除钢模板（6），得到混凝土试样（4-1）；

（5）取一片玄武岩纤维布（4-2），弯折成“U”字形状，玄武岩纤维布（4-2）的两端内侧分别粘贴在混凝土试样（4-1）的一组相对边上，玄武岩纤维布（4-2）的中间圆弧拱起；

（6）调节伸缩作动器（2-1）的高度，平面滚针轴承（3-3）从玄武岩纤维布（4-2）的中间圆弧拱起部分穿过，混凝土试样（4-1）通过玄武岩纤维布（4-2）悬挂在平面滚针轴承（3-3）下面，混凝土试样（4-1）自然下垂，混凝土试样（4-1）底部的钢筋（4-3）固定夹紧在液压夹头（4-4）中，液压夹头（4-4）固定在底梁板（1-3）的上表面。

5.（7）取动态信号测试仪（5-2），将其与应变片（4-5）和荷载传感器（2-3）连接，取控制器（2-9），将其与荷载传感器（2-3）、位移传感器（2-2）和伺服阀（2-8）连接，动态信号测试仪（5-2）和控制器（2-9）分别与计算机（5-1）连接，计算机（5-1）内设置有数据处理系统。

6.根据权利要求4所述的动态力学行为的测试装置的制作方法，其特征是所述步骤（4）中混凝土在钢模板（6）中养护时间为至少7天。

7.一种应用权利要求1所述的动态力学行为的测试装置的测试方法，其特征是包括以下步骤：

第一步，安装混凝土试件，调节伸缩作动器高度，将混凝土试件上的玄武岩纤维布悬挂在平面滚针轴承上，混凝土试件在重力作用下自然下垂，下部外露的钢筋通过液压夹头夹紧；

第二步，测试，根据试验要求，在计算机上编制控制程序，由控制器(2-9)通过伺服阀控制伸缩作动器，向玄武岩纤维布施加拉力，荷载作用下防偏心装置自动调整偏心距并对中；

第三步，采集信号，荷载传感器与应变片在作动器对纤维布施加拉力作用下测得数据，将数据通过数据传输线（5-3）传输至动态信号测试仪，计算机读取动态信号测试仪的数据并进行处理，可以得到荷载随时间的变化曲线，以及纤维布不同位置处应变的变化趋势。