CN103983519A - 混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置，包括框架反力架、真空吸盘、真空泵、拉力传感器、钢丝绳和加载装置；真空吸盘紧贴在混凝土基材的内壁表面上，加载装置包括钢板基座、顶升机构、导向轮Ⅰ、导向轮Ⅱ和收线机构；导向轮Ⅰ位于真空吸盘的正下方，导向轮Ⅰ、导向轮Ⅱ、顶升机构和收线机构依次固定在钢板基座上；真空吸盘的底部通过拉力传感器与钢丝绳连接，钢丝绳绕过导向轮并固定在收线机构上。该装置通过千斤顶和钢丝绳给真空吸盘施加力，从而将千斤顶产生的起重力转换为真空吸盘的拉力来用作加载，可有效模拟风荷载作用下混凝土基材表面所产生的吸力，进而对混凝土基材的抗拉性能进行分析。

Description

混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种吸力力学性能测试装置，尤其涉及一种混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置。

背景技术

针对混凝土基材的力学性能测试，大部分的研究是对试件的受压分析，如万能压力机可很好实现此功能。然而由于混凝土基材为脆性材料，其自身力学特性是抗压强度高，抗拉强度低，因此对混凝土基材抗拉的力学性能测试存在不少误差，目前尚未有科研单位或个人进行过对于混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置，包括框架反力架、真空吸盘、真空泵、拉力传感器、钢丝绳和加载装置；

所述框架反力架包括钢立柱、混凝土立柱或砖砌体立柱，在钢立柱、混凝土立柱或砖砌体立柱的顶面构建混凝土基材；

所述真空吸盘紧贴在混凝土基材的内壁表面上，真空吸盘的盘口与混凝土基材的内壁表面密封配合；真空吸盘上的抽气孔与真空泵的抽气管连接，在抽气管上安装有气体单向阀；

所述加载装置包括钢板基座、顶升机构、导向轮Ⅰ、导向轮Ⅱ和收线机构；所述钢板基座固定在框架反力架内的底部，所述导向轮Ⅰ位于真空吸盘的正下方；所述导向轮Ⅰ、导向轮Ⅱ、顶升机构和收线机构依次固定在钢板基座上；

所述顶升机构包括千斤顶、旋转套和导向轮Ⅲ，所述旋转套套在千斤顶的活塞顶部上并与活塞顶部转动配合，导向轮Ⅲ通过支撑座设置在旋转套的顶端上；

所述收线机构包括转轴、齿轮、定位销、转动套、卡销、支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ；所述支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ平行并固定在钢板基座上，转轴垂直穿过支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ并与支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ转动配合，转轴上设有两个通孔，转轴的一端伸出支撑板Ⅰ，转轴的另一端伸出支撑板Ⅱ，齿轮固定安装在转轴的一端上，所述定位销垂直固定在支撑板Ⅰ的外侧面上并位于齿轮的斜上方，转动套套在定位销上并与定位销转动配合，所述卡销的一端固定在转动套上，卡销的另一端在转动套旋转过程中可卡在齿轮上；

所述拉力传感器上的一拉杆与真空吸盘的底部连接，所述钢丝绳的一端与拉力传感器上的另一拉杆连接，钢丝绳的另一端绕过导向轮Ⅰ、导向轮Ⅱ和导向轮Ⅲ并穿过转轴上的两个通孔；所述拉力传感器通过数据线与测力显示仪连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、该装置通过千斤顶和钢丝绳给真空吸盘施加力，同时它产生的反力由钢板基座来承受，最后传递到地面上；从而将千斤顶产生的起重力转换为真空吸盘的拉力来用作加载，可有效模拟风荷载作用下混凝土基材表面所产生的吸力，吸力的大小通过调节真空吸盘的大小和真空吸盘的拉力来控制，进而对混凝土基材的抗拉性能进行分析。

2、该装置使用的加载设备简单可靠，实现加载容易；在千斤顶活塞上部安装旋转套，导向轮Ⅲ由旋转的旋转套支撑实现360角度随意旋转。

附图说明

图1为混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置的结构示意图；

图2为真空泵与真空吸盘配合的结构示意图；

图3为加载装置的结构示意图；

图4为顶升机构的结构示意图；

图5为旋转套的结构示意图；

图6为收线机构的结构示意图；

图7为拉力传感器和测力显示仪的结构示意图。

图中：1—砖砌体立柱； 2—混凝土基材； 3—真空吸盘； 4—真空泵； 5—抽气管； 6—气体单向阀； 7—钢板基座； 8—顶升机构； 9—导向轮Ⅰ； 10—导向轮Ⅱ； 11—收线机构； 12—千斤顶； 13—旋转套； 14—导向轮Ⅲ； 15—转轴； 16—齿轮； 17—定位销； 18—转动套； 19—卡销； 20—支撑板Ⅰ； 21—支撑板Ⅱ； 22—支撑座； 23—通孔； 24—摇臂； 25—摇杆； 26—拉力传感器； 27—拉杆； 28—钢丝绳； 29—拉杆； 30—测力显示仪； 31—手动液压泵； 32—压力表； 33—槽钢。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1所示，混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置，包括框架反力架、真空吸盘3、真空泵4、拉力传感器26、钢丝绳28和加载装置。

其中，框架反力架包括钢立柱、混凝土立柱或砖砌体立柱1，在钢立柱、混凝土立柱或砖砌体立柱1的顶面构建混凝土基材2。采用该框架反力架形式来模拟混凝土基材2在风荷载作用下的力学性能。框架反力架的高度和跨度根据模拟混凝土基材内壁大小而定，如顶面有效空间拟定2.0×2.0m。

真空吸盘3紧贴在混凝土基材2的内壁表面上，真空吸盘3的盘口与混凝土基材2的内壁表面密封配合，在真空吸盘3的盘口圆周方向上涂抹适量的凡士林，这样能更好的实现真空吸盘3的盘口与混凝土基材2的内壁表面密封。真空吸盘3上的抽气孔与真空泵4的抽气管5连接，在抽气管5上安装有气体单向阀6。利用真空泵4抽真空吸盘3内的气体，使真空吸盘3牢固的吸附在混凝土基材2的内壁表面上，如图2所示。真空泵4用于将真空吸盘3内的空气抽空，采用旋片式真空泵或其它抽真空泵，在抽气管5上安装有气体单向阀6，该气体单向阀6实现真空吸盘3内的气流只能由抽气管5抽出，而不能由抽气管5向真空吸盘3内注入气体。

在框架反力架内的底部设置加载装置，加载装置的结构如图3所示，加载装置包括钢板基座7、顶升机构8、导向轮Ⅰ9、导向轮Ⅱ10和收线机构11。钢板基座7固定在框架反力架内的底部地面上，导向轮Ⅰ9位于真空吸盘的正下方。导向轮Ⅰ9、导向轮Ⅱ10、顶升机构8和收线机构11依次固定在钢板基座7上。钢板基座7的厚度根据拉力大小确定，拉力不大时，可为10mm厚。在钢板基座7的左右两侧各增加一个槽钢33，槽钢33焊接在钢板基座7上，槽钢33的开口向下，以增加钢板基座7的整体刚度。通过导向轮Ⅰ9、导向轮Ⅱ10、顶升机构8和收线机构11将拉力传至钢板基座7上。

其中，顶升机构的结构如图4所示，顶升机构8包括千斤顶12、旋转套13和导向轮Ⅲ14。旋转套13的结构如图5所示，旋转套13套在千斤顶12的活塞顶部上并与活塞顶部转动配合，导向轮Ⅲ14通过支撑座22设置在旋转套13的顶端上。该导向轮Ⅲ14由可以360旋转的旋转套13支撑，在制作时，旋转套13高约40mm，旋转套13内径大小比千斤顶12活塞上部口径四周约大1mm，千斤顶12提升时，由于千斤顶12与旋转套13的间隙较小，导向轮Ⅲ14的竖向移动始终与千斤顶12保持一致，避免了在起重过程中导向轮Ⅲ14的偏心。千斤顶12采用液压千斤顶，在手动液压泵31的出油管路上设置压力表32，用于显示千斤顶12举升的压力大小。

收线机构的结构如图6所示，收线机构11包括转轴15、齿轮16、定位销17、转动套18、卡销19、支撑板Ⅰ20和支撑板Ⅱ21。支撑板Ⅰ20和支撑板Ⅱ21平行并固定在钢板基座7上，转轴15垂直穿过支撑板Ⅰ20和支撑板Ⅱ21并与支撑板Ⅰ20和支撑板Ⅱ21转动配合，转轴15上设有两个通孔23，转轴15的一端伸出支撑板Ⅰ20，转轴15的另一端伸出支撑板Ⅱ21，齿轮16固定安装在转轴15的一端上，定位销17垂直固定在支撑板Ⅰ20的外侧面上并位于齿轮16的斜上方，转动套18套在定位销17上并与定位销17转动配合，卡销19的一端固定在转动套18上并靠远离顶升机构8的一侧，卡销19的另一端在转动套18旋转过程中可卡在齿轮16上。在转轴15的一端上固定设置一摇动转轴15转动的摇臂24，在转动套18上固定设置一摇杆25。使用该收线机构时，首先将钢丝绳28的一端穿过转轴15上的两个通孔23，使钢丝绳28的一端固定在转轴15上，转动摇臂24，摇臂24驱动转轴15和转轴15上的齿轮16一起转动，钢丝绳28逐渐被缠绕在转轴15上，钢丝绳28被拉动到位后，停止转动摇臂24；扳动摇杆25，驱动转动套18在定位销17上转动，直至卡销19卡在齿轮16上，将齿轮16卡死，防止转轴15转动，进而防止钢丝绳28收紧时反弹放松。

拉力传感器26上的一拉杆27与真空吸盘3的底部连接，钢丝绳28的一端与拉力传感器26上的另一拉杆29连接，拉力传感器为S型拉力传感器，在S型拉力传感器顶部的螺纹孔内旋合有拉杆27，在S型拉力传感器底部的螺纹孔内旋合有拉杆29，如图7所示，该拉力传感器26为现有产品。钢丝绳28的另一端绕过导向轮Ⅰ9、导向轮Ⅱ10和导向轮Ⅲ14并穿过转轴15上的两个通孔23。拉力传感器26通过数据线与测力显示仪30连接，将拉力传感器26微量信号经过放大，转换成数字信号，可测量峰值，便于测量荷载达到试件所承受的限值时所施加力的大小。调整加载装置的位置，使混凝土基材面层是处于垂直受力的状态。

使用该混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置时，首先，摇动转轴15，通过收线机构将钢丝绳28绷紧，扳动转动套18，使卡销19卡在齿轮16上，防止钢丝绳28收紧时反弹放松；然后，通过手动液压泵31驱动千斤顶12的活塞向上伸出对钢丝绳28施加拉力，待受力达到一定程度之后（是指千斤顶12的活塞达到最大行程的一半时之后），停止施加拉力，使千斤顶12回复原状，之后用收线机构11将钢丝绳28绷紧，然后再次施加拉力至混凝土基材破坏；最后，记录数据，并作不同配合比下混凝土基材的受拉实验，每一种配合比混凝土基材的实验次数不少于两次。

本装置采用液压加载方式，在液压加载中，将液压千斤顶固定在钢板基座上，而钢板基座固定在地面上，一方面给真空吸盘施加力，同时它产生的反力由钢板基座来承受，最后传递到地面上。而液压千斤顶采用一般的起重工具，将手动液压的千斤顶产生的起重力转换为真空吸盘的拉力来用作加载，该装置可有效模拟风荷载作用下混凝土基材表面所产生的吸力，吸力的大小通过调节真空吸盘3的大小和真空吸盘3的拉力来控制，该装置可有效的运用于混凝土基材的抗拉性能分析；此加载方式的优点就是加载设备简单可靠，实现加载容易；在千斤顶12的上部安装旋转套13，导向轮Ⅲ14由旋转的旋转套13支撑实现360角度随意旋转；将钢丝绳28接入收线机构，收线机构11将钢丝绳绷紧，设置卡销19锁定齿轮16，可任意调节钢丝绳的松紧，同时防止钢丝绳28收紧时反弹放松。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.混凝土基材在风荷载作用下的吸力力学性能测试装置，其特征在于：包括框架反力架、真空吸盘（3）、真空泵（4）、拉力传感器（26）、钢丝绳（28）和加载装置；

所述框架反力架包括钢立柱、混凝土立柱或砖砌体立柱（1），在钢立柱、混凝土立柱或砖砌体立柱（1）的顶面构建混凝土基材（2）；

所述真空吸盘（3）紧贴在混凝土基材（2）的内壁表面上，真空吸盘（3）的盘口与混凝土基材（2）的内壁表面密封配合；真空吸盘（3）上的抽气孔与真空泵（4）的抽气管（5）连接，在抽气管（5）上安装有气体单向阀（6）；

所述加载装置包括钢板基座（7）、顶升机构（8）、导向轮Ⅰ（9）、导向轮Ⅱ（10）和收线机构（11）；所述钢板基座（7）固定在框架反力架内的底部，所述导向轮Ⅰ（9）位于真空吸盘的正下方；所述导向轮Ⅰ（9）、导向轮Ⅱ（10）、顶升机构（8）和收线机构（11）依次固定在钢板基座（7）上；

所述顶升机构（8）包括千斤顶（12）、旋转套（13）和导向轮Ⅲ（14），所述旋转套（13）套在千斤顶（12）的活塞顶部上并与活塞顶部转动配合，导向轮Ⅲ（14）通过支撑座（22）设置在旋转套（13）的顶端上；

所述收线机构（11）包括转轴（15）、齿轮（16）、定位销（17）、转动套（18）、卡销（19）、支撑板Ⅰ（20）和支撑板Ⅱ（21）；所述支撑板Ⅰ（20）和支撑板Ⅱ（21）平行并固定在钢板基座（7）上，转轴（15）垂直穿过支撑板Ⅰ（20）和支撑板Ⅱ（21）并与支撑板Ⅰ（20）和支撑板Ⅱ（21）转动配合，转轴（15）上设有两个通孔（23），转轴（15）的一端伸出支撑板Ⅰ（20），转轴（15）的另一端伸出支撑板Ⅱ（21），齿轮（16）固定安装在转轴（15）的一端上，所述定位销（17）垂直固定在支撑板Ⅰ（20）的外侧面上并位于齿轮（16）的斜上方，转动套（18）套在定位销（17）上并与定位销（17）转动配合，所述卡销（19）的一端固定在转动套（18）上，卡销（19）的另一端在转动套（18）旋转过程中可卡在齿轮（16）上；

所述拉力传感器（26）上的一拉杆（27）与真空吸盘（3）的底部连接，所述钢丝绳（28）的一端与拉力传感器（26）上的另一拉杆（29）连接，钢丝绳（28）的另一端绕过导向轮Ⅰ（9）、导向轮Ⅱ（10）和导向轮Ⅲ（14）并穿过转轴（15）上的两个通孔（23）；所述拉力传感器（26）通过数据线与测力显示仪（30）连接。