CN104048885B - 摆锤式抗剪冲击试验机及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种摆锤式抗剪冲击试验机及试验方法，属于混凝土材料测试技术领域，是涉及一种摆锤式抗剪冲击试验机及试验方法。本发明使抗剪冲击试验结果精确、适用范围广泛、便于携带，并能够避免操作人员发生危险。本发明试验机包括工作轴、底座、支座、连接架、摆锤、摆杆、刻度盘及指针；本发明的试验方法包括如下步骤：测得试件抗压强度；将试件水平放置在支座上，记录下指针在刻度盘上的初始刻度值；使试件的正面受到摆锤刀抗剪冲击；记录指针在刻度盘上的结束刻度值，得出初始、结束刻度值之差；测得抗剪冲击力－位移曲线，以便得到试件的抗剪冲击功；并将得到试件的抗剪冲击功与初始、结束刻度值之差相对应。

Description

摆锤式抗剪冲击试验机及试验方法

技术领域

本发明属于混凝土材料测试技术领域，是涉及一种摆锤式抗剪冲击试验机及试验方法。

背景技术

纤维混凝土与普通混凝土相比，其抗拉、弯拉强度(又称抗弯、抗折强度)、抗剪强度明显提高，韧性也有明显改善。近年来，国内外针对纤维混凝土的研究不断深入，纤维混凝土的应用也越来越广泛。建筑梁柱板、桥梁、路面、预制桩构建端部等结构物多承受抗剪冲击作用，并且有相当部分属于弯剪冲击，因此研究纤维混凝土的抗剪冲击性能具有十分重要的现实意义。

针对纤维混凝土抗剪冲击性能进行试验研究，国内外学者采用的试验装置一般为美国混凝土协会(ACI)544委员会推荐的落锤试验装置，或为在落锤试验装置基础上改进的落锤装置，主要用于研究纤维混凝土抗压性能的冲击试验。而在建筑、桥梁结构中，许多梁式构件必须承受引起弯剪应力的冲击荷载，抗弯剪冲击性能是评价混凝土材料性能的重要指标。但由于目前尚缺乏测试抗剪冲击性能的标准试验装置，设计人员依然无法将抗剪冲击性能作为一个设计参数。尽管申请号为102680334A的中国专利“磁性开关控制落锤式抗弯冲击试验台”在2012年问世，实现了多次落锤抗弯冲击试验，但由于重复操作，费时费力，一定程度上影响了测试精度。现有的冲击锤式抗弯剪冲击试验装置存在一些不足：对冲击锤采取手动定位，冲击高度及冲击锤落点易产生误差、还存在能量损失的情况；没有采用摆锤式传力装置，易造成应力集中，无法确保试验结果的准确性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种摆锤式抗剪冲击试验机及试验方法，使抗剪冲击试验结果精确、适用范围广泛、便于携带，并能够避免操作人员发生危险，操作简单，尤其适用于国内不同建筑工地的抗剪冲击试验台，从而解决了冲击锤手动定位易产生误差及易造成应力集中等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种摆锤式抗剪冲击试验机，包括工作轴、底座、支座、连接架、摆锤、摆杆、刻度盘及指针，在底座上固定有连接架和支座，在连接架上固定有工作轴，在工作轴上设置有摆杆，摆杆与摆锤相连接；在摆锤上固定有摆锤刀，在连接架上固定有刻度盘，在工作轴上设置有指针，在摆杆与指针之间设置有推动件；在连接架上设置有锁定机构，摆杆通过锁定机构锁定在连接架上，摆杆此时的位置为预扬位置。

所述摆杆与工作轴相互垂直设置，指针与工作轴相互垂直设置。

所述刻度盘的圆心与工作轴的轴心相重合。

所述摆杆的内端为环形，套装在工作轴上。

所述指针的内端为环形，套装在工作轴上、位于摆杆与刻度盘之间。

所述推动件为销钉，销钉固定在摆杆上，且穿过指针的转动平面。

所述锁定机构由自锁臂和挂杆组成，自锁臂斜向上方固定在连接架上，在自锁臂的外端设置有通孔，挂杆的一端设置在通孔内，另一端托起摆杆，此时摆杆的位置为预扬位置。

所述刻度盘靠近摆杆的预扬位置的一端为零，刻度盘远离摆杆预扬位置的一端为最大刻度值。

在所述摆杆两侧的工作轴上设置有圆螺母，以便限制摆杆做轴向移动。

在所述指针两侧的工作轴上设置有圆螺母，以便限制指针做轴向移动。

采用所述的摆锤式抗剪冲击试验机的试验方法，包括如下步骤：

步骤一：测得试件抗压强度；

步骤二：将试件水平放置在支座上，使试件背面紧靠支座，试件正面与摆锤的摆动方向相对应，受摆锤刀抗剪冲击；

步骤三：将摆杆通过锁定机构锁定；

步骤四：将指针拨到刻度盘的远离摆杆预扬位置的一端，并记录下指针在刻度盘上的初始刻度值；

步骤五：解锁锁定机构、摆杆受重力作用带动摆锤刀以工作轴为圆心转动下落，使试件的正面受到摆锤刀抗剪冲击；

步骤六：待摆锤刀冲击试件的正面并上扬至最高点后，记录摆锤刀冲击试件后上扬到最高位置时的指针在刻度盘上的结束刻度值；

步骤七：计算初始、结束刻度值之差；

步骤八：测得试件的抗剪冲击力－位移曲线，以便得到试件的抗剪冲击功；并将得到的试件的抗剪冲击功与初始、结束刻度值之差相对应；

步骤九：重复步骤一～步骤八；得到至少三个试件的抗剪冲击功及与其对应的初始、结束刻度值之差，并分别求出二者的平均值。

本发明的有益效果：

本发明解决了试件在冲击试验中的各种瞬态物理力学指标与参数，以及破坏失稳的演化过程，提高了试验测试精度和效率，既可用于试验室内的试验研究，也可用于现场进行抗剪冲击性能的测试评价。

附图说明

图1为本发明的摆锤式抗剪冲击试验机的结构示意图；

图2为图1拆除摆杆、摆锤、摆锤刀、刻度盘及指针后的俯视图；

图中，1--工作轴，2--底座，3--连接架，4--摆杆，5--摆锤，6--支座，7--摆锤刀，8--刻度盘，9--指针，10--推动件，11--锁定机构，12--自锁臂，13--挂杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种摆锤式抗剪冲击试验机，包括工作轴1、底座2、支座6、连接架3、摆锤5、摆杆4、刻度盘8及指针9，在底座2的顶部固定有连接架3和支座6，支座6固定在连接架3的前方，在连接架3的上部固定有工作轴1，在工作轴1上设置有摆杆4的内端，摆杆4能够以工作轴1为圆心转动，摆杆4的外端与摆锤5相连接；在摆锤5上固定有摆锤刀7，在工作轴1的后方的连接架3上固定有刻度盘8，在工作轴1上设置有指针9，指针9能够以工作轴1为圆心转动，在摆杆4与指针9之间设置有推动件10，以便摆杆4在重力作用下下降、上扬过程中推动指针9以工作轴1为圆心转动，且在摆杆4上扬后回落时离开指针9，在连接架3上设置有锁定机构11，摆杆4通过锁定机构11锁定在连接架3上，摆杆4此时的位置为预扬位置。

所述连接架3与工作轴1通过法兰盘固定连接。

所述摆杆4与工作轴1相互垂直，指针9与工作轴1相互垂直设置。

所述刻度盘8的圆心与工作轴1的轴心相重合。

所述摆杆4的内端为环形，套装在工作轴1上。

所述指针9的内端为环形，套装在工作轴1上、位于摆杆4与刻度盘8之间。

所述推动件10为销钉，销钉固定在摆杆4的内端，销钉的底端穿过指针9的转动平面，当摆杆4在重力作用下下降、上扬过程中，销钉推动指针9以工作轴1为圆心转动，在摆杆4上扬后回落时销钉离开指针9。

所述锁定机构11由自锁臂12和挂杆13组成，自锁臂12斜向右方固定在连接架3上，与竖直方向的夹角为150°，在自锁臂12的外端设置有通孔，挂杆13的一端设置在通孔内，另一端托起摆杆4，此时摆杆4的位置为预扬位置。

所述刻度盘9的右端刻度为零，左端刻度为最大刻度值；通过抽出摆杆4下方的挂杆13使摆杆4在重力作用下下降、上扬，且摆杆4上扬至最高点时，推动指针9在刻度盘8上由零转至最大刻度值。

在所述摆杆4两侧的工作轴1上设置有圆螺母，以便限制摆杆4做轴向移动。

在所述指针9两侧的工作轴1上设置有圆螺母，以便限制指针9做轴向移动。

采用所述的摆锤式抗剪冲击试验机的试验方法，具体包括如下步骤：

步骤一：测得试件抗压强度；

方法A：确定试件的长度的三等分处(试件上下面、正背面的三等分处)，采用非金属超声波仪对三等分处分别进行透射，检测质量，并采用回弹仪对三等分点进行附测，检测回弹模量，通过测得的质量与回弹模量得到试件的抗压强度；

方法B：采用抗折、抗压伺服试验机直接测得试件的强度；

步骤二：将试件水平放置在本发明的支座6上，使试件背面紧靠支座6，试件正面与摆锤5的摆动方向相对应，受摆锤刀7抗剪冲击；

试件材质：纤维混凝土；

试件参数：长度为160±0.5mm，宽度为40±0.2mm，高度为40±0.2mm；

步骤三：将摆杆4放置在锁定机构11的挂杆13上，此时摆杆4的位置为预扬位置；

步骤四：将指针9拨到刻度盘8的最大刻度值处(最左端)；

步骤五：抽出摆杆4下方的挂杆13，摆杆4受重力作用带动摆锤刀7以工作轴1为圆心转动下落，使试件的正面受到摆锤刀7抗剪冲击；

步骤六：待摆锤刀7冲击试件的正面并上扬至最高点后，回摆摆杆4至预扬位置，并通过锁定机构11进行锁定；

步骤七：记录摆锤刀7冲击试件后上扬到最高位置时的指针9在刻度盘8上的刻度值，此刻度值代表了试件的抗剪冲击功；

步骤八：通过振动信号采集测试仪器(型号为Vib-SYS)对试件的长度的三等分处(试件上下面、正背面的三等分处)进行测试，得到抗剪冲击力－位移曲线，以便得到试件的抗剪冲击功；并将得到的试件的抗剪冲击功与步骤七中得到的刻度值相对应；

步骤九：重复步骤一～步骤八；得到三个试件的抗剪冲击功及与其对应的刻度盘8的刻度值，并分别求出二者的平均值；

步骤十：将高速数字影像机的镜头对准试件正面的上、下偏角25°位置处，录制试件在摆锤刀7冲击过程中的数字影像，得到与抗剪冲击力－位移曲线对应的试件的破坏情况；

步骤十一：得到与抗剪冲击力－位移曲线对应的冲击能量值：

方法A：将振动信号采集测试仪器(型号为Vib-SYS)的测试探头设置在试件的前后两端面(尺寸均为40×40mm)的中心点，测试探头与试件紧密接触，记录试件在摆锤刀7抗剪冲击过程中的瞬态冲击能量变化曲线，得到与抗剪冲击力－位移曲线对应的冲击能量值；

方法B：将微地震监测系统(型号为PS-10X-DXP)的测试探头设置在试件前后两端面(尺寸均为40×40mm)的中心点，测试探头与试件紧密接触，记录试件在摆锤刀7冲击过程中瞬态冲击AE(声发射)点能量变化曲线，得到与抗剪冲击力－位移曲线对应的冲击能量值；

步骤十二：采用电子体视显微镜(型号为ZYT-900)对试件在摆锤刀7冲击后的破裂面进行观测，试件材料对冲击试验造成的破损非常敏感，因此冲击试验用来评定试件材料在一次冲击载荷下的破损敏感性，得到冲击功对试件材料的宏观与电子体视显微镜下破损的差异，以便控制和稳定材料质量。

Claims (8)

1.一种摆锤式抗剪冲击试验机，其特征在于包括工作轴、底座、支座、连接架、摆锤、摆杆、刻度盘及指针，在底座上固定有连接架和支座，所述支座上放置有纤维混凝土试件，所述试件的背面紧靠所述支座，在连接架上固定有工作轴，在工作轴上设置有摆杆，摆杆与摆锤相连接；在摆锤上固定有摆锤刀，所述试件的正面与所述摆锤的摆动方向相对应，受所述摆锤刀抗剪冲击，在连接架上固定有刻度盘，在工作轴上设置有指针，在摆杆与指针之间设置有推动件，所述推动件为销钉，销钉固定在摆杆上，且穿过指针的转动平面；在连接架上设置有锁定机构，摆杆通过锁定机构锁定在连接架上，摆杆此时的位置为预扬位置，当摆杆摆动冲击上扬时，销钉推动指针以工作轴为圆心转动，当摆杆回落时销钉离开指针，指针位于最大刻度值处，所述试件正面的上、下偏角处设有高速数字影像机，用于录制摆锤刀冲击过程中的数字影像，观察试件的破坏情况，所述试件的前后端面设置有振动信号采集测试仪器或微地震监测系统的测试探头，用于记录试件在摆锤刀冲击过程中瞬态冲击能量变化曲线。

2.根据权利要求1所述的摆锤式抗剪冲击试验机，其特征在于所述摆杆与工作轴相互垂直设置，指针与工作轴相互垂直设置。

3.根据权利要求1所述的摆锤式抗剪冲击试验机，其特征在于所述刻度盘的圆心与工作轴的轴心相重合。

4.根据权利要求1所述的摆锤式抗剪冲击试验机，其特征在于所述摆杆的内端为环形，套装在工作轴上。

5.根据权利要求1所述的摆锤式抗剪冲击试验机，其特征在于所述指针的内端为环形，套装在工作轴上、位于摆杆与刻度盘之间。

6.根据权利要求1所述的摆锤式抗剪冲击试验机，其特征在于所述锁定机构由自锁臂和挂杆组成，自锁臂斜向上方固定在连接架上，在自锁臂的外端设置有通孔，挂杆的一端设置在通孔内，另一端托起摆杆，此时摆杆的位置为预扬位置。

7.根据权利要求1所述的摆锤式抗剪冲击试验机，其特征在于所述刻度盘靠近摆杆的预扬位置的一端为零，刻度盘远离摆杆预扬位置的一端为最大刻度值。

8.采用权利要求1所述的摆锤式抗剪冲击试验机的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：测得纤维混凝土试件抗压强度；

步骤二：将试件水平放置在支座上，使试件背面紧靠支座，试件正面与摆锤的摆动方向相对应，受摆锤刀抗剪冲击；

步骤三：将摆杆通过锁定机构锁定；

步骤四：将指针拨到刻度盘的远离摆杆预扬位置的一端，并记录下指针在刻度盘上的初始刻度值；

步骤五：解锁锁定机构、摆杆受重力作用带动摆锤刀以工作轴为圆心转动下落，使试件的正面受到摆锤刀抗剪冲击，在摆杆下落、上扬过程中，销钉推动指针以工作轴为圆心转动；

步骤六：待摆锤刀冲击试件的正面并上扬至最高点后，摆杆回落，销钉离开指针，此时指针位于最大刻度值处，记录摆锤刀冲击试件后上扬到最高位置时的指针在刻度盘上的结束刻度值；

步骤七：计算初始、结束刻度值之差；

步骤八：测得试件的抗剪冲击力－位移曲线，以便得到试件的抗剪冲击功；并将得到的试件的抗剪冲击功与初始、结束刻度值之差相对应；

步骤九：重复步骤一～步骤八；得到至少三个试件的抗剪冲击功及与其对应的初始、结束刻度值之差，并分别求出二者的平均值；

步骤十：将高速数字影像机的镜头对准试件正面的上、下偏角处，录制时间在摆锤刀冲击过程中的数字影像，得到与抗剪冲击力-位移曲线对应的试件的破坏情况；

步骤十一：将振动信号采集仪器或微地震监测系统的测试探头设置在试件前后端面的中心点，测试探头与试件紧密接触，记录试件在摆锤刀抗剪冲击过程中的瞬态冲击能量变化曲线，得到与抗剪冲击力-位移曲线对应的冲击能量值。