CN105424478A - 混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置 - Google Patents

Abstract

混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，包括混凝土轴拉试件、装于混凝土轴拉试件两端的承载钢板、带内螺纹的T型预埋件、承载螺杆和应变计，混凝土轴拉试件设有轴向排布的预留通孔，混凝土轴拉试件两端分别预埋多个T型预埋件，T型预埋件的螺纹段指向混凝土轴拉试件外部；承载螺杆贯穿预留通孔，在承载螺杆两端配置螺帽，螺帽外侧配有承载钢板，T型预埋件的螺纹段与紧固螺栓螺接；应变计安装在混凝土轴拉试件侧壁，应变计的信号输出端与外部的应变仪电连。本发明的有益效果主要表现在：加载装置可以克服施加轴向荷载的困难，操作简单，成本低且不锈蚀，能重复使用；试验装置体积小；螺杆两端带有细螺纹，加载省力，荷载大小易控制。

Description

混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置

技术领域

本发明涉及一种混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置。

背景技术

服役过程中的混凝土结构都是在荷载和环境共同作用下工作的,无荷载作用下混凝土耐久性的研究成果不能合理反映结构所处的实际状态。混凝土结构在承受荷载作用的同时，往往经受海水、除冰盐和二氧化碳等侵蚀，在荷载与环境双重或多重因素耦合作用下，混凝土构筑物往往未达到设计年限就破坏的事故时有发生，由此带来的巨大经济损失和人员伤亡，已引起国内外的广泛关注。混凝土是典型的多孔材料，侵蚀介质正是通过混凝土孔隙侵入混凝土内部，由此导致钢筋锈蚀、混凝土保护层开裂，进而影响混凝土的服役性能。荷载作用对侵蚀介质向混凝土内传输的影响主要体现在：荷载损伤使混凝土内部产生微裂纹，从而加速了侵蚀介质在混凝土中的传输速率。

研究荷载作用对介质传输的影响，目前主要考虑持续荷载作用。又由于弯曲荷载加载容易，被广泛采用，并陆续出现了两根混凝土梁试件背对背持续加载、基于杠杆原理的持续加载等试验方法，以进行荷载作用下氯盐传输试验研究。然而，由于沿着钢筋混凝土梁截面高度荷载损伤程度不同，难以将荷载损伤对介质传输速率的影响进行定量分析，研究结果也只能得到一些定性的结论。从荷载作用对介质传输的影响来看，拉伸荷载对介质传输的影响最为突出。轴拉荷载作用下，混凝土试件中荷载损伤均匀，可以结合耐久性试验，有效的建立荷载作用与介质传输之间的关系为耐久性预测、结构设计提供参考。

跟轴心受压试验不同，直接拉伸试验由于需要将混凝土两端夹持存在很大困难，且难以实现试件轴心与试验机夹具中心对中，基于轴心受拉荷载施加的报道较为少见，目前主要采用的方法是将混凝土试件做成两端大头的“狗骨”试件以利于夹持，在试件与试验机交界处设置球铰来减少试件与试验机不能有效对中带来的误差。例如，中国专利公告号CN104330314A，申请公布日是2015年2月4日，名称为“用于超高温陶瓷高温直接拉伸强度测试装置的装夹机构”，中国专利授权公告号CN103175733B，授权公告日是2015年7月2日，名称为“不可压缩材料的直接拉伸试验夹具”，中国专利申请公布号CN103267682A，申请公布日是2013年8月28日，名称为“拉应力与环境耦合作用下材料徐变的测试装置及测试方法”。这些装置和方法在混凝土轴拉试验方法上有可借鉴之处，但是试验装置相对复杂，成本高、体积大、操作要求高，无法连同混凝土试件一起放置于人工环境箱或浸泡于盐溶液中进行侵蚀介质传输试验。

可见，设计一种体积小、操作简单、方法可靠、成本低，并且可以随同混凝土试件共同处于侵蚀环境中进行试验的加载装置，对研究荷载作用下混凝土中介质传输机理至关重要，而基于此装置的耐久性研究成果也将对混凝土结构耐久性预测和基于耐久性的混凝土结构设计提供基础保障。

发明内容

为了克服现有混凝土构件轴拉荷载加载方法的问题，本发明提供一种体积小、操作简单、方法可靠、成本低廉，方便混凝土构件施加轴向拉伸荷载，且能与混凝土构件一起共同处于侵蚀环境进行介质侵蚀试验的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置。

本发明所述的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，其特征在于：包括混凝土轴拉试件、装于混凝土轴拉试件两端的承载钢板、带内螺纹的T型预埋件、承载螺杆和应变计，所述的混凝土轴拉试件设有轴向排布的预留通孔，所述的混凝土轴拉试件两端分别预埋多个T型预埋件，并且所述的T型预埋件的螺纹段指向混凝土轴拉试件外部；所述的承载螺杆贯穿预留通孔，并且在所述承载螺杆两端配置螺帽，所述的螺帽外侧配有承载钢板，所述的T型预埋件的螺纹段与紧固螺栓螺接，保证所述的承载钢板与所述的混凝土轴拉试件端面贴合；所述的应变计安装在所述的混凝土轴拉试件侧壁，所述的应变计的信号输出端与外部的应变仪电连。

所述的混凝土轴拉试件的预留通孔设置在混凝土轴拉试件的几何形心处，并且保持预留通孔的中心轴与混凝土轴拉伸试件的中心轴重合。

所述的混凝土轴拉试件的两端设有与预留通孔同轴的凹坑，并且凹坑的大小与螺帽匹配。

所述的混凝土轴拉试件的两端留有突出翼缘，翼缘与混凝土试件同宽。

所述的承载钢板设置与紧固螺栓一一对应的安装通孔以及与预留通孔对应的预留圆孔，其中所述的预留圆孔设置在承载钢板的几何形心处，预留圆孔周围围着与螺帽匹配的错台；所述的螺帽卡置于混凝土凹坑和承载钢板错台中。

所述的承载螺杆的螺杆直径与预留通孔匹配，螺杆两端带有外螺纹，螺杆两端具有供扳手夹持的平行面，两端螺纹方向相反，所述的承载螺杆与所述的螺帽形成自锁结构。

所述的应变计采用应变片、千分表或位移传感器，用以反映荷载作用对混凝土损伤的影响。

所述的承载螺杆采用耐蚀不锈钢。

所述的承载钢板、紧固螺栓和T型预埋件可以在浇筑混凝土前紧固为整体，作为浇筑混凝土轴拉试件所用模板的端模，可保证T型预埋件精确预埋定位，承载钢板和紧固螺栓可以反复使用。

工作原理：本发明的翼缘截面是梯形，由标准尺寸钢模具成型，具体使用时，安装承载螺杆、螺帽和承载钢板后，通过旋转两端带有反丝细螺纹的承载螺杆使两端螺帽产生施加于承载钢板的推力，从而实现轴向拉伸荷载的施加，荷载大小由固定在试件两侧的应变计定量。承载螺杆周围的混凝土约束承载螺杆防止加载过程中承载螺杆失稳。施加轴拉荷载的试件可以置于环境箱中进行介质传输研究，也可以在介质传输试验的同时施加不断变化荷载，以确定持续荷载或渐变荷载对介质传输的影响。

本发明的有益效果主要表现在：

1.加载装置可以克服施加轴向荷载的困难，操作简单，成本低且不锈蚀，能重复使用；

2.试验装置体积小，几乎不额外占用空间，能施加持续荷载和可变荷载，能满足持续拉伸荷载下混凝土的耐久性试验；

3.螺杆两端带有细螺纹，加载省力，荷载大小易控制，螺杆直径与混凝土预留孔匹配，螺杆不失稳，螺杆两端配有螺帽，避免混凝土断裂分离。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

图2为轴拉混凝土试件示意图。

图3是承载螺杆及配套螺帽示意图。

图4是承载钢板示意图。

图5是轴拉荷载对混凝土中氯离子分布的影响曲线。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，包括混凝土轴拉试件1、装于混凝土轴拉试件两端的承载钢板7、带内螺纹的T型预埋件5、承载螺杆3和应变计8，所述的混凝土轴拉试件1设有轴向排布的预留通孔2，所述的混凝土轴拉试件1两端分别预埋多个T型预埋件5，并且所述的T型预埋件5的螺纹段指向混凝土轴拉试件1外部；所述的承载螺杆3贯穿预留通孔2，并且在所述承载螺杆3两端配置螺帽4，所述的螺帽4外侧配有承载钢板7，所述的T型预埋件5的螺纹段与紧固螺栓6螺接，保证所述的承载钢板7与所述的混凝土轴拉试件1端面贴合；所述的应变计8安装在所述的混凝土轴拉试件1侧壁，所述的应变计的信号输出端与外部的应变仪电连。

所述的混凝土轴拉试件1的预留通孔2设置在混凝土轴拉试件1的几何形心处，并且保持预留通孔2的中心轴与混凝土轴拉伸试件1的中心轴重合。

所述的混凝土轴拉试件1的两端设有与预留通孔2同轴的凹坑9，并且凹坑9的大小与螺帽4匹配。

所述的混凝土轴拉试件1的两端留有突出翼缘，翼缘与混凝土试件同宽。

所述的承载钢板7设置与紧固螺栓6一一对应的安装通孔73以及与预留通孔2对应的预留圆孔71，其中所述的预留圆孔71设置在承载钢板7的几何形心处，预留圆孔71周围围着与螺帽匹配的错台72；所述的螺帽4卡置于混凝土凹坑9和承载钢板错台72中。

所述的承载螺杆3的螺杆直径与预留通孔2匹配，螺杆两端带有外螺纹，螺杆两端具有供扳手夹持的平行面，两端螺纹方向相反，所述的承载螺杆与所述的螺帽形成自锁结构。

所述的应变计8采用应变片、千分表或位移传感器，用以反映荷载作用对混凝土损伤的影响。

所述的承载螺杆3采用耐蚀不锈钢。

所述的承载钢板7、紧固螺栓6和T型预埋件5可以在浇筑混凝土前紧固为整体，作为浇筑混凝土轴拉试件所用模板的端模，可保证T型预埋件精确预埋定位，承载钢板和紧固螺栓可以反复使用。

实施例2下面以测定水灰比0.53、配合比为水泥:水:砂子:粗骨料＝1:0.53:2.0:3.0的混凝土在轴向拉伸荷载作用下氯盐传输过程为例，对本发明的工作做具体说明。

该实施例拌制混凝土的原材料为：水泥为P.I525级波特兰水泥，砂采用细度模数2.6的河砂，粗骨料采用连续级配的碎石(最大粒径25mm)，水采用自来水。在标准模具中浇筑轴拉混凝土试件有效截面尺寸为100mm×100mm，翼缘突出长度为50mm，翼缘边缘高度100mm，试件长度1000mm，在混凝土试件两端各预埋8个T型预埋件，试件中心预留直径26mm的预留通孔2，浇筑成型后在养护室中标准养护28d，试件数量4个。

在轴拉混凝土试件1的预留通孔2中穿过承载螺杆3，螺杆两端拧上螺帽4，通过旋转螺杆3使两端螺帽4嵌入混凝土试件两端的凹坑9，安装两端的承载钢板7，使螺帽4突出混凝土试件1部分嵌入承载钢板7的凹坑72，紧固螺栓6穿过承载钢板的孔73与T型预埋件5连接拧紧，保证两端16根紧固螺栓6拧紧扭矩相同。

在混凝土试件侧面粘贴长度为50mm的应变片8，由导线连接应变仪。采用扳手旋转承载螺杆3使螺帽4向螺杆3两端移动，不断产生外推力，由应变仪读数控制目标荷载水平，目标应变分别为0，40με，70με，100με。

将加载完成的轴拉混凝土试件1除一个侧面外，其余三个侧面用环氧树脂密封，在自来水中浸泡使混凝土饱水。然后在环境温度40℃氯盐浓度为3.5％的盐溶液中浸泡60天，在空气中晾干后在垂直于轴拉混凝土试件1侧表面方向上沿深度0-5mm，5-10mm，10-15mm，15-20mm，20-25mm，25-30mm，30-40mm，40-50mm深度区间钻取粉末，对粉末样品进行化学分析，测定氯离子浓度分布。轴拉荷载影响下的氯离子浓度分布如图5所示。

具体实现时，本发明对具体的器件型号不做限制，对混凝土试件尺寸不做限制，只要能完成上述功能的加载装置和混凝土试件均可。

最后，需要注意的是，以上列举的仅针对测定轴拉荷载对混凝土中氯离子分布影响的具体实施例，并不限制本发明。对于采用本装置进行混凝土耐久性的其他参数测定，只需改变混凝土试件的环境条件，加载过程和方法完全一致，此处不再赘述。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，其特征在于：包括混凝土轴拉试件、装于混凝土轴拉试件两端的承载钢板、带内螺纹的T型预埋件、承载螺杆和应变计，所述的混凝土轴拉试件设有轴向排布的预留通孔，所述的混凝土轴拉试件两端分别预埋多个T型预埋件，并且所述的T型预埋件的螺纹段指向混凝土轴拉试件外部；所述的承载螺杆贯穿预留通孔，并且在所述承载螺杆两端配置螺帽，所述的螺帽外侧配有承载钢板，所述的T型预埋件的螺纹段与紧固螺栓螺接，保证所述的承载钢板与所述的混凝土轴拉试件端面贴合；所述的应变计安装在所述的混凝土轴拉试件侧壁，所述的应变计的信号输出端与外部的应变仪电连。

2.如权利要求1所述的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，其特征在于：所述的混凝土轴拉试件的预留通孔设置在混凝土轴拉试件的几何形心处，并且保持预留通孔的中心轴与混凝土轴拉伸试件的中心轴重合。

3.如权利要求2所述的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，其特征在于：所述的混凝土轴拉试件的两端设有与预留通孔同轴的凹坑，并且凹坑的大小与螺帽匹配。

4.如权利要求3所述的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，其特征在于：所述的混凝土轴拉试件的两端留有突出翼缘，翼缘与混凝土试件同宽。

5.如权利要求1所述的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，其特征在于：所述的承载钢板设置与紧固螺栓一一对应的安装通孔以及与预留通孔对应的预留圆孔，其中所述的预留圆孔设置在承载钢板的几何形心处，预留圆孔周围围着与螺帽匹配的错台；所述的螺帽卡置于混凝土凹坑和承载钢板错台中。

6.如权利要求3所述的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，其特征在于：所述的承载螺杆的螺杆直径与预留通孔匹配，螺杆两端带有外螺纹，螺杆两端具有供扳手夹持的平行面，两端螺纹方向相反，所述的承载螺杆与所述的螺帽形成自锁结构。

7.如权利要求1所述的混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，其特征在于：所述的应变计采用应变片、千分表或位移传感器。