CN106932276B - 水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置 - Google Patents

Abstract

一种水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置，该装置包括框架组件、球铰组件、可滑动框架组件和钢带；框架组件连接可滑动框架组件，可滑动框架组件连接球铰组件，球铰组件连接钢带。本发明具体优点如下：1.该装置操作简单，方便拆卸，成本低。2.该装置的预埋螺杆与粘结的钢片能保证试件在拉伸时减少应力集中而引起的试件两端的不规则断裂。3.采用柔性约束，钢带与球铰组件能提高对中而不产生端部附加弯矩，有效消除轴向偏心。4.有效消除了应力集中现象，增大了受力面积，增强了框架组件的整体稳定性。5.能反应荷载作用下对试件损伤的影响。6.通过LVDT回弹式位移传感器与钢带相连，测试钢带的位移，钢带的位移也是整体位移的一部分，不能忽略测试。

Description

水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置

技术领域

本发明属于一种减少试件轴向偏心的装置，特别是用于水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验。

背景技术

吴中伟先生曾指出，复合化是水泥基材料高性能化的主要途径，而纤维增强是其核心。纤维的使用可以有效地消除水泥基材料早期开裂、提高材料抗拉强度和韧性，纤维增强混凝土或纤维增强砂浆随着纤维生产技术的提高和外加剂产品性能的不断进步在性能和应用上得到了长足发展。

已有的直接施加轴向拉伸应力的试验装置并未大范围得到应用,其主要原因:(1)有现有的直接施加轴向拉伸应力的试验装置结构复杂,设计加工难度高,成本较高；(2)使用现有的直接施加轴向拉伸应力的试验装置对试件加载时操作难度较高,较难保证试验中受拉试样的轴线与拉伸荷载作用线重合,难以保证轴心受拉，附加弯矩的出现也难以避免,导致实验结果误差较大；（3）现有的直接施加轴向拉伸应力的试验装置中,无论是对试件两端直接夹持还是使用预埋螺栓方法,受拉试样在拉伸端都容易产生应力集中,发生端部破坏，造成应力分布不均；（4）现有的直接施加轴向拉伸应力的试验装置均是利用弹簧对试件加载应力,在长期环境因素作用下,弹簧的弹性系数会发生改变,造成在严酷环境条件下的长期性能试验中,加载应力发生不可预期的变化；（5）现有的直接施加轴向拉伸应力的试验装置中,对试件尺寸要求特殊,需要配套相应的成型模具,成型的操作难度较大。

目前，普通试验机在开始加载后，刚性框架与试验机仅通过挡板和连杆作用面小，受力集中，导致框架中受力稍有不均，则可对试件施加较大的附加弯矩，试件也很容易受到偏心破坏。

中国专利“一种减少拉伸试件轴向偏心的装配装置及操作方法”（CN105508357A）公开了一种减少拉伸试件轴向偏心的装配装置及操作方法，采用对试件端部高粘结材料对称粘结钢片时，通过解决粘贴过程中粘贴钢片上圆孔位置的对中问题以及粘贴材料的均匀性和粘贴平整度的问题。该装置虽然在一定程度上解决了试件轴心位置的问题，但其拆装复杂，人为操作时一旦圆孔位置不能对中，胶层厚度控制不好，会对试件产生偏心受拉现象。

发明内容

发明目的：本发明提供一种水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置，其目的是解决水泥基复合材料试件轴心不能准确对中，而产生端部（附加）弯矩的问题，还利用预埋螺杆和试件端部粘结钢片的方式，避免水泥基复合材料试件在端部破坏。构造简单,操作方便,且具有位移动态测试功能。

技术方案：发明是通过以下技术方案实现的：

一种水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置，其特征在于：该装置包括框架组件、球铰组件、可滑动框架组件和钢带；框架组件连接可滑动框架组件，可滑动框架组件连接球铰组件，球铰组件连接钢带。

可滑动框架组件上装有能在可滑动框架组件上进行上下滑动的可滑动杆，可滑动杆上设有使用时连接螺杆的一端的可滑动螺帽，螺杆的另一端使用时预埋在试件中。

可滑动框架组件连接钢片的一端，钢片的另一端使用时通过粘结剂与试件相连。

框架组件的两侧装有与计算机相连且能通过计算机对试件的位移进行实时监控的电阻式位移传感器，计算机还连接使用时设置在试件两侧的对试件进行位移测量的LVDT直线位移传感器。

LVDT回弹式位移传感器与钢带相连。

球铰组件通过轴承连接钢带。

球铰组件通过连接臂与可滑动框架组件的四角处螺栓连接。

优点效果：本发明提供一种水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置，本发明主要针对水泥基复合材料，还可以推广到水泥砂浆等材料，水泥基复合材料拉伸强度低，制作试件的试件尺寸一般较小，以板式试件和长方形试件为主，还有用8字形试件。

该装置包括框架组件、球铰组件、可滑动框架组件。框架组件两侧设有电阻式位移传感器与计算机相连测量位移，其两端通过连接臂连接到球铰组件连接，球铰组件一端通过轴承与钢带连接于试验机夹具。钢带采用的钢号为A3,钢带性质稳定，钢的硬度较好，有韧性，刚性较好，不易腐蚀。螺栓连接可以提高部件之间的连接强度，不容易在连接处出现疲劳和裂纹。可滑动框架组件在主件上装有可滑动杆，可滑动杆上设有可滑动螺帽用于连接在试件中预埋的螺杆。预埋的螺杆采用耐腐蚀、不锈钢、强度高的材质，螺杆端部有螺纹。可滑动框架组件还通过螺栓连接的方式与钢片通过粘结剂与试件相连试件可根据实验所需的尺寸大小进行制备。试件两端需要预埋螺杆，预埋时要使其水平，埋深相同，并将螺纹处与可滑动螺帽7旋紧。监测装置由LVDT回弹式位移传感器和电阻式位移传感器与计算机相连组成，通过LVDT回弹式位移传感器和电阻式位移传感器与计算机相连实时采集数据，取两者平均值，能够准确估计位移变化，分析位移变化，实现动态测试。LVDT回弹式位移传感器和电阻式位移传感器，所采集的数据均用以监测荷载作用下的试件损伤情况。LVDT回弹式位移传感器的型号为SDVB20M，该仪器优点在于耐磨性强，精度高。LVDT回弹式位移传感器与钢带相连，测试钢带的位移，钢带的位移也是整体位移的一部分，不能忽略测试。

本发明具体优点如下：

1.该装置操作简单，方便拆卸，成本低，可以根据需要调整试件尺寸，并且装置可以重复利用，造价低，试验装置体积小。各组成部件的结构简单，便于加工，试验时可根据试件需要调整装置组装时的位置。由于试验装置体积小，几乎不需要占用较大的空间，试验结束后便于存放。

2.该装置的预埋螺杆与粘结的钢片能保证试件在拉伸时减少应力集中而引起的试件两端的不规则断裂，试件端部的四周粘结钢片，并通过螺栓连接的方式与外部拉伸装置相连，拉伸应力分布均匀，框架组件能大大提高试验机的整体刚度。

3.采用柔性约束，钢带与球铰组件能提高对中而不产生端部附加弯矩，有效消除轴向偏心，将钢片用粘贴剂与试件端部相连，能有效增大试件拉伸时的作用面积，减少试件端部的受力，降低试件端部提前发生断裂的概率。

4.试件端部螺栓连接的钢片以四角处螺栓连接方式固定到可滑动组件上，有效消除了应力集中现象，增大了受力面积，增强了框架组件的整体稳定性。

5.通过LVDT回弹式位移传感器与电阻式位移传感器采集的数据，取其平均值来准确实时地监控位移的变化，也能反应荷载作用下对试件损伤的影响。

6.通过LVDT回弹式位移传感器与钢带相连，测试钢带的位移，钢带的位移也是整体位移的一部分，不能忽略测试。

附图说明：

图1为本发明水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置结构主视图。

图2为本发明水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置结构俯视图。

图3为可滑动框架结构示意图。

图中，1为框架组件、2为球铰组件、3为可滑动框架组件、4为轴承、5为连接臂、6为螺杆、7为可滑动螺帽、8为可滑动杆、9为钢片、10为LVDT直线位移传感器、11为电阻式位移传感器、12为钢带、13为试件、14为LVDT回弹式位移传感器。

具体实施方式：

如图1所示，本发明提供一种水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置，该装置包括框架组件1、球铰组件2、可滑动框架组件3和钢带12；框架组件1连接可滑动框架组件3，可滑动框架组件3连接球铰组件2，球铰组件2连接钢带12。

可滑动框架组件3上装有能在可滑动框架组件上进行上下滑动的可滑动杆8，可滑动杆8上设有使用时连接螺杆6的一端的可滑动螺帽7，螺杆6的另一端使用时预埋在试件13中。

可滑动框架组件3连接钢片9的一端，钢片9的另一端使用时通过粘结剂与试件13相连。

即可滑动框架组件3通过可滑动螺帽7与预埋在试件中的螺杆6相连，螺杆6选用耐腐蚀、不锈钢、强度高的材质，钢片9通过粘结剂与试件13相连，而钢片9的另一端通过螺栓连接的方式与可滑动框架组件3相连。

框架组件1的两侧装有与计算机相连且能通过计算机对试件13的位移进行实时监控的电阻式位移传感器11，计算机还连接使用时设置在试件两侧的对试件进行位移测量的LVDT直线位移传感器10，取两者采集的数据平均值进行位移的动态测试保证监测结果的可靠性。

LVDT回弹式位移传感器14与钢带12相连，用于测试钢带的位移。

球铰组件2通过轴承4连接钢带12，钢带12属于柔性约束。

球铰组件2通过连接臂5与可滑动框架组件3的四角处螺栓连接。

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

如图1和2所示，本发明主要针对水泥基复合材料，框架组件1两侧设有电阻式位移传感器11与计算机相连测量位移，其两端通过连接臂5连接到球铰组件2连接，球铰组件2一端通过轴承4与钢带12连接于试验机夹具；

可滑动框架组件3在主件上装有可滑动杆8，可滑动杆8上设有可滑动螺帽7用于连接在试件中预埋的螺杆6；可滑动框架组件3还通过螺栓连接的方式与钢片9通过粘结剂与试件13相连。预埋的螺杆6采用耐腐蚀、不锈钢、强度高的材质，螺杆端部有螺纹。螺栓连接可以提高部件之间的连接强度，不容易在连接处出现疲劳和裂纹。

钢带12采用的钢号为A3,钢带性质稳定，钢的硬度较好，有韧性，刚性较好，不易腐蚀。

试件13可根据实验所需的尺寸大小进行制备。

试件13两端需要预埋螺杆6，预埋时要使其水平，埋深相同，并将螺纹处与可滑动螺帽7旋紧。

监测装置由LVDT直线位移传感器10和电阻式位移传感器11与计算机相连组成，当试验机开始拉伸时，试件13由于受到拉力，会发生位移，通过LVDT直线位移传感器10和电阻式位移传感器11与计算机相连实时采集数据，取两者平均值，能够准确估计位移变化，分析位移变化，实现动态测试。

LVDT直线位移传感器10和电阻式位移传感器11，所采集的数据均用以监测荷载作用下的试件13损伤情况。

LLVDT直线位移传感器10的型号为SDVB20M，该仪器优点在于耐磨性强，精度高。

LVDT回弹式位移传感器14与钢带12相连，测试钢带的位移，钢带的位移也是整体位移的一部分，不能忽略测试。

下面结说明本发明的使用过程:

根据试验的要求，配制水泥基复合材料，并按实验要求的尺寸，制作水泥基复合材料试件13。

将水泥基复合材料试件13放入框架组件1中，水泥基复合材料试件13的两端预埋螺杆6，并用粘结剂在其两端的四周粘结钢片9保证水泥基复合材料试件13在拉伸时，不产生端部（附加）弯矩，避免水泥基复合材料试件13在端部发生破坏。

预埋螺杆6要选用耐腐蚀、不锈钢、强度高的材质，螺杆端部有螺纹。

调节框架组件3中可滑动杆8的位置使其与预埋螺杆6的埋设位置平行，并将可滑动杆8上的可滑动螺帽7对准螺杆6旋转螺帽7使其旋紧。

将钢片9以螺栓连接的方式固定在可滑动框架组件3上，提高框架组件1的整体稳定性。

可滑动框架组件3通过连接臂5与球铰组件2相连，采用四角螺栓连接的方式相连，提高了结构相互连接的强度。

球铰组件2安装的轴承4可以更好的连接到钢带12，钢带12通过夹具连接到试验机，采用柔性约束可以使试件13在一定的运动空间内发生位移，当试件13放置到框架组件1后，若轴心不能对中，可以通过不断的调整柔性约束的方向使轴心能够有效地对中，消除轴向偏心。

电阻式位移传感器11粘贴在框架组件1与试件13的长边平行的两侧框架上，将电阻式位移传感器11与计算机相连，可以实时测试。

LVDT直线位移传感器10与试件13直接相连，对试件13进行位移测试，将两者采集的数据取平均值，更加准确的对位移进行动态测试。

LVDT回弹式位移传感器14与钢带12相连，利用LVDT回弹式位移传感器14测试钢带的位移，钢带的位移也是整体位移的一部分，不能忽略测试，这样实验数据更加精准。

Claims (2)

1.一种水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置，其特征在于：该装置包括框架组件（1）、球铰组件（2）、可滑动框架组件（3）和钢带（12）；框架组件（1）连接可滑动框架组件（3），可滑动框架组件（3）连接球铰组件（2），球铰组件（2）连接钢带（12）；

可滑动框架组件（3）上装有能在可滑动框架组件上进行上下滑动的可滑动杆（8），可滑动杆（8）上设有使用时连接螺杆（6）的一端的可滑动螺帽（7），螺杆（6）的另一端使用时预埋在试件（13）中；

球铰组件（2）通过轴承（4）连接钢带（12）；

可滑动框架组件（3）连接钢片（9）的一端，钢片（9）的另一端使用时通过粘结剂与试件（13）相连；

框架组件（1）的两侧装有与计算机相连且能通过计算机对试件（13）的位移进行实时监控的电阻式位移传感器（11），计算机还连接使用时设置在试件两侧的对试件进行位移测量的LVDT直线位移传感器（10）；

LVDT回弹式位移传感器（14）与钢带（12）相连。

2.根据权利要求1所述的水泥基复合材料试件的轴向拉伸试验装置，其特征在于：球铰组件（2）通过连接臂（5）与可滑动框架组件（3）的四角处螺栓连接。