CN107036901A - 一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置 - Google Patents

一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，包括框架组件、侧向施压组件和拉拔试验组件，所述的框架组件包括用于固定待测试块的试块固定组件，用于调整试块整体高度的四根长直螺杆和用于将装置固定在试验机上的底部钢板，所述的试块固定组件包括框架、框架内底板和框架内竖向侧板组件，所述的侧向施压组件包括固定在框架外侧壁上的套筒、连接在套筒两侧的旋转手柄、微型压力传感器以及设置在套筒内部的弹簧；所述的拉拔试验组件包括用于夹持单丝纤维的夹具、连接在夹具上方的接头。本发明原理清晰、结构简单，可用于检测侧压力存在的情况下，单根纤维在竖向单调荷载下与基体间的粘结性能，能完全满足科学研究或现场检测的需要。

Description

一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置
技术领域
本发明属于复合材料力学性能测试技术领域，涉及一种单丝拉拔试验装置，尤其涉及是可施加侧压力的单丝拉拔试验装置。
背景技术
在普通混凝土中掺入纤维，可以明显改善其抗拉、抗剪、抗弯、抗裂和耐磨等力学性能，并有利于增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，尤其是高弹性模量纤维的掺入，如钢纤维。钢纤维对混凝土的增强增韧阻裂作用主要是通过它与基体间的粘结力来实现的。在宏观尺度，通常采用纤维拉拔试验来定量地测得纤维与基体间的界面粘结力，并进一步计算粘结强度。相关规范中只规定了基体是砂浆时的纤维拉拔试验的试块形状，但并不适用于基体是混凝土的情况。根据文献检索的结果显示，目前混凝土（或纤维混凝土）的纤维拉拔试验研究中所使用的试验装置种类很多，但是试验过程中的对中问题都不能得到很好解决，并且受纤维和试块尺寸的限制，都未考虑侧压力对纤维粘结性能的影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，包括框架组件4、侧向施压组件1和拉拔试验组件，其特征在于：所述的框架组件4包括用于固定待测试块10的试块固定组件11，用于调整试块整体高度的四根长直螺杆12和用于将装置固定在试验机上的底部钢板13，所述的试块固定组件11包括框架4、框架4内底板15和框架内竖向侧板组件6，通过试块固定组件11对待测试块10进行“上下左右”四个面的周向限位固定；所述的侧向施压组件1包括固定在框架4外侧壁上的套筒7、连接在套筒7两侧的旋转手柄8、微型压力传感器2以及设置在套筒内部的弹簧9，所述的竖向侧板组件6中部开设有通孔，用于与侧向施压组件连接，对试块进行侧向施压；所述的拉拔试验组件包括用于夹持单丝纤维的夹具5、连接在夹具5上方的接头18，接头18外接液压伺服试验机，用于对单丝纤维提供拉拔力，进行拉拔试验。
所述的框架4包括U型框体和两块分别铺设在U型框体上端两侧边的水平钢板，两块水平钢板靠装置内侧端与待测试块10上表面接触，实现对方形待测试块的上方限位，两块水平钢板靠装置外侧端上对称开设四个螺栓孔，底部钢板13上周向对称开设有对应的四个螺栓孔，四根长直螺杆12分别穿过上下对称的四组螺栓孔后，通过螺母旋合固定，实现框架组件4的外部固定，通过调整框架4与底部钢板13之间的相对距离，调整试块整体高度。
所述的旋转手柄8为L型旋转手柄，手柄与套筒7接触端设有直径略小于弹簧9直径的一段杆体，用于插入弹簧9内与弹簧一起移动，将外部施加在旋转手柄8上的转向力传递给弹簧9，形成对微型压力传感器2的侧向压力，进而经由压力传感器将侧向压力传递给侧板组件6，最后由侧板将测压均匀传递给试块。
所述的微型压力传感器2为硬币式微型压力传感器，传感器两侧分别带螺杆，一侧螺杆伸入套筒7内，与套筒内弹簧9接触，一侧螺杆穿过侧板组件6上中部通孔，通孔外侧螺杆上设有螺母，用于将该段螺杆固定在侧板组件6上，使压力经由侧板组件向试块侧壁施压，中部压力感应部件与外接压力显示部件连接，实时显示试块侧向受压值。
所述的夹具5包括两块相配合的钢板组件，两块钢板之间通过8组螺钉连接固定，通过调整8组螺钉的松紧，将两块钢板分开，夹入待测试块上方纤维后，旋紧钢板固定夹紧纤维，夹具5上端设有凸块，凸块与接头18上对称开设圆孔，通过穿过圆孔的钢棒17实现接头18与夹具5的连接固定。
所述的夹具5两侧设有通过螺栓连接的两块角钢16，两块角钢16上对称设有两个竖向穿过角钢16上预留孔的位移传感器3，初始状态下位移传感器3底部尖端与试块上表面接触，两个位移传感器3分布在单丝纤维两侧，用于中和监测单丝纤维在拉拔试验中的竖向位移。
所述的框架4底板与内底板15之间设有四组螺栓螺母，通过旋转螺栓螺母调整内底板15在框架4内的高度，实现框架内试块的纵向限位固定。
所述的底部钢板13底面中部设置有用于与试验机夹头连接固定的夹持端，方便将整个装置稳定设置于试验机上。
所述的侧板组件6包括两组双层钢板，两组钢板分别分布于方形试块两侧，每组双层钢板通过四个螺栓螺母组件连接固定，实现对方形试块的侧向限位。
本发明具有如下优点：
本发明结构简单、原理清晰、方便安装，可通过单根纤维的拔出试验来检测侧压力存在的情况下，单根纤维(钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等)在竖向单调荷载下与基体(混凝土、砂浆、水泥基等)间的粘结性能，不受纤维形状、纤维种类、纤维埋置长度和角度、基体尺寸和基体类型的控制，能完全满足科学研究或现场检测的需要。
本发明同时也能满足基体中埋置多根纤维的情况，只需移动基体位置对纤维依次拉拔即可。本发明可在加载过程中实时监测纤维夹持端的位移以及两侧侧压力大小，结合液压伺服试验机(如MTS)监测到的竖向荷载值，即可得到不同侧压力下拉拔力与滑移的全曲线，进而方便进行后续分析。
附图说明
图1为本发明装置的主视结构示意图；
图2为本发明装置的三维结构示意图；
图3为本发明中夹具5的结构示意图；
其中：1-侧向施压组件，2-微型压力传感器，3-位移传感器，4-框架组件，5-夹具，6-侧板组件，7-套筒，8-旋转手柄，9-弹簧，10-待测试块，11-试块固定组件，12-螺杆，13-底部钢板，14-框架，15-内底板，16-角钢，17-钢棒，18-接头。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-3所示，一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，包括框架组件4、侧向施压组件1和拉拔试验组件，其特征在于：所述的框架组件4包括用于固定待测试块10的试块固定组件11，用于调整试块整体高度的四根长直螺杆12和用于将装置固定在试验机上的底部钢板13，所述的试块固定组件11包括框架4、框架4内底板15和框架内竖向侧板组件6，通过试块固定组件11对待测试块10进行“上下左右”四个面的周向限位固定；所述的侧向施压组件1包括固定在框架4外侧壁上的套筒7、连接在套筒7两侧的旋转手柄8、微型压力传感器2以及设置在套筒内部的弹簧9，所述的竖向侧板组件6中部开设有通孔，用于与侧向施压组件连接，对试块进行侧向施压；所述的拉拔试验组件包括用于夹持单丝纤维的夹具5、连接在夹具5上方的接头18，接头18外接液压伺服试验机，用于对单丝纤维提供拉拔力，进行拉拔试验。
所述的框架4包括U型框体和两块分别铺设在U型框体上端两侧边的水平钢板，两块水平钢板靠装置内侧端与待测试块10上表面接触，实现对方形待测试块的上方限位，两块水平钢板靠装置外侧端上对称开设四个螺栓孔，底部钢板13上周向对称开设有对应的四个螺栓孔，四根长直螺杆12分别穿过上下对称的四组螺栓孔后，通过螺母旋合固定，实现框架组件4的外部固定，通过调整框架4与底部钢板13之间的相对距离，调整试块整体高度。
所述的旋转手柄8为L型旋转手柄，手柄与套筒7接触端设有直径略小于弹簧9直径的一段杆体，用于插入弹簧9内与弹簧一起移动，将外部施加在旋转手柄8上的转向力传递给弹簧9，形成对微型压力传感器2的侧向压力，进而经由压力传感器将侧向压力传递给侧板组件6，最后由侧板将测压均匀传递给试块。
所述的微型压力传感器2为硬币式微型压力传感器，传感器两侧分别带螺杆，一侧螺杆伸入套筒7内，与套筒内弹簧9接触，一侧螺杆穿过侧板组件6上中部通孔，通孔外侧螺杆上设有螺母，用于将该段螺杆固定在侧板组件6上，使压力经由侧板组件向试块侧壁施压，中部压力感应部件与外接压力显示部件连接，实时显示试块侧向受压值。
所述的夹具5包括两块相配合的钢板组件，两块钢板之间通过8组螺钉连接固定，通过调整8组螺钉的松紧，将两块钢板分开，夹入待测试块上方纤维后，旋紧钢板固定夹紧纤维，夹具5上端设有凸块，凸块与接头18上对称开设圆孔，通过穿过圆孔的钢棒17实现接头18与夹具5的连接固定。
所述的夹具5两侧设有通过螺栓连接的两块角钢16，两块角钢16上对称设有两个竖向穿过角钢16上预留孔的位移传感器3，初始状态下位移传感器3底部尖端与试块上表面接触，两个位移传感器3分布在单丝纤维两侧，用于中和监测单丝纤维在拉拔试验中的竖向位移。
所述的框架4底板与内底板15之间设有四组螺栓螺母，通过旋转螺栓螺母调整内底板15在框架4内的高度，实现框架内试块的纵向限位固定。
所述的底部钢板13底面中部设置有用于与试验机夹头连接固定的夹持端，方便将整个装置稳定设置于试验机上。
所述的侧板组件6包括两组双层钢板，两组钢板分别分布于方形试块两侧，每组双层钢板通过四个螺栓螺母组件连接固定，实现对方形试块的侧向限位。
本装置的安装步骤和操作步骤如下：
1、安装步骤：
安装步骤1：框架组件4的安装：先将底部钢板13用螺栓固定在试验机的下夹具上，再将四根长直螺杆12先后穿过框架14上方钢板外侧端上和底部钢板13上对应设置的螺栓孔，预留一定的操作空间后调整螺杆12上各螺母的位置，保证螺杆不发生移动；
安装步骤2（当无需侧压力时步骤2可省略）：用于施加侧压力的侧向施压组件1的安装：将内壁带有螺纹的钢制套筒7焊接在框架14的外侧壁上，并使套筒7的内孔与框架14外侧壁上的预留孔对应，然后将带有螺纹的旋转手柄8从外侧旋入套筒内，接着把高强弹簧9从内侧放入套筒7内，并使其卡到旋转手柄8的伸出端，然后将微型压力传感器2的一侧螺杆从内侧通过框架14上的预留孔穿入钢制套筒7内。用四个螺栓穿过双层钢侧板组件6的通孔将两钢板连接起来，同时使两钢板中心的通孔处于一条直线上，然后将微型压力传感器2的另一端螺杆穿过侧板组件6的中心通孔，并用螺帽固定，给待测试块10预留一定位置。对称的另外一边的安装步骤与此相似；
安装步骤3：待测试块10的安装：
将待测试块10用内底板15同时安装，并且同步调整侧板组件6的位置，使试块的上部与框架14上端钢板接触，将待测试块10位置调整好之后，通过四个小螺杆穿过框架14下部的螺纹孔固定内底板15和待测试块10；
安装步骤4：位移传感器3的安装：通过夹具5上的小螺钉将试块10上的单丝纤维夹在纤维夹具5上，然后夹具5通过一个小钢棒17与接头18相连，这样能使夹具5有一定活动空间，方便其配合试块的位置做出一定调整；接着，将对称的两个预留螺丝孔的小角钢16通过两个螺丝和四个螺帽固定在纤维夹具5上，最后将位移传感器3固定在小角钢预留的对应孔里，并使其底部尖头与试块10上表面接触；接头18固定在试验机上端的夹具上。
2、操作步骤：
操作步骤1：检查装置：微调旋转手柄8在套筒7上的位置，确保微型压力传感器2、双层侧板组件6、高强弹簧9的水平对中，同时使两个对称的侧板组件6与试块10接触；确保试块10与框架14和内底板15紧密接触；确保框架组件4、纤维、夹具5、接头18、位移传感器3和试验机的垂直对中；确保底部钢板13和试验机下端紧密相连；检查完毕后将整套加载装置固定；
操作步骤2：预加载：将已标定好的硬币式微型压力传感器2、位移传感器3与对应的应变仪相连，并从两边转动旋转手柄8进行预加载，查看装置是否正常工作；
操作步骤3：正式加载：匀速缓慢地转动旋转手柄8，保证加载速度满足规范要求，同时记录微型压力传感器2的读数，使侧压力达到预定值后保持其不变，然后通过控制试验机施加使纤维拔出的竖向力，同时记录位移传感器3和试验机内部的荷载读数，直至纤维拉断或者拔出，加载结束。
本实施例的检测装置使用方法的操作步骤适用于各种形状、各种种类的纤维拔出施加单向侧向压力的操作，若为双向侧向压力，则同样需要在另外方向加接触试块的侧板和压力传感器，并加设有固定套筒和旋转手柄的另外两个侧板。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (9)

1.一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，包括框架组件(4)、侧向施压组件(1)和拉拔试验组件，其特征在于：所述的框架组件(4)包括用于固定待测试块(10)的试块固定组件(11)，用于调整试块整体高度的四根长直螺杆(12)和用于将装置固定在试验机上的底部钢板(13)，所述的试块固定组件(11)包括框架(4)、框架(4)内底板(15)和框架内竖向侧板组件(6)，通过试块固定组件(11)对待测试块(10)进行周向限位固定；所述的侧向施压组件(1)包括固定在框架(4)外侧壁上的套筒(7)、连接在套筒(7)两侧的旋转手柄(8)、微型压力传感器(2)以及设置在套筒内部的弹簧(9)，所述的竖向侧板组件(6)中部开设有通孔，用于与侧向施压组件连接，对试块进行侧向施压；所述的拉拔试验组件包括用于夹持单丝纤维的夹具(5)、连接在夹具(5)上方的接头(18)，接头(18)外接液压伺服试验机，用于对单丝纤维提供拉拔力，进行拉拔试验。
2.如权利要求1所述的一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，其特征在于：所述的框架(4)包括U型框体和两块分别铺设在U型框体上端两侧边的水平钢板，两块水平钢板靠装置内侧端与待测试块(10)上表面接触，实现对方形待测试块的上方限位，两块水平钢板靠装置外侧端上对称开设四个螺栓孔，底部钢板(13)上周向对称开设有对应的四个螺栓孔，四根长直螺杆(12)分别穿过上下对称的四组螺栓孔后，通过螺母旋合固定，实现框架组件(4)的外部固定。
3.如权利要求1所述的一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，其特征在于：所述的旋转手柄(8)为L型旋转手柄，手柄与套筒(7)接触端设有直径略小于弹簧(9)直径的一段杆体，用于插入弹簧(9)内与弹簧一起移动。
4.如权利要求1所述的一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，其特征在于：所述的微型压力传感器(2)为硬币式微型压力传感器，传感器两侧分别带螺杆，一侧螺杆伸入套筒(7)内，与套筒内弹簧(9)接触，一侧螺杆穿过侧板组件(6)上中部通孔，通孔外侧螺杆上设有螺母，用于将该段螺杆固定在侧板组件(6)上，使压力经由侧板组件向试块侧壁施压，中部压力感应部件与外接压力显示部件连接，实时显示试块侧向受压值。
5.如权利要求1所述的一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，其特征在于：所述的夹具(5)包括两块相配合的钢板组件，两块钢板之间通过(8)组螺钉连接固定，通过调整(8)组螺钉的松紧，将两块钢板分开，夹入待测试块上方纤维后，旋紧钢板固定夹紧纤维，夹具(5)上端设有凸块，凸块与接头(18)上对称开设圆孔，通过穿过圆孔的钢棒(17)实现接头(18)与夹具(5)的连接固定。
6.如权利要求1所述的一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，其特征在于：所述的夹具(5)两侧设有通过螺栓连接的两块角钢(16)，两块角钢(16)上对称设有两个竖向穿过角钢(16)上预留孔的位移传感器(3)，初始状态下位移传感器(3)底部尖端与试块上表面接触，两个位移传感器(3)分布在单丝纤维两侧，用于中和监测单丝纤维在拉拔试验中的竖向位移。
7.如权利要求1所述的一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，其特征在于：所述的框架(4)底板与内底板(15)之间设有四组螺栓螺母，通过旋转螺栓螺母调整内底板(15)在框架(4)内的高度，实现框架内试块的纵向限位固定。
8.如权利要求1所述的一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，其特征在于：所述的底部钢板(13)底面中部设置有用于与试验机夹头连接固定的夹持端，方便将整个装置稳定设置于试验机上。
9.如权利要求1所述的一种可施加侧压力的单丝拉拔试验装置，其特征在于：所述的侧板组件(6)包括两组双层钢板，两组钢板分别分布于方形试块两侧，每组双层钢板通过四个螺栓螺母组件连接固定，实现对方形试块的侧向限位。
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