CN107621402A - 一种杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程领域中的混凝土室内试验技术领域，具体为一种杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置。解决了传统抗拉徐变试验装置复杂，造价较高的问题，上杠杆梁和下杠杆梁为呈开口较大的V字型的曲线形状梁，上杠杆梁和下杠杆梁的中心位置设有预留的孔，中心钢轴穿过上杠杆梁和下杠杆梁中间预留的孔，通过中心钢轴和中心连接轴螺栓连接而成，预先埋设振弦式应变传感器的受拉混凝土试块放置在上杠杆梁和下杠杆梁之间，振弦式应变传感器的轴线与受拉混凝土试块平行，上杠杆梁另一端安装配重加载平台，配重加载平台上放置配重块。本发明施工方便，成本较低且安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域中的混凝土室内试验技术领域，具体为一种杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置。
背景技术
混凝土材料在现代桥梁结构上得到了较为广泛的应用，然而，受混凝土收缩徐变效应的影响，大跨度预应力混凝土桥将产生较大的变形，甚至垮塌。过大的变形将显著影响桥梁结构，特别是大跨度高速铁路桥梁的运营安全性。针对混凝土受压试件，各国学者进行了大量徐变试验，并在此基础上得到了诸多徐变预测模型，如ACI209，CEB10，GL2000，B3和B4模型。这些模型的正确提出，对于正确预测桥梁结构的长期变形具有重要意义。但是既有试验研究主要针对混凝土受压试件，对混凝土受拉试块的试验研究较为欠缺，而桥梁结构主要为承受压弯构件的结构，梁体的底部会承担部分拉应力。针对混凝土的抗拉徐变试验，专利号CN103149100A和CN103149094A专门设计了螺栓拉伸式和弹簧拉伸式徐变试验装置，该装置虽然可对混凝土的拉伸徐变性能进行测试，但受徐变的影响，试件受到的拉应力会逐渐减小，需随时间变化逐渐调整，不能施加恒定的拉应力。且试验装置仍需要千斤顶和弹簧等装置，加载装置复杂，造价较高。需要提出一种加载恒定，装置简单的混凝土拉伸徐变加载装置。
发明内容
本发明为了解决传统抗拉徐变试验装置的试件受到的拉应力需随时间变化逐渐调整，试验装置需要千斤顶和弹簧等装置，加载装置复杂，造价较高的问题，提供一种杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置。
本发明采取以下技术方案：一种杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置，包括上杠杆梁、下杠杆梁、保险轴、混凝土试块、振弦式应变传感器、中心钢轴、配重块和配重加载平台，上杠杆梁和下杠杆梁为呈开口较大的V字型的曲线形状梁，上杠杆梁和下杠杆梁的中心位置设有预留的孔，中心钢轴穿过上杠杆梁和下杠杆梁中间预留的孔，通过中心钢轴和中心连接轴螺栓连接而成，预先埋设振弦式应变传感器的受拉混凝土试块放置在上杠杆梁和下杠杆梁之间，振弦式应变传感器的轴线与受拉混凝土试块平行，所述上杠杆梁另一端安装配重加载平台，配重加载平台上放置配重块。
进一步的，混凝土试块为圆柱体，圆柱体的上下部位为扩大的棱台结构，上下部位扩大的棱台结构分别卡在上部夹头和下部夹头中，所述上部夹头和下部夹头分别与上部球铰和下部球铰连接，所述上部球铰和下部球铰分别固定到上杠杆梁和下杠杆梁上。
进一步的，受拉混凝土试块旁边安装有保险轴，保险轴为带有保险轴螺帽的钢轴，相应的保险轴螺帽在上杠杆梁的上表面和下杠杆梁的下表面拧紧。
进一步的，上杠杆梁和下杠杆梁的配重块加载端和受拉混凝土徐变试块端分别设置了横向连接孔I和横向连接孔II，横向连接孔I和横向连接孔II内分别穿有横向连接轴I和横向连接轴II并用螺栓固定，通过横向连接轴I和横向连接轴II连接若干组杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置。
本发明所提供的一种杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1）本发明加载装置简单，无需千斤顶等复杂装置，且各部件制造加工难度小，施工方便，成本较低且安全可靠，推广应用价值较大，加载装置可重复利用。
2）本发明采用配重方式加载，可有效保证施加荷载的恒定，在后续的测试过程中无需荷载调整，能节省大量的人力物力。采用凹槽式夹头装置和球形铰，可确保混凝土试块截面上受力均匀。
3）施加到混凝土试块上的应力可根据配重块大小、数目和杠杆壁的比例关系调整，以实现对不同尺寸混凝土试件在恒定或变化荷载下的受拉徐变加载。
4）试验数据的收集采用振弦式应变传感器，可直接将其与电脑测试系统连接，试验数据可自动采集并存储，与传统的千分表读数相比，具有测试速度快，结果准确，可靠性高等优势。
附图说明
图1为杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置的正视图；
图2为杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置的俯视图；
图中各个部位的含义如下：1-上杠杆梁；2-下杠杆梁；3-上部夹头；4-下部夹头；5-上部球铰；6-下部球铰；7-保险轴；8-混凝土试块；9-振弦式应变传感器；10-中心钢轴；11-中心连接轴螺栓；12-横向连接轴I；13-横向连接轴II；14-横向连接孔I；15-横向连接孔II；16-配重块；17-保险轴螺帽；18-配重加载平台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的构思、具体细节及获得的技术效果作进一步说明。
图1示意性地给出了根据本发明的一种实施方式的杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置。如图1—图2所示，该杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置包括上杠杆梁1，下杠杆梁2，上部夹头3，下部夹头4，上部球铰5，下部球铰6，保险轴7，混凝土试块8，振弦式应变传感器9，中心钢轴10，中心连接轴螺栓11，横向连接轴I12，横向连接轴II13，横向连接孔I14，横向连接孔II15，配重块16，保险轴螺帽17，配重加载平台18。
所述上杠杆梁1和下杠杆梁2呈开口较大的V字型，上杠杆梁1和下杠杆梁2的中间位置，即V字型的最低端，通过中心钢轴10和中心连接轴螺栓11连接而成，由此而形成剪刀形状的杠杆式混凝土徐变加载装置。所述剪刀型加载装置的一端可以安装受拉的混凝土徐变试块，另外一端可以布置配重块。
所述预先埋设振弦式应变传感器9的受拉混凝土试块8放置在上杠杆梁1和下杠杆梁2之间，所述振弦式应变传感器9一般放置到受拉混凝土试块8的中间位置，所述振弦式应变传感器9的轴线与混凝土试块平行，其数目一般为3个。所述混凝土试块8为圆柱体，在圆柱体的上下部位为扩大的棱台结构，上下部位扩大的棱台结构分别卡在上部夹头3和下部夹头4中，所述上部夹头3和下部夹头4的尺寸大小与混凝土试块8相对应。所述上部夹头3和下部夹头4分别与上部球铰5和下部球铰6连接，所述上部球铰5和下部球铰6分别固定到上杠杆梁1和下杠杆梁2上。所述球形铰可有效保证所述混凝土试块受轴向拉力作用。具体的，所述加载装置由上往下的顺序依次为上杠杆梁1，上部球铰5，上部夹头3，混凝土试块8，下部夹头4，下部球铰6，下杠杆梁2。
所述剪刀型加载装置的另一端为配重加载装置，在所述上杠杆梁1上安装配重加载平台18，所述配重加载平台18为焊接或螺栓连接的钢结构。所述配重加载平台18的尺寸大小根据设计要求的配重块大小而定。具体的，可通过焊接的方式焊接到上杠杆梁1上。在所述配重加载平台18上放置配重块16可实现对受拉混凝土试块的加载。所述配重块16可以是一定尺寸大小的混凝土块或水箱。
进一步地，为防止荷载较大导致受拉混凝土试块8拉断对结构产生的不利影响，在受拉混凝土试块8旁边安装了保险轴7，该保险轴7由带保险轴螺帽17的钢轴组成，相应的保险轴螺帽17只在上杠杆梁1的上表面和下杠杆梁2的下表面拧紧。保险轴7的长度要预留足够的受拉混凝土试块8的变形空间，不能限制混凝土试块的变形。
进一步地，在剪刀型加载装置的配重块加载端和受拉混凝土徐变试块端分别设置了横向连接孔I14和横向连接孔II15。将横向连接轴I12，横向连接轴II13分别穿过三组剪刀型加载装置的横向连接孔I14和横向连接孔II15，并用螺栓固定，将三组剪刀型加载装置固定成一个整体，连接后的装置能有效保证其横向稳定性。
所述上杠杆梁1和下杠杆梁2由工厂轧制而成，其钢材采用Q345钢，所述上下杠杆梁设置为曲线形状的梁，具体为尺寸较大的V字型结构，在V字型的底部有可以贯穿的孔洞。将中心钢轴10穿过上杠杆梁1和下杠杆梁2的中心孔洞，拧紧中心连接轴螺栓11，从而形成剪刀型混凝土徐变加载装置。所述杠杆梁材料的尺寸与加载的混凝土试块的尺寸相关，要求能在保证提供较大弯矩的情况下，不至产生较大变形。
所述混凝土拉伸徐变试块的尺寸可以是100×500mm的圆柱体试块，在制作相应尺寸的混凝土拉伸徐变试块的同时，尚需浇筑100×100×500 mm的棱柱体试块，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081—2002 测试其抗拉强度，试验施加到混凝土试块上的应力一般为极限抗拉强度的30%。
具体的，在混凝土受拉徐变试块浇筑时，浇筑模板的凹槽部分可直接采用本加载装置的上部夹头3和下部夹头4，其余部分采用半圆柱体模板。混凝土初凝后，仅拆除半圆柱体模板，保留上部夹头3和下部夹头4即可形成实际受力的混凝土徐变加载试块。但在浇筑混凝土前，应该在模板表面涂抹一层润滑油，保证受拉徐变试块与夹头之间无粘结作用。
本发明在具体实施例中的步骤如下：
1）将本试验装置的上部夹头3、下部夹头4作为两端的凹槽模板，并在中间安装半圆型柱体模板，在要浇筑的混凝土试块中部焊接钢筋支架，并绑扎与混凝土试块轴线方向相同的若干振弦式应变传感器，在模板内表面涂抹一层润滑油，然后灌注混凝土；
2）混凝土试块放置到标准养护室条件下养护，初凝后拆除半圆柱体模板，保留夹头部分的模板，将其养护至规定龄期。将混凝土试块内的振弦式应变计测试线连接至应变测试箱和电脑终端，测试混凝土的初始应变值；
3）将带有上部夹头3和下部夹头4的混凝土试块分别与上部球铰5和下部球铰6连接到一起，将球形铰分别与上下杠杆梁连接，同时保证固定到剪刀型加载装置上的混凝土试块处于垂直状态；
4）将保险轴7穿过上下杠杆梁预留的圆孔，并拧紧保险轴螺帽17，其上下螺母的拧紧距离，既要保证混凝土试块在变形状态下有足够的变形，又要防止受拉混凝土试块拉断引起的安全事故；
5）横向连接杆穿过横向连接孔，可将三组相同的剪刀型加载装置连接到一起，将各个加载装置的下弦杆固定到刚性地基上，保证各个加载装置的加载稳定性；
6）安装完成后，施加混凝土配重荷载，根据混凝土徐变试验标准规范的要求按照一定时间间隔读取试验数据。
以上所述的仅是本发明的较佳具体实施例，并非对其限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，无需创造性劳动就可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置，其特征在于：包括上杠杆梁（1）、下杠杆梁（2）、保险轴（7）、混凝土试块（8）、振弦式应变传感器（9）、中心钢轴（10）、配重块（16）和配重加载平台（18），上杠杆梁（1）和下杠杆梁（2）为呈开口较大的V字型的曲线形状梁，上杠杆梁（1）和下杠杆梁（2）的中心位置设有预留的孔，中心钢轴（10）穿过上杠杆梁（1）和下杠杆梁（2）中间预留的孔，通过中心钢轴（10）和中心连接轴螺栓（11）连接而成，预先埋设振弦式应变传感器（9）的受拉混凝土试块（8）放置在上杠杆梁（1）和下杠杆梁（2）之间，振弦式应变传感器（9）的轴线与受拉混凝土试块（8）平行，所述上杠杆梁（1）另一端安装配重加载平台（18），配重加载平台（18）上放置配重块（16）。
2.根据权利要求1所述的杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置，其特征在于：所述混凝土试块（8）为圆柱体，圆柱体的上下部位为扩大的棱台结构，上下部位扩大的棱台结构分别卡在上部夹头（3）和下部夹头（4）中，所述上部夹头（3）和下部夹头（4）分别与上部球铰（5）和下部球铰（6）连接，所述上部球铰（5）和下部球铰（6）分别固定到上杠杆梁（1）和下杠杆梁（2）上。
3.根据权利要求2所述的杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置，其特征在于：所述的受拉混凝土试块（8）旁边安装有保险轴（7），保险轴（7）为带有保险轴螺帽（17）的钢轴，相应的保险轴螺帽（17）在上杠杆梁（1）的上表面和下杠杆梁（2）的下表面拧紧。
4.根据权利要求3所述的杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置，其特征在于：上杠杆梁（1）和下杠杆梁（2）的配重块加载端和受拉混凝土徐变试块端分别设置了横向连接孔I（14）和横向连接孔II（15），横向连接孔I（14）和横向连接孔II（15）内分别穿有横向连接轴I（12）和横向连接轴II（13）并用螺栓固定，通过横向连接轴I（12）和横向连接轴II（13）连接若干组杠杆式混凝土拉伸徐变加载装置。
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