CN108414365B - 混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混凝土受自然力作用下破坏应力‑应变全曲线测试装置，包括底板、立柱、传力板以及设于传力板下方的球铰机构，传力板上设置用于容纳液体的加载容器，加载容器的周向设置防止加载容器倾倒的立柱，立柱通过内侧的滚轮与加载容器竖向导向配合。本发明将现有固定在加载框架顶部的加载液压缸改为设置在加载框架内侧且与立柱竖向导向配合的加载容器，通过向加载容器中注入或排出液体来控制加载容器的加载力，注有液体的加载容器靠自身重力对试件进行加载，通过控制加液、放液速度及加液量很好的模拟了自然力对混凝土试件的作用，并能够测量试件整个破坏过程的载荷量和变形量，得到应力‑应变全曲线。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程试验检测技术领域，特别是涉及混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置。
背景技术
混凝土在单轴受压破坏时的应力-应变全曲线是对钢筋混凝土结构构件进行弹塑性全过程分析,极限状态下构件截面应力分布,抗震和抗爆结构延性和恢复力特性分析，并对钢筋混凝土结构进行合理设计的基本依据之一。然而，在实际的科研活动中，人们通常采用试验机模拟自然力对混凝土试件的作用，由于混凝土本身的脆性，采用普通压力试验机很难得到峰值后的荷载-变形曲线。
技术人员经过无数次的研究分析和试验发现，造成上述技术问题的原因在于：普通试验机加载框架的刚度不足，当混凝土试件内部裂缝开始扩展，承载力趋于降低时，积聚于试验机加载框架内的弹性变形能突然释放，导致试件瞬间被冲击破坏，从而无法得到峰值后的载荷-变形曲线，而试验机的加载作用过程与混凝土受自然力作用下产生的应力和变形情况有所不同。
研究混凝土试件在自然力作用下真实的强度和变形行为与传统试验方法的差异，且得到混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线，是当前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在提供混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置，以解决现有技术中的问题。
混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置，包括由底板、立柱组成的加载框架，由传力板、球铰机构、用于容纳液体的加载容器和储液缸组成自然力模拟系统，由液压泵站和千斤顶组成的顶升机构，由液位计、流量计、开关阀、控制器和计算机组成的控制系统，以及由荷载传感器、变形传感器、控制器和计算机组成的数据采集系统，加载容器设于传力板上，立柱设于加载容器的周向用于防止加载容器倾倒，立柱的内侧通过滚轮与加载容器竖向导向配合。
优选的，立柱至少有两个且分布在加载容器周向，每个立柱的内侧设置两个与加载容器导向滚动配合的滚轮。
优选的，千斤顶有两个，设置在底板上用于对加载容器施加举升和限位作用。
优选的，液压泵站为电动液压泵站。
优选的，载荷传感器设于球铰机构下方，开关阀包括设于液压泵站上的具有控制液体流量的流量控制阀、换向阀、放液阀和加液阀，流量计包括放液流量计和加液流量计，储液缸上具有加液管路和回液管路，加液管路由储液缸底部出液口通过软管依次与流体磁力泵、加液流量计、加液阀和加载容器顶部的进液口连接形成，回液管路由加载容器底部的放液口通过软管依次与放液流量计、放液阀和储液缸顶部的回液口连接形成。
优选的，液位计沿垂直方向设置于加载容器内。
优选的，流量控制阀、换向阀、放液阀、加液阀和加液流量计均为电磁阀且换向阀为两位四通电磁换向阀，控制器分别与流量控制阀、换向阀、放液阀和加液阀控制连接，控制器分别与放液流量计、液位计、加液流量计、载荷传感器以及变形传感器采样连接，控制器与计算机连接，计算机软件通过对加载容器内液位和管路内流量信号的反馈实现对加载容器添加液体速度和添加量的实时精确控制，也是对试件加卸载的实时控制，计算机软件通过对顶升机构中千斤顶活塞高度的精确控制为安放试件和加载试验提供条件，控制器将接收到的荷载信号和变形信号处理后上传给计算机实现数据的实时采集、显示和保存。
本发明的混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置，将现有的固定在加载框架顶部的加载液压缸改为设置在加载框架内侧且与加载框架立柱竖向导向配合的加载容器，通过向加载容器中注入或排出液体来控制加载容器的加载力，注有液体的加载容器靠自身重力对试件进行加载，完全避免了因加载框架弹性形变能突然释放导致试件瞬间被冲击破坏，从而无法得到峰值后的载荷-变形曲线的问题，本测试装置，能很好模拟恒载及变化荷载等自然力对混凝土试件的破坏作用，并得到整个破坏过程的载荷量和变形量，得到应力-应变全曲线。
进一步的，采用滚轮，摩擦力小，能够最大限度的减少对加载容器自然下落的干扰。
进一步的，底板上设置至少两个在竖直方向上输出直线往复运动的用于对加载容器举升和限位的千斤顶，这样在试验的过程中，可以操控千斤顶上升托举起加载容器，方便安装试件，省时省力，另外，在对试件加载的过程中，可以操控千斤顶使其活塞杆顶部缩回的高度符合设定，目的是对加载容器的下降高度进行限位，防止试件破坏后加载容器完全下落时破坏载荷传感器和变形传感器。
附图说明
图1是实施例1中混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置的一种结构示意图。
图2是实施例2中混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置的一种结构示意图。
图3是控制原理图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
如图1、图3所示，混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置包括加载框架、自然力模拟系统、顶升机构和控制与数据采集系统等功能组件。
加载框架由立柱1、底板11组成，可为自然力模拟系统和顶升机构提供支撑、并为试件受力试验提供反力。立柱1设置在底板11的周边，顶部通过横梁连接为整体结构，立柱内侧上下对应设置有滚轮2，滚轮可与自然力模拟系统的加载容器3接触并形成滑动连接。
自然力模拟系统主要由加载容器3、传力板4、球铰机构5和储液缸18组成。传力板4上设置用于容纳液体的加载容器3，本实施例中，加载容器的截面为方形，加载容器的两个对角与两个立柱1以及立柱内侧的滚轮2对应放置，滚轮外周径向中心的45°角凹槽可刚好卡住加载容器的边角形成导向滚动配合从而实现垂向滑动，使加载框架的立柱1和滚轮2对加载容器3起到防护和限位作用，滚轮的垂直导向作用在避免立柱受力的同时也确保加载容器中液体的重力可完全施加在试件上。在其他实施例中还可以根据加载容器的形状或者稳固需求设置三个、四个或更多个具有滚轮的立柱。传力板正下方设置球铰机构5，可使力的传递更为合理。储液缸18底部出液口通过软管依次与流体磁力泵21、加液流量计20、加液阀19和加载容器3顶部的进液口连接，形成加液管路，流体磁力泵21、加液流量计20、加液阀19和液位计15分别通过电缆与控制器22连接，控制器与计算机23连接，利用软件和加液流量计及液位计的反馈信号实现对加载容器3内液体添加速率和添加量的精确控制，同时实现对试件的加载控制。加载容器3底部的放液口通过软管依次与放液流量计16、放液阀17和储液缸18顶部的回液口连接，形成回液管路，在卸载时，液位计和放液流量计16将加载容器内液体量信号通过控制器传递给计算机，计算机通过数据处理决定放液阀17开度的控制，实现对试件卸载操作。
顶升机构由两个通过液压泵站14提供动力源的千斤顶6组成，用于对加载容器的举升和限位。底板11上至少设置两个在竖直方向上输出直线往复运动的千斤顶6，千斤顶上设置进油口和回液口。液压泵站14的磁力油泵分别与流量控制阀13、分油器、换向阀12和千斤顶6的进油口连接，形成输油管路，为千斤顶的举升提供压力，流量控制阀13和换向阀12均通过电缆与控制器和计算机连接，可按照控制软件完成千斤顶的举升动作，在试验开始前为安放试件提供操作空间。千斤顶6的出液口通过软管依次与换向阀12、集油器和液压泵站14的回油口连接，形成回油管路，为千斤顶的回落提供反向压力，在开始加载试验时可通过控制系统将千斤顶6的活塞杆完全缩回。试件破坏后，千斤顶的支撑作用可防止加载容器对荷载传感器7和变形传感器10带来损坏。
控制系统包括由液位计15、加液阀19、加液流量计20、放液流量计16和放液阀17、控制器22和计算机23组成的加载容器液体量控制系统，实现对自然力的模拟。由换向阀12、流量控制阀13、控制器22和计算机23实现对千斤顶6举升高度的控制。换向阀12、流量控制阀13、放液流量计16、放液阀17、加液阀19和加液流量计20均为电磁阀，换向阀12为两位四通电磁换向阀。
数据采集系统包括设于球铰机构5下方的载荷传感器7、用于测量试件变形量的变形传感器10、控制器22和计算机23，变形传感器10在试验时通过定位夹具安装在试件9上。
本实施例的混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置，在使用的时候，通过千斤顶6将传力板4举升至一定高度，然后分别放置夹持有变形传感器10的试件9、加载板8以及载荷传感器7，然后使千斤顶6的液压杆向下回缩到设定高度，加载容器3、传力板4和球铰机构5组成的自然重力逐渐加载到试件上，按设定的程序通过控制流体磁力泵21向加载容器3中注入的液体量进行加载试验。需要指出的是，变形传感器10的和载荷传感器7的测量数据通过控制器22处理后传给计算机23得到应力-应变曲线属于现有技术，在此不多赘述。
实施例2
参见图2、图3。本实施例的混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置与实施例1相比只是在顶升机构方面有所区别，其余部分完全相同，顶升机构区别于实施例1的特征在于：提升加载容器3的卷扬机24设置在加载框架上方横梁的中部，并与加载容器3中心设置的吊钩26垂直对应，卷扬机通过吊绳25与加载容器连接，卷扬机通过电缆与控制器22和计算机23连接，并可按照设定的程序将加载容器在一定范围内进程垂直方向的提升或降落，且垂直方向提升或降落的范围刚好满足试验空间的需要，提升到最高位时可刚好满足安放试件9、加载板8和荷载传感器7的需要，试件破坏后由于吊绳25的牵拉使加载容器保持在最低位，避免对荷载传感器7和变形传感器10造成损坏。
在使用本实施例的混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置时，通过卷扬机24将加载容器3、传力板4和球铰机构5举升至一定高度，然后分别放置夹持有变形传感器10的试件9、加载板8以及载荷传感器7，然后使加载容器3、传力板4和球铰机构5组成的自然重力逐渐加载到试件上，同时将按设定的程序将吊绳25放下，为加载试验提供足够的空间，并由软件通过控制流体磁力泵21向加载容器3中注入的液体量完成加载试验。
在本发明的其他实施例中，实施例1中的千斤顶6还可以用电动推杆来代替，实施例2中的卷扬机24还可以用倒置千斤顶代替，但同样需要吊绳25将千斤顶和加载容器连接。所有实施例中，加载容器内壁还可以设置刻度，采用人工添加的方式添加液体。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置，包括由底板、立柱组成的加载框架，其特征在于：由传力板、球铰机构、用于容纳液体的加载容器和储液缸组成自然力模拟系统，由液压泵站和千斤顶组成的顶升机构，由液位计、流量计、开关阀、控制器和计算机组成的控制系统，以及由荷载传感器、变形传感器、控制器和计算机组成的数据采集系统，加载容器设于传力板上，立柱设于加载容器的周向用于防止加载容器倾倒，立柱的内侧通过滚轮与加载容器竖向导向配合；载荷传感器设于球铰机构下方，开关阀包括设于液压泵站上的具有控制液体流量的流量控制阀、换向阀、放液阀和加液阀，流量计包括放液流量计和加液流量计，储液缸上具有加液管路和回液管路，加液管路由储液缸底部出液口通过软管依次与流体磁力泵、加液流量计、加液阀和加载容器顶部的进液口连接形成，回液管路由加载容器底部的放液口通过软管依次与放液流量计、放液阀和储液缸顶部的回液口连接形成；液位计沿垂直方向设置于加载容器内；流量控制阀、换向阀、放液阀、加液阀和加液流量计均为电磁阀且换向阀为两位四通电磁换向阀，控制器分别与流量控制阀、换向阀、放液阀和加液阀控制连接，控制器分别与放液流量计、液位计、加液流量计、载荷传感器以及变形传感器采样连接，控制器与计算机连接，计算机软件通过对加载容器内液位和管路内流量信号的反馈实现对加载容器添加液体速度和添加量的实时精确控制，也是对试件加卸载的实时控制，计算机软件通过对顶升机构中千斤顶活塞高度的精确控制为安放试件和加载试验提供条件，控制器将接收到的荷载信号和变形信号处理后上传给计算机实现数据的实时采集、显示和保存。
2.根据权利要求1的混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置，其特征在于：立柱至少有两个且分布在加载容器周向，每个立柱的内侧设置两个与加载容器导向滚动配合的滚轮。
3.根据权利要求1的混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置，其特征在于：千斤顶有两个，设置在底板上用于对加载容器施加举升和限位作用。
4.根据权利要求1的混凝土受自然力作用下破坏应力-应变全曲线测试装置拉伸试验装置，其特征在于：液压泵站为电动液压泵站。
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