CN108562478A - 一种混凝土受压载荷试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混凝土受压载荷试验装置，包括弹性单元、加载装置和刚性板；所述刚性板与混凝土构件之间放置若干所述弹性单元；所述加载装置位于所述刚性板上方，通过控制器施加压力在所述刚性板上；若干所述弹性单元的弹性模量根据若干所述弹性单元在所述刚性板与混凝土构件之间放置位置不同而不一致。所述加载装置包括移动机构和加载机构，所述移动机构上安装加载机构，使加载机构空间移动。所述刚性板与压缩弹簧接触的面上设有若干凹槽，若干所述凹槽内设有凸起的定位柱；所述凹槽与压缩弹簧一一对应。本发明可以将单一的集中力转化为其他荷载作用的试验装置，操作简单方便，成本降低。

Description

一种混凝土受压载荷试验装置

技术领域

本发明涉及混凝土装置领域，特别涉及一种混凝土受压载荷试验装置。

背景技术

目前，在室内试验中模拟波浪力作用的是造波机，它的原理是基于完全非线性势流理论和有限元方法构建了数值波浪水槽。造波机由交流伺服电动机、运动控制器、驱动设备、交流伺服系统或者液压系统、传感器和PC机组成。如果造波机采用的是液压驱动的话，会具有传动效率低、受温度影响大、高频率转向难和漏油的缺点；如果造波机采用的是伺服系统的话，长时间工作引起的温升会造成模型参数的摄动，可能需要一定的抗扰动设计；由于水池的局限性会引起反射波的干扰，所以需要消波装置来耗散能量。总的来说，造波机的造波理论、系统组成、软件编程过于复杂，相应地，费用也高，适用于大型的物理模型试验项目的研究，对一些尺度较小的试验不太适合，研发一种基于相对简单的线性波理论并将竖向集中荷载作用近似等效转化为三角形荷载的作用试验装置具有一定的重要意义。

此外，菱形的构筑物比如说电塔，由于重力荷载的影响，电塔底部的菱形框架截面对混凝土基础产生挤压，从而可能造成混凝土基础的破坏或者地基的不均匀沉降，一般做法是偏安全考虑，将四边的框架刚度一样做大；如果做小型物理模型试验的话，由于不断地要去调试，比较浪费材料。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种混凝土受压载荷试验装置，可以将单一的集中力转化为其他荷载作用的试验装置，简单方便。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种混凝土受压载荷试验装置，包括弹性单元、加载装置和刚性板；所述刚性板与混凝土构件之间放置若干所述弹性单元；所述加载装置位于所述刚性板上方，通过控制器施加压力在所述刚性板上；若干所述弹性单元的弹性模量根据若干所述弹性单元在所述刚性板与混凝土构件之间放置位置不同而不一致。

进一步，若干所述弹性单元在所述刚性板与混凝土构件之间矩形阵列放置，设a为矩形阵列行数，b为矩形阵列列数，2c为相邻两列的所述弹性单元中心的距离，2d为相邻两行的所述弹性单元中心的距离，所述弹性单元的位置以(i,j)表示，其中1≤i≤a,1≤j≤b，所述第(i,j)个弹性单元的弹性模量：其中：F为加载装置加载的集中力；m为刚性板的长度，n为刚性板的宽度，h₁为刚性板与混凝土构件在加载装置作用下的距离变化量；若干所述弹性单元的弹性模量关系为：

K_1,j＝K_2,j＝……＝K_i,j＝K_i+1,j＝……＝K_a,j

K_i,1:K_i,2:…:K_i,j:K_i,j+1…:K_i,b＝1:3:…:(2j-1):(2j+1):…:(2b-1)。

进一步，根据权利要求1所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，若干所述弹性单元在所述刚性板与混凝土构件之间菱形放置，且菱形中心为所述加载装置的加力点；到所述加力点距离相同的所述弹性单元的弹性模量相同，所述弹性单元的弹性模量大小与所述弹性单元到加力点距离成反比。

进一步，所述菱形放置具体为菱形的每个端点放置所述弹性单元，每条菱形边长的中点放置所述弹性单元；设菱形的长对角线长度为4x，短对角线长度为4y，长对角线上的所述弹性单元到中心的距离为2x，短对角线上的所述弹性单元到中心的距离为2y，菱形四边中点的所述弹性单元到中心的距离为F为加载装置加载的集中力，h₂为刚性板与混凝土构件在加载装置作用下的距离变化量，那么：

位于菱形长对角线上的所述弹性单元的弹性模量k₁为：

位于菱形短对角线上的所述弹性单元的弹性模量k₂为：

位于菱形边长中点上的所述弹性单元的弹性模量k₃为：

进一步，所述加载装置包括移动机构和加载机构，所述移动机构上安装加载机构，使加载机构空间移动。

进一步，所述弹性单元为压缩弹簧。

进一步，所述刚性板与压缩弹簧接触的面上设有若干凹槽，若干所述凹槽内设有凸起的定位柱；所述凹槽与压缩弹簧一一对应。

进一步，还包括圆形垫块，所述圆形垫块位于所述压缩弹簧与混凝土构件之间。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的混凝土受压载荷试验装置，通过矩形面布置不同刚度的弹簧，达到刚性板与混凝土表面保持平行的效果；通过布置刚度呈一定规律变化的弹簧，达到集中力近似转化为三角形荷载的效果，通过整个装置的布置，实现在只有集中力荷载作用下模拟波浪荷载的功能。

2.本发明所述的混凝土受压载荷试验装置，通过布置8个定刚度的弹簧，达到集中力转化为菱形荷载的效果；通过菱形布置不同刚度的变化，实现了避免在电塔菱形底边对混凝土基础的挤压过程中出现不均匀沉降状况下的荷载作用模拟的功能。

3.本发明所述的混凝土受压载荷试验装置，可以将单一的集中力转化为其他荷载作用的试验装置，操作简单方便，成本降低。

附图说明

图1为本发明所述的混凝土受压载荷试验装置结构示意图。

图2为本发明所述的弹性单元的安装位置图。

图3为本发明所述的弹性单元矩形阵列位置分布图。

图4为本发明所述的弹性单元菱形分布图。

图中：

1-夹头；2-刚性垫块；3-传力杆；4-刚性板；5-凹槽；6-定位柱；7-压缩弹簧；8-圆形垫块；9-混凝土构件。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的混凝土受压载荷试验装置，包括弹性单元、加载装置和刚性板4；所述刚性板4与混凝土构件9之间放置若干所述弹性单元；所述加载装置位于所述刚性板4上方，通过控制器施加压力在所述刚性板4上；若干所述弹性单元的弹性模量根据若干所述弹性单元在所述刚性板4与混凝土构件9之间放置位置不同而不一致。所述加载装置包括移动机构和加载机构，所述移动机构上安装加载机构，使加载机构空间移动。所述加载机构包括夹头1、刚性垫块2和传力杆3，所述传力杆3的一端被夹头1夹住，另一端穿过刚性垫块2的中心。如图2所示，所述弹性单元为压缩弹簧7，所述刚性板4与压缩弹簧7接触的面上设有若干凹槽5，若干所述凹槽5内设有凸起的定位柱6；所述凹槽5与压缩弹簧7一一对应。所述圆形垫块8位于所述压缩弹簧7与混凝土构件9之间，以防压缩弹簧7与混凝土构件9之间的接触点由于应力集中而发生局部损坏。

实施例一，如图3为本发明所述的弹性单元矩形阵列位置分布图，若干所述弹性单元在所述刚性板4与混凝土构件9之间矩形阵列放置，设a为矩形阵列行数，b为矩形阵列列数，2c为相邻两列的所述弹性单元中心的距离，2d为相邻两行的所述弹性单元中心的距离，所述弹性单元的位置以(i,j)表示，其中1≤i≤a,1≤j≤b，所述第(i,j)个弹性单元的弹性模量：其中：F为加载装置加载的集中力；m为刚性板4的长度，n为刚性板4的宽度，h₁为刚性板4与混凝土构件9在加载装置作用下的距离变化量；若干所述弹性单元的弹性模量关系为：

K_1,j＝K_2,j＝……＝K_i,j＝K_i+1,j＝……＝K_a,j

K_i,1:K_i,2:…:K_i,j:K_i,j+1…:K_i,b＝1:3:…:(2j-1):(2j+1):…:(2b-1)。

实例中刚性板4中m＝200，n＝100，c＝10，d＝10，压缩弹簧7在刚性板4均布阵列后个数为50个，即a＝5，b＝10，每个压缩弹簧7的位置以(i,j)表示，则压缩弹簧7所受的压力为因为刚性板4要与混凝土构件9的平面保持平行，即每个压缩弹簧7压缩的高度一样取h₁，所以压缩弹簧7的弹性模量为其中1≤i≤5,1≤j≤10。从公式可以看出同一列的压缩弹簧7的弹性模量相同，同一行的压缩弹簧7的弹性模量呈等差数列。

实施例二，如图4为本发明所述的弹性单元菱形分布图，若干所述弹性单元在所述刚性板4与混凝土构件9之间菱形放置，且菱形中心为所述加载装置的加力点；到所述加力点距离相同的所述弹性单元的弹性模量相同，所述弹性单元的弹性模量大小与所述弹性单元到加力点距离成反比。下面以8个点的菱形为例：

所述菱形放置具体为菱形的每个端点放置所述弹性单元，每条菱形边长的中点放置所述弹性单元；设菱形的长对角线长度为4x，短对角线长度为4y，长对角线上的所述弹性单元到中心的距离为2x，短对角线上的所述弹性单元到中心的距离为2y，菱形四边中点的所述弹性单元到中心的距离为F为加载装置加载的集中力，h₂为刚性板4与混凝土构件9在加载装置作用下的距离变化量，那么：

位于菱形长对角线上的所述弹性单元的压载荷F₁为：

则位于菱形长对角线上的所述弹性单元的弹性模量k₁为：

位于菱形短对角线上的所述弹性单元的压载荷F₂为：

则位于菱形短对角线上的所述弹性单元的弹性模量k₂为：

位于菱形边长中点上的所述弹性单元的压载荷F₃为：

则位于菱形边长中点上的所述弹性单元的弹性模量k₃为：

本发明还可以包括控制部分，用于精确控制加载装置的移动和加载力的大小；还可以记录和存储数据。

本发明所述的混凝土受压载荷试验装置，在试验过程中包括如下步骤：

步骤1，在混凝土试件上贴上应变片；

步骤2，按照分布的规律，布置压缩弹簧；

步骤3，竖轴调距，使得弹簧下端的圆形垫块刚好接触混凝土构件；

步骤4，将应变片连接静态应变仪，分级加载；

步骤5，记录应变值，直到试件破坏。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，包括弹性单元、加载装置和刚性板(4)；所述刚性板(4)与混凝土构件(9)之间放置若干所述弹性单元；所述加载装置位于所述刚性板(4)上方，通过控制器施加压力在所述刚性板(4)上；若干所述弹性单元的弹性模量根据若干所述弹性单元在所述刚性板(4)与混凝土构件(9)之间放置位置不同而不一致。

2.根据权利要求1所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，若干所述弹性单元在所述刚性板(4)与混凝土构件(9)之间矩形阵列放置，设a为矩形阵列行数，b为矩形阵列列数，2c为相邻两列的所述弹性单元中心的距离，2d为相邻两行的所述弹性单元中心的距离，所述弹性单元的位置以(i,j)表示，其中1≤i≤a,1≤j≤b，所述第(i,j)个弹性单元的弹性模量：其中：F为加载装置加载的集中力；m为刚性板(4)的长度，n为刚性板(4)的宽度，h₁为刚性板(4)与混凝土构件(9)在加载装置作用下的距离变化量；若干所述弹性单元的弹性模量关系为：

K_1,j＝K_2,j＝……＝K_i,j＝K_i+1,j＝……＝K_a,j

K_i,1:K_i,2:…:K_i,j:K_i,j+1…:K_i,b＝1:3:…:(2j-1):(2j+1):…:(2b-1)。

3.根据权利要求1所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，根据权利要求1所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，若干所述弹性单元在所述刚性板(4)与混凝土构件(9)之间菱形放置，且菱形中心为所述加载装置的加力点；到所述加力点距离相同的所述弹性单元的弹性模量相同，所述弹性单元的弹性模量大小与所述弹性单元到加力点距离成反比。

4.根据权利要求3所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，所述菱形放置具体为菱形的每个端点放置所述弹性单元，每条菱形边长的中点放置所述弹性单元；设菱形的长对角线长度为4x，短对角线长度为4y，长对角线上的所述弹性单元到中心的距离为2x，短对角线上的所述弹性单元到中心的距离为2y，菱形四边中点的所述弹性单元到中心的距离为F为加载装置加载的集中力，h₂为刚性板(4)与混凝土构件(9)在加载装置作用下的距离变化量，那么：

位于菱形长对角线上的所述弹性单元的弹性模量k₁为：

位于菱形短对角线上的所述弹性单元的弹性模量k₂为：

位于菱形边长中点上的所述弹性单元的弹性模量k₃为：

5.根据权利要求1-4任一项所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，所述加载装置包括移动机构和加载机构，所述移动机构上安装加载机构，使加载机构空间移动。

6.根据权利要求1-4任一项所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，所述弹性单元为压缩弹簧(7)。

7.根据权利要求6所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，所述刚性板(4)与压缩弹簧(7)接触的面上设有若干凹槽(5)，若干所述凹槽(5)内设有凸起的定位柱(6)；所述凹槽(5)与压缩弹簧(7)一一对应。

8.根据权利要求6所述的混凝土受压载荷试验装置，其特征在于，还包括圆形垫块(8)，所述圆形垫块(8)位于所述压缩弹簧(7)与混凝土构件(9)之间。