CN108709796B - 混凝土轴向拉伸定截面断裂装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种混凝土轴向拉伸定截面断裂装置及方法,它包括底座、驱动机构、夹持槽和夹紧机构,通过夹持槽内放置混凝土试样,通过底座固定驱动机构和支撑夹持槽,通过夹紧机构夹持固定,定位断裂面,通过驱动机构驱动夹持槽旋转拉伸断裂,通过激光器记录数据。本发明克服了原试样断裂处随机性大,造成试验数据不精确的问题,具有结构简单,实现定点固定试样断裂的截面,减少了随机误差的影响,可精确计算混凝土抗拉强度的特点,该方法定位断面精准,操作方便,试样数据精确。
Description
技术领域
本发明属于混泥土试验技术领域,涉及一种混凝土轴向拉伸定截面断裂装置及方法。
背景技术
目前混凝土抗拉强度主要的测试方法有弯曲拉伸试验、劈裂拉伸试验和轴向拉伸试验。与弯拉试验和劈拉试验相比,轴拉试验能较准确反映混凝土真实抗拉强度,可直接获得材料的拉伸性能,无需假定和复杂的计算来倒推分析材料的轴拉应力-应变曲线。虽然轴拉试验的测试数据和结果处理直接明了,但由于试件夹持困难、易偏心施荷等原因使得轴拉试验在保证截面拉应力均匀分布以及试验稳定性上存在一定的困难,轴拉试验本身很难设计,也很难实际操作。特别在实际工程中,较难有条件做混凝土轴拉强度试验。
此外,目前的轴向拉伸试验中,混凝土试样的断裂面是随机分布的,无法确定到某一固定截面,使得试验误差进一步增大。因此有必要设计一种混凝土抗拉强度测试装置及试验方法,避免上述不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种混凝土轴向拉伸定截面断裂装置及方法,结构简单,采用夹持槽内放置混凝土试样,底座支撑,由夹紧机构夹持,驱动机构驱动夹持槽旋转拉伸断裂,激光器记录数据,实现定点固定试样断裂的截面,减少了随机误差的影响,可精确计算混凝土抗拉强度。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:它包括底座、驱动机构、夹持槽和夹紧机构;所述驱动机构与底座连接,夹持槽与驱动机构连接,夹紧机构与夹持槽连接;所述驱动机构驱动夹持槽旋转;所述夹持槽为上部开口的槽型盒体,封闭的一端设有激光器,另一端设有可开闭的活动门。
所述底座为中空的框架结构,底部的横梁和上部的台面与驱动机构连接。
所述驱动机构包括与轴承座配合的旋转轴,与旋转轴配合的主动轮,与主动轮和电机连接的传动带。
所述轴承座位于旋转轴的两端分别与底座的横梁和台面连接,电机与横梁连接,旋转轴伸出台面与夹持槽连接。
所述夹紧机构包括与连接板两端连接的导轨、与导轨配合的加压板、与加压板连接的手轮;所述加压板与导轨配合滑动;所述手轮穿过连接板与加压板连接,手轮的螺杆与连接板螺纹配合。
所述连接板与夹持槽中部的上侧槽口连接,导轨和加压板位于夹持槽内部。
所述加压板底部设有塑料垫片。
所述加压板为T型结构板体,两端设有凸块与导轨的滑槽配合,上侧表面设有轴承与手轮的螺杆前端配合。
所述活动门为平板,一侧设有铰链与夹持槽连接,另一侧设有锁,锁舌与夹持槽内侧的槽口扣合。
如所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其操作步骤方法是:
S1,上料,旋转活动门上的锁,使锁舌脱离与夹持槽的配合,旋转打开活动门,将泥土试件从夹持槽的开口处推入到夹持槽内,推入时可以在夹持槽内壁涂上润滑剂;
S2,锁紧,旋转手轮,推动加压板沿导轨滑动逐步靠近混凝土试样,最终使加压板底部的塑料垫片与混凝土试样紧密接触限位,加压板位于混凝土试样的正中心;
S3,开激光,闭合激光器电源,激光检测处于工作状态,激光器的激光检测头与地面上的激光检测器位于同一垂线上;
S4,开电机,闭合电机电路,电机驱动旋转轴带动夹持槽旋转,位于夹持槽内的混凝土试样随之旋转;
S5,拉断,在混凝土试样在夹持槽内不断高速旋转时,产生的离心力加剧了锁紧机构与混凝土试样的疲劳,最终从夹持处断裂;
S6,停机,断开电机电路,断开激光器电源,读取激光检测器的记录;
S7,计算,最大正压力计算混凝土试样的抗拉强度,即公式:其中δmax为最大拉应力,即抗拉强度。π为圆周率,n为混凝土试样的转速,M为混凝土试样的总质量,L为混凝土试样的总长度,S为混凝土试样的横截面积。
一种混凝土轴向拉伸定截面断裂装置及方法,它包括底座、驱动机构、夹持槽和夹紧机构,通过夹持槽内放置混凝土试样,通过底座固定驱动机构和支撑夹持槽,通过夹紧机构夹持固定,定位断裂面,通过驱动机构驱动夹持槽旋转拉伸断裂,通过激光器记录数据。本发明克服了原试样断裂处随机性大,造成试验数据不精确的问题,具有结构简单,实现定点固定试样断裂的截面,减少了随机误差的影响,可精确计算混凝土抗拉强度的特点,该方法定位断面精准,操作方便,试样数据精确。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明夹紧机构的结构示意图。
图3为本发明驱动机构的结构示意图。
图4为本发明加压板的结构示意图。
图5为本发明混凝土试样的结构示意图。
图中:夹持槽1,活动门2,加压板3,导轨4,塑料垫片5,手轮6,连接板7,轴承座8,底座9,旋转轴10,主动轮11,传动带12,电机13,激光器14。
具体实施方式
如图1~图5中,一种混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:它包括底座9、驱动机构、夹持槽1和夹紧机构;所述驱动机构与底座9连接,夹持槽1与驱动机构连接,夹紧机构与夹持槽1连接;所述驱动机构驱动夹持槽1旋转;所述夹持槽1为上部开口的槽型盒体,封闭的一端设有激光器14,另一端设有可开闭的活动门2。结构简单,通过夹持槽1内放置混凝土试样,通过底座9固定驱动机构和支撑夹持槽1,通过夹紧机构夹持固定,定位断裂面,通过驱动机构驱动夹持槽1旋转拉伸断裂,通过激光器记录数据,实现定点固定试样断裂的截面,减少了随机误差的影响,可精确计算混凝土抗拉强度。
优选的方案中,所述底座9为中空的框架结构,底部的横梁和上部的台面与驱动机构连接。结构简单,驱动机构与底座9连为一体,运行时不易发生错位,试验测得的数据更精确。
优选的方案中,所述驱动机构包括与轴承座8配合的旋转轴10,与旋转轴10配合的主动轮11,与主动轮11和电机13连接的传动带12。结构简单,工作时,电机13旋转带动传动带12旋转,传动带12旋转驱动与其连接的夹持槽1旋转,夹持槽1旋转产生离心力,位于夹持槽1内由夹紧机构夹持的混凝土试样受到旋转时的离心力扭曲拉断。
优选的方案中,所述轴承座8位于旋转轴10的两端分别与底座9的横梁和台面连接,电机13与横梁连接,旋转轴10伸出台面与夹持槽1连接。结构简单,旋转轴10与夹持槽1连接,并带动其旋转,离心力随旋转轴10的旋转速度发生改变,旋转轴10的旋转速度越大,离心力越大。
优选的方案中,所述夹紧机构包括与连接板7两端连接的导轨4、与导轨4配合的加压板3、与加压板3连接的手轮6;所述加压板3与导轨4配合滑动;所述手轮6穿过连接板7与加压板3连接,手轮6的螺杆与连接板7螺纹配合。结构简单,使用时,混凝土试样位于夹持槽1内两侧的导轨4夹持混凝土试样,旋转手轮6,推动加压板3沿导轨4滑动逐步靠近混凝土试样,最终使加压板3底部的塑料垫片5与混凝土试样紧密接触限位,加压板3位于混凝土试样的正中心,定位精准,夹持牢靠。
优选的方案中,所述连接板7与夹持槽1中部的上侧槽口连接,导轨4和加压板3位于夹持槽1内部。结构简单,位于夹持槽1内部的导轨4夹持混凝土试样的两侧,旋转受力后从夹持处拉断,拉断处定位精准。
优选的方案中,所述加压板3底部设有塑料垫片5。结构简单,塑料垫片5具有较好的伸缩率,与混凝土试样的表面接触时更紧密,摩擦力更大,试样在旋转时不易滑脱。
优选的方案中,所述加压板3为T型结构板体,两端设有凸块与导轨4的滑槽配合,上侧表面设有轴承与手轮6的螺杆前端配合。结构简单,由加压板3的凸块与导轨4的滑槽配合滑动,滑动灵活,采用旋转手轮6推动加压板3上下运动,操作省力。
优选的方案中,所述活动门2为平板,一侧设有铰链与夹持槽1连接,另一侧设有锁,锁舌与夹持槽1内侧的槽口扣合。结构简单,活动的开启门开闭灵活,采用锁扣的方式与夹持槽1内侧锁紧,旋转时不会解锁,停止后靠操作人员解锁,旋转时试样不会从夹持槽1内甩出,安全可靠。
优选的方案中,如所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其操作步骤方法是:
S1,上料,旋转活动门2上的锁,使锁舌脱离与夹持槽1的配合,旋转打开活动门2,将泥土试件从夹持槽1的开口处推入到夹持槽1内,推入时可以在夹持槽1内壁涂上润滑剂;
S2,锁紧,旋转手轮6,推动加压板3沿导轨4滑动逐步靠近混凝土试样,最终使加压板3底部的塑料垫片5与混凝土试样紧密接触限位,加压板3位于混凝土试样的正中心;
S3,开激光,闭合激光器电源,激光检测处于工作状态,激光器的激光检测头与地面上的激光检测器位于同一垂线上;
S4,开电机,闭合电机电路,电机13驱动旋转轴10带动夹持槽1旋转,位于夹持槽1内的混凝土试样随之旋转;
S5,拉断,在混凝土试样在夹持槽1内不断高速旋转时,产生的离心力加剧了锁紧机构与混凝土试样的疲劳,最终从夹持处断裂;
S6,停机,断开电机电路,断开激光器电源,读取激光检测器的记录;
S7,计算,最大正压力计算混凝土试样的抗拉强度,即公式:其中δmax为最大拉应力,即抗拉强度。π为圆周率,n为混凝土试样的转速,M为混凝土试样的总质量,L为混凝土试样的总长度,S为混凝土试样的横截面积。该方法定位断面精准,操作方便,试样数据精确。
计算:
混凝土抗拉强度正压力通常定义为:
其中δ为混凝土试样的正应力值,FN为混凝土试样的轴向拉力,S为混凝土试样的横截面积。
混凝土试样在绕中心旋转时,其横截面上必然受到离心力的作用,离心力大小为:
F=m×a (2)
其中F为离心力大小,m为混凝土试样被拉断的质量,a为混凝土试样被拉断截面上的加速度。
对于混凝土试样有:
M=ρLs (3)
其中ρ为混凝土试样的密度,L为混凝土试样的总长度,S为混凝土试样的横截面积,M为混凝土试样的总质量。
假设混凝土试样在水平方向距转动轴轴心为R出被拉断,则被拉断的质量为:
联立(3),(4)式有:
对加速度a有:
其中π为圆周率,n为混凝土试样的转速
将(5),(6)代入(2)式有:
将(7)代入(1)式有
对(8)是因变量δ关于自变量R求导有:
对(9)式左端取0,有:
R=0 (10)
由(10)式知,混凝土试样在中心位置处,即加持处时,轴向拉应力达到最大,且轴向拉应力在加压板两侧对称分布,并有:
其中δmax为最大拉应力,即抗拉强度,π为圆周率,n为混凝土试样的转速,M为混凝土试样的总质量,L为混凝土试样的总长度,S为混凝土试样的横截面积。
由上述公式可知,混凝土试样上左右两侧的正应力关于中点对称分布,并且在左右两侧呈二次抛物线对称分布。
如上所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,具体使用时:
Step1:制成15cm×15cm×200cm混凝土试样。
Step2:由混凝土国家标准密度范围1950~2600千克每立方米,密度取起中间值,即密度为2300千克每立方米。在实验时不必假设混凝土试样的密度,直接测其总质量即可。
Step3:由上述知:S=0.0225m2;L=2m;M=103.5Kg。
Step4:假设转速n为7转每秒。
Step5:由式(11)计算有;δmax=2222353.5(Pa)
Step6:δmax=22223535MPa,查混凝土抗拉强度标准值有,C80混凝土抗拉强度标准值为2.22MPa。
如上所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,连接使用时,夹持槽1内放置混凝土试样,底座9固定驱动机构和支撑夹持槽1,夹紧机构夹持固定,定位断裂面,驱动机构驱动夹持槽1旋转拉伸断裂,激光器记录数据,实现定点固定试样断裂的截面,减少了随机误差的影响,可精确计算混凝土抗拉强度。
驱动机构与底座9连为一体,运行时不易发生错位,试验测得的数据更精确。
工作时,电机13旋转带动传动带12旋转,传动带12旋转驱动与其连接的夹持槽1旋转,夹持槽1旋转产生离心力,位于夹持槽1内由夹紧机构夹持的混凝土试样受到旋转时的离心力扭曲拉断。
旋转轴10与夹持槽1连接,并带动其旋转,离心力随旋转轴10的旋转速度发生改变,旋转轴10的旋转速度越大,离心力越大。
使用时,混凝土试样位于夹持槽1内两侧的导轨4夹持混凝土试样,旋转手轮6,推动加压板3沿导轨4滑动逐步靠近混凝土试样,最终使加压板3底部的塑料垫片5与混凝土试样紧密接触限位,加压板3位于混凝土试样的正中心,定位精准,夹持牢靠。
位于夹持槽1内部的导轨4夹持混凝土试样的两侧,旋转受力后从夹持处拉断,拉断处定位精准。
塑料垫片5具有较好的伸缩率,与混凝土试样的表面接触时更紧密,摩擦力更大,试样在旋转时不易滑脱。
由加压板3的凸块与导轨4的滑槽配合滑动,滑动灵活,采用旋转手轮6推动加压板3上下运动,操作省力。
活动的开启门开闭灵活,采用锁扣的方式与夹持槽1内侧锁紧,旋转时不会解锁,停止后靠操作人员解锁,旋转时试样不会从夹持槽1内甩出,安全可靠。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案,而不应视为对于本发明的限制,本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下,可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案,包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进,也在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:它包括底座(9)、驱动机构、夹持槽(1)和夹紧机构;所述驱动机构与底座(9)连接,夹持槽(1)与驱动机构连接,夹紧机构与夹持槽(1)连接;所述驱动机构驱动夹持槽(1)旋转;所述夹持槽(1)为上部开口的槽型盒体,封闭的一端设有激光器(14),另一端设有可开闭的活动门(2);所述夹紧机构的连接板(7)与夹持槽(1)中部的上侧槽口连接,导轨(4)和加压板(3)位于夹持槽(1)内部;所述加压板(3)与导轨(4)配合滑动。
2.根据权利要求1所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:所述底座(9)为中空的框架结构,底部的横梁和上部的台面与驱动机构连接。
3.根据权利要求2所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:所述驱动机构包括与轴承座(8)配合的旋转轴(10),与旋转轴(10)配合的主动轮(11),与主动轮(11)和电机(13)连接的传动带(12)。
4.根据权利要求3所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:所述轴承座(8)位于旋转轴(10)的两端分别与底座(9)的横梁和台面连接,电机(13)与横梁连接,旋转轴(10)伸出台面与夹持槽(1)连接。
5.根据权利要求1所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:所述夹紧机构包括与连接板(7)两端连接的导轨(4)、与导轨(4)配合的加压板(3)、与加压板(3)连接的手轮(6);所述手轮(6)穿过连接板(7)与加压板(3)连接,手轮(6)的螺杆与连接板(7)螺纹配合。
6.根据权利要求5所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:所述加压板(3)底部设有塑料垫片(5)。
7.根据权利要求5所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:所述加压板(3)为T型结构板体,两端设有凸块与导轨(4)的滑槽配合,上侧表面设有轴承与手轮(6)的螺杆前端配合。
8.根据权利要求1所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其特征是:所述活动门(2)为平板,一侧设有铰链与夹持槽(1)连接,另一侧设有锁,锁舌与夹持槽(1)内侧的槽口扣合。
9.根据权利要求1~5任一项所述的混凝土轴向拉伸定截面断裂装置,其操作步骤方法是:
S1,上料,旋转活动门(2)上的锁,使锁舌脱离与夹持槽(1)的配合,旋转打开活动门(2),将泥土试件从夹持槽(1)的开口处推入到夹持槽(1)内,推入时在夹持槽(1)内壁涂上润滑剂;
S2,锁紧,旋转手轮(6),推动加压板(3)沿导轨(4)滑动逐步靠近混凝土试样,最终使加压板(3)底部的塑料垫片(5)与混凝土试样紧密接触限位,加压板(3)位于混凝土试样的正中心;
S3,开激光,闭合激光器电源,激光检测处于工作状态,激光器的激光检测头与地面上的激光检测器位于同一垂线上;
S4,开电机,闭合电机电路,电机(13)驱动旋转轴(10)带动夹持槽(1)旋转,位于夹持槽(1)内的混凝土试样随之旋转;
S5,拉断,在混凝土试样在夹持槽(1)内不断高速旋转时,产生的离心力加剧了锁紧机构与混凝土试样的疲劳,最终从夹持处断裂;
S6,停机,断开电机电路,断开激光器电源,读取激光检测器的记录;
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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