CN108918256A - 高强不锈钢绞线网增强ecc直接拉伸试验夹具及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具，包括上夹头和下夹头，各夹头均包括夹头本体，夹头本体上设置有弧形孔，连杆转动穿装于弧形孔的弧顶部的穿孔中，连杆的端部设置有用于与对应弧形孔适配的弧形配合部。本发明还公开了用前述夹具进行拉伸试验的方法。弧形配合部与弧形孔配合实现部分球铰的功能，实现了自动对中的功能，保证试件拉伸过程中能够轴向拉伸，避免偏心问题。
Description
技术领域
本发明涉及拉伸试验领域，具体涉及高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具及试验方法。
背景技术
高强不锈钢绞线网增强ECC（Engineered Cementitious Composites，工程用水泥基复合材料）是一种新型水泥基复合材料，其目的在于结合ECC超高延性和韧性、拉伸应变硬化和多缝开裂的特点，以及高强不锈钢绞线网的高强、双向增强等优点，充分发挥两者的优势，使高强不锈钢绞线网增强ECC获得更好的裂缝控制能力、韧性、延性和抵抗变形能力，为土木工程结构建筑及加固材料提供一种新的选择。为使这种复合材料在实际工程中得到应用，则必须对其力学性能进行研究，而直接拉伸试验是一项重要的研究内容。
但是现有的一些直接拉伸试验方式主要有内埋型、摩擦型和粘贴型三种基本类型。内埋型主要依靠预试件内部预埋组件进行张拉；摩擦型通过试验夹具和试件端部的摩擦力进行张拉；粘结型通过粘结材料和试件两端的粘结力进行张拉。但这些张拉方式都存在一些缺陷：对于内埋型张拉方式，当试件厚度较小时，该张拉方式根本不能实现；对于摩擦型张拉方式，当测试较高强度试件时，可能由于摩擦力不足保证不了试件破坏；对于粘结型张拉方式，试件制作相对比较复杂，试验进度慢。且以上三张常见的拉伸试验方式均存在着拉伸时试件受力容易受到偏心受拉的现象，从而影响试验的准确性，无法达到试验目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具，以解决现有技术中的拉伸试验方式存在的试件受力容易受到偏心受拉的问题；本发明的目的还在于提供一种高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验方法。
为实现上述目的，本发明的高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具采用如下技术方案：
高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具，包括上夹头和下夹头，各夹头均包括夹头本体，任意一个夹头本体上设置有开口朝向另一个夹头的弧形孔，弧形孔的弧顶部位设置有贯通该夹头本体以连通相应弧形孔的穿孔，穿孔中转动穿装有用于与拉伸试验设备的施力部连接的连杆，连杆的端部设置有用于与对应弧形孔适配以使受力时能够自行对中的弧形配合部。
任选地，各所述夹头本体均包括连接板和对应连接于连接板相应两侧的侧板，连接板和其两侧的侧板一起形成U形槽结构，弧形孔设置于连接板的内侧。
任选地，所述弧形孔设置于连接板的中心位置。
任选地，所述连接板与各侧板焊接连接或一体铸造成型，或者连接板与侧板通过螺钉连接。
任选地，各所述夹头本体中于两个侧板之间沿U形槽的长度方向间隔设置有两个托具，各托具上均设置有用于与试件顶压配合以限位定位试件的限位面。
任选地，各夹头本体上的任意一个托具的朝向另一托具的侧面形成所述限位面，限位面为弧形面。
任选地，所述弧形面上设置有橡胶板。
任选地，两个所述侧板上设置有第一连接孔，托具上设置有第二连接孔，托具通过穿装于第一连接孔和第二连接孔中的螺栓及螺纹连接于螺栓上的螺母实现与侧板可拆连接。
任选地，所述第一连接孔的数量不少于第二连接孔的数量。
任选地，所述弧形孔为半球形结构，弧形配合部为半球形结构。
本发明还公开了高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验方法，包括使用以上所述的拉伸试验夹具进行拉伸试验。
具体地，所述拉伸试验方法包括以下步骤，
1）将试件加工成方截面等厚度哑铃型结构，试件包括位于端部的用于与拉伸试验夹具固定限位的加固段、用于与拉伸试验夹具顶压以施加拉力的加载段、中间的测试段和位于加载段与测试段之间的过渡段，测试段的横截面积最小，加载段沿宽度方向上的两侧面为圆弧面，圆弧面与相邻过渡段的侧面相切；
2）将上步所得的试件的两端分别夹在所述高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具的上夹头和下夹头上，试件的两个加固段分别卡在对应夹头中。
3）通过拉伸试验设备的相应施力部与拉伸试验夹具的夹头连接并施加拉力。
任选地，加固段、加载段和过渡段，在沿其厚度方向上的两侧面中，至少一个所述侧面上粘贴有至少一层碳纤维布。
任选地，所述两侧面的每个侧面均上粘贴有至少一层碳纤维布。
任选地，在所述碳纤维布粘贴上之前，将试件表面打磨平整，并将打磨后的试件用酒精擦拭干净。
任选地，拉伸试验夹具包括上夹头和下夹头，各夹头均包括夹头本体，任意一个夹头本体上设置有开口朝向另一个夹头的弧形孔，弧形孔的弧顶部位设置有贯通该夹头本体以连通相应弧形孔的穿孔，穿孔中转动穿装有用于与拉伸试验设备的施力部连接的连杆，连杆的端部设置有用于与对应弧形孔适配以使受力时能够自行对中的弧形配合部。
任选地，各所述夹头本体均包括连接板和对应连接于连接板相应两侧的侧板，连接板和其两侧的侧板一起形成U形槽结构，弧形孔设置于连接板的内侧。
任选地，弧形孔设置于连接板的中心位置。
任选地，所述连接板与各侧板焊接连接。
任选地,夹头本体中于两个侧板之间沿U形槽的长度方向间隔设置有两个托具，各托具上均设置有用于与试件顶压配合以限位定位试件的限位面。优选地，各夹头本体上的任意一个托具的朝向另一托具的侧面形成所述限位面，限位面为弧形面；使用时，将托具的弧形面与相应的加载段的圆弧面接触，以支撑试件。
任选地，两个所述侧板上设置有第一连接孔，托具上设置有第二连接孔，托具通过穿装于第一连接孔和第二连接孔中的螺栓及螺纹连接于螺栓上的螺母实现与侧板可拆连接。
任选地，所述第一连接孔的数量不少于第二连接孔的数量。
任选地，在步骤2）中，所述托具的弧形面上设置有橡胶板。
本发明的有益效果包括：
测试段的横截面积最小，可以保证拉伸时此段更易于最先破坏，而且试件的加载段沿宽度方向上的两侧面为圆弧面设计可保证张拉时拉应力由加载段向测试段的均匀传递，避免变截面处应力集中的产生，避免断裂位置发生在加载段与过渡段之间的变截面处，连杆的端部设置有用于与对应弧形孔适配以使受力时能够自行对中的弧形配合部，弧形配合部与弧形孔配合实现部分球铰的功能，可以实现自动对中的功能，保证试件拉伸过程中能够轴向拉伸，避免偏心问题。
进一步地，加固段、加载段和过渡段上于沿厚度方向上的每个侧面均粘贴碳纤维布，可起到强化作用，避免加固段、加载段和过渡段在拉伸试验过程中先于测试段发生破坏，从而达到试验目的。
进一步地，弧形面上设置有橡胶板，橡胶板可使试件的加载段的圆弧面与托具的弧形面紧密贴合，使试件所受荷载分布更加均匀。
附图说明
图1是本发明的一种高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具的一个实施例的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是图1中连杆的结构示意图；
图4是图1中上夹头本体的结构示意图
图5是图4的侧视图；
图6是托具的结构示意图。
具体实施方式
本发明的一种高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具，如图1-图6所示，包括上夹头和下夹头，各夹头均包括夹头本体，任意一个夹头本体上设置有开口朝向另一个夹头的弧形孔9，弧形孔9的弧顶部位设置有贯通该夹头本体以连通相应弧形孔的穿孔，穿孔中转动穿装有用于与拉伸试验设备的施力部连接的连杆1，连杆1的端部设置有用于与对应弧形孔9适配以使受力时能够自行对中的弧形配合部11。弧形孔9为半球形结构，弧形配合部11也为半球形结构。各夹头本体均包括连接板2和对应连接于连接板2相应两侧的侧板3，连接板2和其两侧的侧板3一起形成U形槽结构，弧形孔9设置于连接板2的内侧,且弧形孔9设置于连接板2的中心位置。连接板2与相应侧板3焊接在一起。
各夹头本体中于两个侧板3之间沿U形槽的长度方向间隔设置有两个托具4，各托具4上均设置有用于与试件6顶压配合以限位定位试件的限位面。各夹头本体上的任意一个托具的朝向另一托具的侧面形成上述限位面，限位面为弧形面。弧形面上设置有橡胶板13，橡胶板13可使试件6与托具4的限位面紧密贴合，使试件所受荷载分布更加均匀。
侧板上设置有第一连接孔10，托具4上设置有第二连接孔12，托具4通过穿装于第一连接孔10和第二连接孔12中的螺栓7及螺纹连接于螺栓7上的螺母8实现与侧板3可拆连接。第一连接孔10的数量多于第二连接孔的数量，可以实现托具4在侧板3上的调节，以适应不同尺寸的试件。
本发明的一种高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验方法，使用上述的拉伸试验夹具进行拉伸试验，如图1-图6所示，拉伸试验方法包括以下步骤，1）将试件6加工成方截面等厚度哑铃型结构，试件6包括位于端部的用于与拉伸试验夹具固定限位的加固段A1、用于与拉伸试验夹具顶压以施加拉力的加载段A2、中间的测试段A4和位于加载段A2与测试段A4之间的过渡段A3，即试件包括由一端向中间依次连接的加固段A1、加载段A2、过渡段A3和测试段A4,测试A4段的横截面积最小，加载段A2沿宽度方向上的两侧面为圆弧面，圆弧面与相邻过渡段A3的侧面相切；2）将上步所得的试件的两端分别夹在所述高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具的上夹头和下夹头上，将试件的两个加固段分别卡在对应夹头中；3）通过拉伸试验设备的相应施力部与拉伸试验夹具的夹头连接并施加拉力。拉伸试验夹具包括上夹头和下夹头，各夹头均包括夹头本体任意一个夹头本体上设置有开口朝向另一个夹头的弧形孔9，弧形孔9的弧顶部位设置有贯通该夹头本体以连通相应弧形孔的穿孔，穿孔中转动穿装有用于与拉伸试验设备的施力部连接的连杆1，连杆1的端部设置有用于与对应弧形孔9适配以使受力时能够自行对中的弧形配合部11；弧形孔9和弧形配合部11均为半球形结构，弧形配合部11与弧形孔9配合实现部分球铰的功能，可以实现自动对中的功能，保证试件拉伸过程中能够轴向拉伸，避免偏心问题。夹头本体上还设置有用于与试件的加载段限位顶压配合以施加力的托具4，托具4具有与步骤1）中试件的相应加载段的圆弧面适配的弧形面，将试件6的两端分别夹在上夹头和下夹头上，将两个加固段分别卡在对应夹头中，托具的弧形面与相应加载段的圆弧面接触。
测试段的横截面积最小，可以保证拉伸时此段更易于最先破坏，而且试件的加载段沿宽度方向上的两侧面为圆弧面设计可避免变截面处应力集中的产生，避免断裂位置发生在加载段与过渡段之间的变截面处。
将试件表面打磨平整，将打磨后的试件用酒精擦拭干净，然后在加固段A1、加载段A2和过渡段A3沿厚度方向上的各侧面均粘贴至少一层碳纤维布。加固段、加载段和过渡段上于沿厚度方向上的各侧面均粘贴碳纤维布，可起到强化作用，避免加固段、加载段和过渡段在拉伸试验过程中先于测试段发生破坏，从而达到试验目的。在其他实施例中，也可在以加固段、加载段和过渡段，在沿其厚度方向上的两侧面中至少一个侧面上粘贴有至少一层碳纤维布。
加固段A1设计足够的纵向长度,可确保内力的均匀传递,避免端部因过早发生劈裂破坏而测不到有效数据。
上夹头和下夹头结构相同，本实施例中以上夹头为例进行详细介绍，上夹头本体包括连接板2和对应连接于连接板2相应两侧的侧板3，连接板2和其两侧的侧板3一起形成U形槽结构，上弧形孔9设置于连接板2的内侧。连接板2与各侧板3焊接连接，两侧板3之间的间距可根据试件的厚度而定，适用于不同的试件。上弧形孔9设置于连接板2的中心位置。上夹头本体中于两个侧板3之间沿U形槽的长度方向间隔设置有两个上述托具4，各托具4上均设置有用于与试件6顶压配合以限位定位试件的限位面。上夹头本体上的任意一个托具的朝向另一托具的侧面形成上述限位面即上述弧形面。弧形面上设置有橡胶板13，橡胶板13可使试件6与托具4的限位面紧密贴合，使试件所受荷载分布更加均匀。
侧板3上设置有第一连接孔10，托具4上设置有第二连接孔12，托具4通过穿装于第一连接孔10和第二连接孔12中的螺栓7及螺纹连接于螺栓7上的螺母8实现与侧板3可拆连接。第一连接孔10的数量多于第二连接孔12的数量，可以实现托具4在侧板3上的调节，以适应不同尺寸的试件。
采用本发明进行高强不锈钢绞线网增强ECC拉伸试验时，主要包括以下步骤：首先将两个侧板上的同一侧的托具通过螺栓安装在两侧板的内部，拧紧螺母；把连杆安装在连接板的弧形孔内，再将连杆固定在拉伸试验设备上；然后将试件放置在直接拉伸夹具中，并把另一侧托具通过螺栓安装在两侧板的内部，拧紧螺母；将试件调整到居中位置后即可进行试验。试验结束后,松开螺母可卸下试件。
在发明的其他实施例中，第一连接孔的数量和第二连接孔的数量也可以相同；连接板和两个侧板也可以通过螺钉连接，连接板与两个侧板也可以一体铸造成型。
Claims (10)
1.高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验夹具，其特征在于：包括上夹头和下夹头，各夹头均包括夹头本体，任意一个夹头本体上设置有开口朝向另一个夹头的弧形孔，弧形孔的弧顶部位设置有贯通该夹头本体以连通相应弧形孔的穿孔，穿孔中转动穿装有用于与拉伸试验设备的施力部连接的连杆，连杆的端部设置有用于与对应弧形孔适配以使受力时能够自行对中的弧形配合部；可选地，弧形孔为半球形结构，弧形配合部为半球形结构。
2.根据权利要求1所述的拉伸试验夹具，其特征在于：各所述夹头本体均包括连接板和对应连接于连接板相应两侧的侧板，连接板和其两侧的侧板一起形成U形槽结构，弧形孔设置于连接板的内侧,如，弧形孔设置于连接板的中心位置；可选地，连接板与侧板焊接在一起或一体铸造成型，或者连接板与侧板通过螺钉连接。
3.根据权利要求2所述的拉伸试验夹具，其特征在于：各所述夹头本体中于两个侧板之间沿U形槽的长度方向间隔设置有两个托具，各托具上均设置有用于与试件顶压配合以限定试件的限位面。
4.根据权利要求3所述的拉伸试验夹具，其特征在于：各夹头本体上的任意一个托具的朝向另一托具的侧面形成所述限位面，限位面为弧形面；可选地，所述弧形面上设置有橡胶板。
5.根据权利要求3或4所述的拉伸试验夹具，其特征在于：两个所述侧板上设置有第一连接孔，托具上设置有第二连接孔，托具通过穿装于第一连接孔和第二连接孔的螺栓及型配的螺母与侧板可拆连接；可选地，所述第一连接孔的数量不少于第二连接孔的数量。
6.高强不锈钢绞线网增强ECC直接拉伸试验方法，其特征在于，使用权利要求1-5任一项所述的拉伸试验夹具进行拉伸试验。
7.根据权利要求6所述的拉伸试验方法，其特征在于，该试验方法包括以下步骤：
1）将试件加工成方截面等厚度哑铃型结构，试件包括由两端向中间依次连接的加固段、加载段、过渡段和测试段，加固段用于与拉伸试验夹具连接，加载段用于与拉伸试验夹具顶压配合，加载段沿宽度方向上的两侧面为圆弧面，圆弧面与相邻过渡段的侧面相切，测试段的横截面积最小；
2）将试件两端的所述加固段分别夹在所述拉伸试验夹具的上夹头和下夹头中；
3）将拉伸试验设备的相应施力部与拉伸试验夹具的夹头连接并施加拉力。
8.根据权利要求7所述的拉伸试验方法，其特征在于：所述试件的加固段、加载段和过渡段，在沿其厚度方向上的两侧面中至少一个所述侧面上粘贴有至少一层碳纤维布。
9.根据权利要求8所述的拉伸试验方法，其特征在于： 所述两侧面的每个侧面上均粘贴有至少一层碳纤维布。
10.根据权利要求7或8或9所述的拉伸试验方法，其特征在于：所用拉伸试验夹具夹头本体中于两个侧板之间沿U形槽的长度方向间隔设置有两个托具，各托具上均设置有用于与试件顶压配合以限位定位试件的限位面，在所述步骤3进行前，将托具的限位面与试件的加载段顶压配合；优选地，各夹头本体上的任意一个托具的朝向另一托具的侧面形成所述限位面， 托具的限位面为弧形面。
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