CN109406273B - 粘贴式测试混凝土轴拉性能的哑铃型试件模具及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种试验室用模具，尤其是一种用于测试混凝土轴心拉伸性能试验的哑铃型模具以及与之相对应的试验方法。本发明的混凝土轴向拉伸试验模具包括一个底板和四个侧板，底板和侧板组合成顶端开口内部中空的立式盒体，前后侧板分别设有6个通孔，前后侧板通过螺纹螺栓连接固定，底部两根螺栓穿过底板固定块预留孔洞，使侧板和底板连接在一起，前后侧板和底板设有固定块对左右侧板进行限位，四个侧板通过圆弧过渡成哑铃型中间垂直区。试验装置通过辅助刚性杆的方法，增大试验机刚度，并得到混凝土轴向拉伸应力‑应变下降段。模具安装操作简单，成型试件精度高，制作高效简洁，试验预期效果较高，能准确测得混凝土轴向拉伸应力‑应变全曲线。

Description

粘贴式测试混凝土轴拉性能的哑铃型试件模具及试验方法

技术领域

本发明涉及一种试验模具，尤其是针对选用粘贴式夹持方式测定混凝土轴拉性能的哑铃型拉伸试件模具以及采用该模具的试验方法与试验加载装置。

背景技术

轴向拉伸是最直接、最客观、最有效测试混凝土抗拉性能的试验方法，能真实反映材料的抗拉强度以及得到单轴拉伸应力-应变全曲线。由于混凝土材料具有抗拉强度低，脆性大等缺点，且随着越来越多的高拱坝等薄壳结构在实际工程的应用，这一问题更加明显。因此一种能够准确测试混凝土轴拉性能且能在实际试验中灵活使用的试验模具和试验方法显得尤为重要。但目前国内外还没有一种理想的轴向拉伸的试验方法，严重制约了混凝土轴拉性能的研究。轴心抗拉的混凝土试件装卡在试验机上，可分为外夹式、预埋式和粘贴式三种方式。其中外夹式试模比较复杂，试件要求较高，且外夹式容易产生加持端应力集中和夹持造成的表面损伤；预埋式在端部存在应力集中和偏心问题。粘贴式可以克服应力集中和夹持损伤问题，能获得较为均匀的应力分布，且试验成功率较高，具有独特的优势，但目前存在的问题是针对选用粘贴式夹持方式测定混凝土轴拉性能的试验装置难度较大，有关曲线上升端资料较多，下降段却很少，其二，由于混凝土轴拉试验对试验机的刚度要求很高，试验方法复杂，试验过程受试验条件以及试件成型技术影响很大。

发明内容

本发明针对以上不足，提出一种新的粘贴式测试混凝土轴拉性能模具和试验方法，其试验方法简单、试件制作方便、拉伸应力均匀分布、偏心小、试验数据离散型小、结果稳定可靠、能直接制作出哑铃型试件，且设计有相应的测试装置。

本发明所述的是采用如下技术方案实现的：一种粘贴式测试混凝土轴拉性能的哑铃型试件模具，包括底板，前、后侧板和左、右侧板；底板前后两侧分别固定有一个固定板，底板左右两侧中部分别固定有固定块；前、后侧板的左右两侧分别设有三个自上而下排列的安装孔且前侧板上的六个安装孔与后侧板上的六个安装孔两两相对，两个固定板的中心开有前后走向的固定孔，两个固定块也开有前后走向的固定孔；前、后侧板分别紧贴底板上的前、后固定板内侧设置，且固定板的固定孔内设置有自紧螺栓用来抵住前、后侧板；所述前、后侧板之间均通过连接螺栓穿过所述的两两相对的安装孔进行安装，其中位于最下方的连接螺栓还穿过固定块上的固定孔；所述左、右侧板嵌在前、后侧板中间且位于六个连接螺栓之间，左、右侧板靠近底部的部分分别被底板上的左、右固定块的内侧限位；前、后侧板以及左、右侧板的中部均向内弯折，弯折部分上下两侧为弧形，中间为竖直平面且弧形区域与中间平面相切，形成圆滑曲面过渡；底板、前、后侧板以及左、右侧板之间形成双向扩大的哑铃型空腔且空腔的横截面均为正方形。

本发明的底板和侧板以及定位装置可以安全、快速、精确保证模具组装精度，保证了试件的成型和垂直度，达到试验要求。本模具外形成哑铃型，试件采用弧线过渡的端部扩大型（哑铃型），这样设计一是可以降低试件两端部的应力水平，保证了试件在拉伸过程中破坏截面在中间均匀应力段（受拉区），二是所得试件各水平截面均为正方形，使得受力更加均匀。双向扩大的哑铃型与水平哑铃型（仅水平面一个方向扩大）相比，试件更加规整，并且四面受力，使得应力更加均匀，同时在浇筑时，也比较方便操作，振捣也较容易，质量更加有保证。

试件的中间为平面，两侧为弧形，弧形区域与中间平面相切，形成圆滑曲面过渡，使得生产出的试件应力更加均匀，避免了过渡区域因截面变化形成薄弱区，导致应力集中而破坏。

前后侧板上分别设有六个通孔（安装孔），且两个侧板上对应的通孔正对设置，其中四个通孔位于侧板的四个角部区域，两个通孔位于侧板横向中轴区域，也就是说六个通孔，左右对称，上下对称，保证模具安装方便快捷，模具受力均匀合理，同时也保证模具生产出的试件尺寸精确，前后侧板通过六个螺栓固定，方便组装和拆卸，同时模具中间区域有足够的空间，满足了振捣的需要。

左右侧板尺寸与试件尺寸完全相同，且左右侧板位置分别由底板和前后侧板上的固定板（块）以及前后侧板六个螺栓的约束力控制，防止了左右侧板的侧移，使得生产出的试件尺寸精确，其中固定块分别焊接在底板和侧板上，且底板上的固定块留有通孔，用于连接前后侧板的螺纹杆穿过，前后侧板与底板连接成一整体，使得模具的整体性更强，便于搬运。

模具所使用的螺栓均采用蝶形手拧螺母，便于安装操作。

本发明的另一个目的是提供一种适用于选用上述模具生产轴拉试件的试验方法与试验加载装置，其方法如以下步骤：

（1）安装紧固模具，通过拧紧前后侧板六个蝶形螺母把前后左右侧板固定在底板上，同时拧紧底板前后两挡板处的螺栓。并在模具内侧均匀涂上润滑油，便于成型和拆模；

（2）采用捣棒人工插捣法，分三层振捣，每层约150mm；

（3）按螺旋方向从边缘向中心均匀振捣；

（4）每层振捣不少于15次；

（5）插捣后用橡皮锤轻轻敲击模具四周，直至插捣棒留下的空洞消失为止；

（6）待浇筑完毕，经过24h养护后，将前后侧板螺母，螺纹杆拆掉，即可把各侧板拆除；

（7）养护28d后，用打磨机去除试件两端2mm表面疏松层，并磨平；

（8）无水酒精清洁两端，并用高强环氧树脂结构胶两端各粘结一块高强钢板，用刮刀均匀的将胶涂抹在试件端面和钢板表面，前后左右轻推钢板，排出气泡，加压固定，固化24h。

加载装置：

针对本发明模具设计的加载装置，由两个球铰和两块高强钢板，四根辅助刚性杆以及相应的测量设备组成。其中高强钢板厚度为30mm，刚性杆直径为8mm，球铰作用防止试件偏心受拉。加载原理，通过分别测试件与刚性杆共同作用下的力和变形以及刚性杆的力和变形，得到试件的力与变形。

加载制度：

（1）安装试件，调整刚性杆螺母使上下钢板保持水平，并安装上端球铰；

（2）调整试验机上部夹头至较高位置，夹持上端球铰，使得钢架整体悬挂于上部球铰上；

（3）在试件中间受拉区安装位移传感器，以及在四根钢性杆处中部连接应变片和数据采集装置；

（4）缓慢的进行两次预加载，预拉荷载相当于破坏荷载的15%~20%（破坏荷载需实测）。预拉时读取应变值，需要调整荷载传递装置偏心率不大于15%；

（5）预拉完毕后，重新调整测量仪器，进行正式测试。拉伸时的变形控制速度取0.002mm/min。测读并记录荷载和位移（变形）。加载装置如附图12所示。

本发明的技术优势在于：

（1）垂直哑铃型试件规整，各侧面质地均匀，制作相对简单，安装过程简单快捷，且便于浇筑和振捣，质量易于保证。

（2）模具构造简单，加工方便。整个模具仅通过8个可拆卸可循环利用的蝶形螺母和螺纹杆紧固，安装、拆卸快捷高效，可明显提高试验效率。

（3）模具可重复性使用。各侧板均为厚5mm的高强钢板制作，避免了多次使用侧面变形带来的尺寸效应。

（4）试件制作精度高。前后侧板和底板均设置有挡板和固定块，保证了模具安装的精度以及试件成型尺寸的准确性。

（5）制作试件流程简洁。整个试件制作的加工大致分为三步即可完成，第一步：安装模具，通过紧固八个蝶形螺母把各侧板连接并固定在底板上，形成整体；第二部：分层浇筑混凝土，人工振捣密实；第三步：养护24h后，手动卸掉螺栓，拆模。

（6）试件设计科学，预期效果高。采用平滑曲面设计，有效避免截面骤减处局部应力集中，哑铃型试件中端截面面积小于端部面积，所受应力大于两端部分，裂缝出现在设计中部量测区域的预期更高，可有效控制。

（7）试验结果理想。能很快获得较理想的混凝土轴向拉伸应力-应变全曲线。

（8）方法新颖。为测试混凝土轴拉性能提供了一种新的途径。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的立体结构实物图；

图3为本发明的试件成型实物图；

图4为本发明的俯视示意图；

图5为本发明的前后侧板正视图；

图6为本发明的前后侧板侧视图；

图7为本发明的左右侧板正视图；

图8为本发明的左右侧板侧视图；

图9为本发明的底板示意图；

图10为本发明的底板尺寸图（正视）；

图11为本发明的底板尺寸图（侧视）；

图12为本发明相对应的加载装置示意图；

图13为本发明所述试件的尺寸图。

1-固定板，2-固定块，3-上方固定块，4-自紧螺栓，5-连接螺栓。

具体实施方式

本发明是一个立式模具。其由底板，前后侧板和左右侧板，三种不同的手拧螺栓组成。底板前后分别固定连接侧板，底板和侧板均预留有固定孔、安装孔；所述底板的两端设置有固定板，前后侧板嵌在两固定板中，且固定板内设置有自紧螺栓孔用来抵住侧板，防止侧板滑移；所述前后侧板均通过螺栓穿过所述的安装孔和固定孔进行安装，且前后侧板和底板通过螺栓固定在一起，形成一个整体；所述左右侧板嵌在前后侧板中，前后侧板设置有定位的固定块；两种不同尺寸的侧板，其中前后侧板设置有六个安装孔，左右侧板与试件尺寸完全相同，且侧板上下都有一定的弧度。

前、后侧板在靠近自身顶部的左右两侧均固定有上部固定块；所述上部固定块位于最上方安装孔的内侧且左、右侧板紧贴上部固定块设置。

所述连接螺栓的螺母为蝶形手拧螺母。

Claims (4)

1.一种粘贴式测试混凝土轴拉性能的哑铃型试件模具，其特征在于，包括底板，前、后侧板和左、右侧板；底板前后两侧分别固定有一个固定板，底板左右两侧中部分别固定有固定块；前、后侧板的左右两侧分别设有三个自上而下排列的安装孔且前侧板上的六个安装孔与后侧板上的六个安装孔两两相对；两个固定板的中心开有前后走向的固定孔，两个固定块也开有前后走向的固定孔；前、后侧板分别紧贴底板上的前、后固定板内侧设置，且固定板的固定孔内设置有自紧螺栓用来抵住前、后侧板；所述前、后侧板之间均通过连接螺栓穿过所述的两两相对的安装孔进行安装，其中位于最下方的连接螺栓还穿过固定块上的固定孔；所述左、右侧板嵌在前、后侧板中间且位于六个连接螺栓之间，左、右侧板靠近底部的部分分别被底板上的左、右固定块的内侧限位；前、后侧板以及左、右侧板的中部均向内弯折，弯折部分上下两侧为弧形，中间为竖直平面且弧形区域与中间平面相切，形成圆滑曲面过渡；底板、前、后侧板以及左、右侧板之间形成双向扩大的哑铃型空腔且空腔的横截面均为正方形。

2.如权利要求1所述的粘贴式测试混凝土轴拉性能的哑铃型试件模具，其特征在于，前、后侧板在靠近自身顶部的左右两侧均固定有上部固定块；所述上部固定块位于最上方安装孔的内侧且左、右侧板紧贴上部固定块设置。

3.如权利要求1或2所述的粘贴式测试混凝土轴拉性能的哑铃型试件模具，其特征在于，所述连接螺栓的螺母为蝶形手拧螺母。

4.一种粘贴式测试混凝土轴拉性能的哑铃型试件的试验方法，其特征在于，包括采用权利要求1~3任一项所述模具生产轴拉试件的试验方法、试验加载装置以及试验加载制度；所述生产轴拉试件的试验方法如下：

（1）安装紧固模具，通过拧紧前后侧板六个连接螺栓上的螺母把前后左右侧板固定在底板上，同时拧紧底板前后两固定板处的自紧螺栓，并在模具内侧均匀涂上润滑油；

（2）采用捣棒人工插捣法，分三层振捣，每层约150mm；

（3）按螺旋方向从边缘向中心均匀振捣；

（4）每层振捣不少于15次；

（5）插捣后用橡皮锤轻轻敲击模具四周，直至插捣棒留下的空洞消失为止；

（6）待浇筑完毕，经过24h养护后，将前后侧板螺母，螺杆拆掉，即可把各侧板拆除；

（7）养护28d后，用打磨机去除试件两端2mm表面疏松层，并磨平；

（8）无水酒精清洁试件上下两端，并用高强环氧树脂结构胶在试件上下两端各粘结一块高强钢板，用刮刀均匀的将胶涂抹在试件端面和钢板表面，前后左右轻推钢板，排出气泡，加压固定，固化24h；

所述加载装置如下：

所述加载装置包括两个球铰和两块高强钢板，四根辅助刚性杆以及相应的测量设备；其中高强钢板厚度为30mm，刚性杆直径为8mm；加载原理：通过分别测试件与刚性杆共同作用下的力和变形以及刚性杆的力和变形，得到试件的力与变形；

加载制度：

（1）安装试件，调整刚性杆螺母使上下钢板保持水平，并安装上端球铰；

（2）调整试验机上部夹头至较高位置，夹持上端球铰，使得钢架整体悬挂于上部球铰上，同时夹持下端球铰；

（3）安装位移传感器，连接应变片和数据采集装置；

（4）缓慢的进行两次预加载，预拉荷载相当于破坏荷载的15%~20%；预拉时读取应变值，需要调整荷载传递装置偏心率不大于15%；

（5）预拉完毕后，重新调整测量仪器，进行正式测试，拉伸时的变形控制速度取

0.002mm/min，测读并记录荷载和位移。

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