CN110174304A - 一种混凝土徐变多功能试验测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土徐变多功能试验测试系统，包括反力底座、设置在反力底座上的一号反力柱、二号反力柱、三号反力柱及用于放置混凝土试件的反力组件；一号反力柱、反力组件及三号反力柱依次设置在同一水平线上，二号反力柱设置在另一水平线上；一号反力柱与三号反力柱之间通过反力梁连接；反力梁与反力组件之间设有一号围压伺服作动器，二号反力柱与反力组件之间设有二号围压伺服作动器，一号反力柱与反力组件之间设有轴向伺服作动器。该测试系统，可实现混凝土单轴、三轴徐变测试，不需要反力地板等反力装置，降低了对实验场地的要求，还可通过反力架的自由组合实现多功能、多用途的加载测试。
Description
技术领域
本发明属于结构试验测试领域，具体涉及一种混凝土徐变多功能试验测试系统。
背景技术
在土木工程领域中，混凝土是最为常用的建筑材料，由于混凝土材料具有强度高，耐久性好和造价低等优点，因此被广泛的应用于工程领域。但是混凝土材料在进行水化反应和长期服役的过程中存在明显的徐变，混凝土的徐变会导致混凝土结构的开裂，尤其对于预应力结构而言，混凝土的徐变会导致预应力筋的应力松弛，会降低结构的承载能力，并会增大结构的变形，为结构的安全带来隐患。因此研究混凝土的徐变特性对于混凝土结构而言具有重要意义，但是现阶段混凝土的徐变多采用单轴加载的方式进行量测，得出的是混凝土单轴徐变的变化规律，而实际的工程结构中的混凝土常常处于三轴应力状态，而混凝土在三轴应力状态下的徐变特性还待进一步研究，混凝土的三轴徐变需要在混凝土试件的三个轴线方向进行正交加载，为了解决混凝土三轴徐变加载和测试的困难，发明一种可以实现混凝土三轴徐变的多功能试验测试系统对于科学研究和工程实践具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种混凝土徐变多功能试验测试系统，能够检测混凝土试件在三轴应力状态下徐变，解决混凝土三轴徐变加载和测试困难的技术问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种混凝土徐变多功能试验测试系统，包括反力底座、设置在反力底座上的一号反力柱、二号反力柱、三号反力柱及用于放置混凝土试件的反力组件，一号反力柱、反力组件及三号反力柱依次设置在同一水平线上，二号反力柱设置在另一水平线上；一号反力柱与三号反力柱之间通过反力梁连接；反力梁与反力组件之间设有一号围压伺服作动器，二号反力柱与反力组件之间设有二号围压伺服作动器，一号反力柱与反力组件之间设有轴向伺服作动器，一号围压伺服作动器、二号围压伺服作动器及轴向伺服作动器的轴线正交。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，所述一号围压伺服作动器与反力组件之间设有一号分配垫块；二号围压伺服作动器与反力组件之间设有二号分配垫块；轴向伺服作动器与反力组件之间设有轴向分配垫块。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，所述反力组件包括反力基座及设置在反力基座上的反力台座，反力台座包括底板及设置在底板上的用于限制混凝土试件位移的L型挡块。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，所述反力台座的底板上还设有用于限制二号分配垫块移动的限位装置。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，所述反力底座为T型结构，包括水平部和垂直部，一号反力柱、反力组件及三号反力柱设置在水平部，二号反力柱设置在垂直部。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，反力底座上、反力基座上、反力梁上，分别设有用于调节水平位置的螺栓孔；一号反力柱上、二号反力柱上、三号反力柱上分别设有用于调节垂直高度的螺栓孔。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，所述一号围压伺服作动器、二号围压伺服作动器及轴向伺服作动器上均设有数据采集仪，该数据采集仪包括用于检测混凝土试件加载情况的力传感器和用于检测检测混凝土试件移动情况的位移传感器。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，所述各数据采集仪均通过伺服控制系统控制，伺服控制系统通过设置的时间触发装置实现各数据采集仪的同步性。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，所述一号围压伺服作动器、二号围压伺服作动器及轴向伺服作动器分别通过液压系统提供动力，液压系统包括蓄能器及向蓄能器提供油源的液压泵站。
进一步，如上述所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，所述液压泵站和蓄能器分别通过各自连接线与所述伺服控制系统连接；当伺服控制系统检测到液压泵站的压力达到设定压力范围上限时，自动停机，依靠蓄能器实现压力的维持，当伺服控制系统检测到液压泵站的压力达到设定压力范围下限时，液压泵站开启自动补压。
本发明的有益技术效果在于：
(1)本发明通过设置自平衡装配式反力架和三轴作动器，实现了混凝土单轴、双轴及三轴徐变测试，不需要反力地板等反力装置，降低了对实验场地的要求，还可通过反力架的自由组合实现多功能、多用途的加载测试，提高建筑结构的安全性和可靠性。
(2)三个伺服作动器分别通过液压系统提供动力，受力路径明确，三个方向的正交力互相独立，互不干扰，可以实现自由加载和控制。
(3)三个伺服作动器和液压系统分别通过伺服控制系统控制，能够实现实时加载控制和数据采集控制，保证实验数据的准确性。
附图说明
图1是本发明测试系统整体结构示意图；
图2是本发明反力组件的结构示意图；
图3是本发明反力台座的结构示意图；
图4是本发明伺服控制系统的控制图。
图中：1-反力底座、2-反力基座、3-一号反力柱、4-反力梁、5-轴向伺服作动器、6-液压泵站、7-油源管路、8-蓄能器、9-限位装置、10-反力台座、11-一号围压伺服作动器、12-一号分配垫块、13-二号围压伺服作动器、14-二号反力柱、15-三号反力柱、16-二号分配垫块、17-轴向分配垫块、18-伺服控制器、19-伺服控制单元、20-控制线、101-底板、102-L型挡块
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
需要说明的是，在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
如图1所示，是本发明提供的混凝土徐变多功能试验测试系统，包括反力底座1及设置在反力底座1上的一号反力柱3、二号反力柱14、三号反力柱15及反力组件。一号反力柱3、反力组件及三号反力柱15依次设置在同一水平线上，二号反力柱14与一号反力柱3、反力组件及三号反力柱15设置在不同水平线上。一号反力柱3与三号反力柱15之间通过反力梁4连接。反力梁4与反力组件之间设有一号围压伺服作动器11，二号反力柱14与反力组件之间设有二号围压伺服作动器13，一号反力柱3与反力组件之间设有轴向伺服作动器5，一号围压伺服作动器11、二号围压伺服作动器13及轴向伺服作动器5三条轴线正交。
反力组件、一号反力柱3、二号反力柱14、三号反力柱15通过高强螺栓固定在反力底座1上，反力梁4通过高强螺栓分别与一号反力柱3和三号反力柱15固定连接，轴向伺服作动器5通过高强螺栓与一号反力柱3固定连接，一号围压伺服作动器11通过高强螺栓与反力梁4固定连接，二号围压伺服作动器13通过高强螺栓与二号反力柱14固定连接，从而形成一个整体的自平衡反力架。
由此，本发明通过自平衡装配式反力架和三个伺服作动器，实现了混凝土单轴、双轴及三轴徐变测试，解决了混凝土三轴徐变加载和测试困难的技术问题，且在测试时，三个正交方向的反向力分别通过一号反力柱、二号反力柱、三号反力柱、反力梁、反力基座、反力底座和反力台座承担，不需要反力地板等反力装置，降低了对实验场地的要求，节约成本。
本发明为了保证测试的精准度及避免作动器造成损坏，分别在一号围压伺服作动器11与混凝土试件顶面之间设置一号分配垫块12；二号围压伺服作动器13与混凝土试件侧面之间设置二号分配垫块16；轴向伺服作动器5与混凝土试件端面之间设置轴向分配垫块17。
反力底座1为T型结构，包括水平部和垂直部，一号反力柱3、反力组件及三号反力柱15设置在反力底座1的水平部，二号反力柱14设置在反力底座1的垂直部。结构简单，便于混凝土三轴徐变测试及设备安装。
反力底座1上、反力组件上、反力梁4上分别设有用于调节水平位置的多个螺栓孔；一号反力柱3上、二号反力柱14上、三号反力柱15上分别设有用于调节垂直高度的多个螺栓孔。由此，可满足不同规格、尺寸试件的测试要求，实现了多功能、多用途加载测试目标。
如图2所示，反力组件包括反力基座2及设置在反力基座2上的反力台座10，反力基座2与反力台座10固定连接。反力基座2包括连接板及设置在连接板上的肋板，连接板上设有螺栓孔，用于与反力底座1连接，肋板通过焊接方式或其它方式与反力台座10连接，用于支撑反力台座10。结构简单，实用性强。
如图3所示，反力台座10包括底板101、设置在底板101上的用于限制混凝土试件位移的L型挡块102及设置在底板101上用于限制二号分配垫块16位移的限位装置9。限位装置9为两块限位板，两块限位板为方形板，设置在同一水平线上。反力台座10用于放置混凝土试件，反力台座10的大小可根据混凝土试件的大小和结构进行适应性调整。
上述各部件均采用金属材料制成，耐久性好、能够适应长期加载。
如图4所示，轴向伺服作动器5、一号围压伺服作动器11及二号围压伺服作动器13均通过各自的管线与液压系统连接，由液压系统提供动力。
可见，三个不同方向的作动器受力路径明确，三个方向的正交力互相独立，互不干扰，可以实现自由加载和控制。
液压系统包括蓄能器8和液压泵站6，液压泵站6通过油源管路7向蓄能器8提供油源。蓄能器8和液压泵站6均通过连接线与伺服控制系统连接。这样，测试系统工作时，液压泵站6给蓄能器8供油，蓄能器8再给轴向伺服作动器5、一号围压伺服作动器11及二号围压伺服作动器13供油，当伺服控制系统检测到液压泵站6的压力达到设定压力范围上限时，自动停机，依靠蓄能器8实现压力的维持，当伺服控制系统检测到液压泵站6的压力达到设定压力范围下限时，液压泵站6开启自动补压。由此，液压泵站6、蓄能器8和伺服控制系统的相互配合，可以实现力的长期维持，从而能够适应混凝土徐变测试对长期高精度加载的要求。
如图4所示，一号围压伺服作动器11、二号围压伺服作动器13及轴向伺服作动器5上分别设有数据采集仪，数据采集仪包括力传感器和位移传感器。力传感器用于检测混凝土试件加载情况，位移传感器用于检测检测混凝土试件移动情况。轴向伺服作动器5、一号围压伺服作动器11及二号围压伺服作动器13分别通过各自控制线20与伺服控制系统连接，伺服控制系统上设有时间触发装置，不但控制了各数据采集仪的采集量，保证实验数据处理的便利性，还有效地实现各数据采集仪的同步性，保证采集数据的精准度。测试过程中，各伺服作动器通过各分配垫块向混凝土试件施加轴压和侧向围压，并利用数据采集仪实现力和位移量测，利用事先在混凝土试件中埋设好的应变计进行应力变化量测，从而完成混凝土试件徐变测试实验。
伺服控制系统包括伺服控制器18及伺服控制单元19。伺服控制器18用于接收液压系统及各数据采集仪传送的信号，并将该信号传送给伺服控制单元19，伺服控制单元19进行处理后，将信号转化为指令通过伺服控制器18传送给液压系统及各伺服作动器。
本发明的混凝土徐变多功能试验测试系统并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
Claims (10)
1.一种混凝土徐变多功能试验测试系统，包括反力底座(1)、设置在反力底座(1)上的一号反力柱(3)、二号反力柱(14)、三号反力柱(15)及用于放置混凝土试件的反力组件，其特征是：一号反力柱(3)、反力组件及三号反力柱(15)依次设置在同一水平线上，二号反力柱(14)设置在另一水平线上；一号反力柱(3)与三号反力柱(15)之间通过反力梁(4)连接；反力梁(4)与反力组件之间设有一号围压伺服作动器(11)，二号反力柱(14)与反力组件之间设有二号围压伺服作动器(13)，一号反力柱(3)与反力组件之间设有轴向伺服作动器(5)，一号围压伺服作动器(11)、二号围压伺服作动器(13)及轴向伺服作动器(5)的轴线正交。
2.如权利要求1所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：所述一号围压伺服作动器(11)与反力组件之间设有一号分配垫块(12)；二号围压伺服作动器(13)与反力组件之间设有二号分配垫块(16)；轴向伺服作动器(5)与反力组件之间设有轴向分配垫块(17)。
3.如权利要求2所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：所述反力组件包括反力基座(2)及设置在反力基座(2)上的反力台座(10)，反力台座(10)包括底板(101)及设置在底板(101)上的用于限制混凝土试件位移的L型挡块(102)。
4.如权利要求3所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：所述反力台座(10)的底板(101)上还设有用于限制二号分配垫块(16)移动的限位装置(9)。
5.如权利要求4所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：所述反力底座(1)为T型结构，包括水平部和垂直部，一号反力柱(3)、反力组件及三号反力柱(15)设置在水平部，二号反力柱(14)设置在垂直部。
6.如权利要求5所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：反力底座(1)上、反力基座(2)上、反力梁(4)上，分别设有用于调节水平位置的螺栓孔；一号反力柱(3)上、二号反力柱(14)上、三号反力柱(15)上分别设有用于调节垂直高度的螺栓孔。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：所述一号围压伺服作动器(11)、二号围压伺服作动器(13)及轴向伺服作动器(5)上均设有数据采集仪，该数据采集仪包括用于检测混凝土试件加载情况的力传感器和用于检测检测混凝土试件移动情况的位移传感器。
8.如权利要求7所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：所述各数据采集仪均通过伺服控制系统控制，伺服控制系统通过设置的时间触发装置控制各数据采集仪的同步性。
9.如权利要求8所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：所述一号围压伺服作动器(11)、二号围压伺服作动器(13)及轴向伺服作动器(5)分别通过液压系统提供动力，液压系统包括蓄能器(8)及向蓄能器(8)提供油源的液压泵站(6)。
10.如权利要求9所述的一种混凝土徐变多功能试验测试系统，其特征是：所述液压泵站(6)和蓄能器(8)通过所述伺服控制系统控制；当伺服控制系统检测到液压泵站(6)的压力达到设定压力范围上限时，自动停机，依靠蓄能器(8)实现压力的维持，当伺服控制系统检测到液压泵站(6)的压力达到设定压力范围下限时，液压泵站(6)开启自动补压。
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