CN110361271A - 材料剪切特性试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种材料剪切特性试验装置及方法，属于建筑用试验设备技术领域。上述试验装置包括底座、夹持组件、试样安装组件和滑动组件。底座主要用于固定整个试验装置；试样安装组件用于安装固定试样，并使试样的一部分悬空；夹持组件包括相对设置的第一立板和第二立板，试样通过滑动组件与第一立板连接，第二立板用于给试样施加法向压力。当试样被固定之后，施加垂直于底座的压力直至试样被剪断。上述试验装置及方法可以方便地提供独立的法向压力与剪切力，无需专门的剪切试验设备，可提高试验效率，节省试验经费；并且构造简单、操作方便、适用性及实用性强，便于试验人员掌握、使用；可在试验现场和实验室中推广使用。

Description

材料剪切特性试验装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑用试验设备技术领域，具体而言，涉及一种材料剪切特性试验装置及方法。

背景技术

混凝土材料与其它材料粘接组合形成的复合式结构出现在诸如隧道、桥梁、工民建等多个工程领域，如盾构隧道管片嵌缝防水采用的密封胶与管片混凝土表面粘接形成的复合式结构、桥梁中桥面板与桥面铺装层之间通过桥面防水粘接层粘接形成的复合式结构、建筑工程混凝土加固领域中老旧混凝土与高性能水泥基复合材料粘接形成的复合式结构等。为探究此类混凝土与其它材料粘接形成的复合式结构的力学性能，通常需要对其粘接界面做剪切特性试验。

现有的结合万能试验机的剪切装置通常是采用剪切界面与水平向成45°或其他角度的斜剪试验，这种试验方法的结构决定了其粘接界面上的剪切力与法向压力是按固定大小比例关联起来的，并不能实现0法向压力的直接剪切或自由法向压力下的剪切试验。目前在个别工程领域市面上也存在专用的粘接层剪切设备，能够实现法向压力与剪切力独立施加，但通常价格昂贵增加试验成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种材料剪切特性试验装置及方法，其能够在自由法向压力下测试材料的剪切特性。

本发明是这样实现的：

一种材料剪切特性试验装置，包括：

底座，所述底座包括安装平面

夹持组件，所述夹持组件包括相对间隔设置的第一立板和第二立板，所述第一立板和所述第二立板均与所述安装平面垂直连接；

试样安装组件，用于安装试样；所述试样安装组件包括相对间隔设置的第一平板和第二平板，所述第一平板和所述第二平板均与所述安装平面平行设置；所述试样能够部分被固定安装在所述第一平板和所述第二平板之间；

所述试样安装组件设置在所述第一立板和所述第二立板之间，并与所述底座滑动配合；所述夹持组件能够给所述试样施加垂直于所述第一立板的夹持力；

滑动组件，所述滑动组件与所述第一立板滑动连接，用于与所述试样抵接。

进一步；

所述材料剪切特性试验装置还包括压力传感器和控制器；所述压力传感器与所述滑动组件连接，并设置在所述滑动件与所述第一立板之间；所述控制器与所述压力传感器电连接，用于接收所述压力传感器的检测数据。

进一步；

所述滑动组件包括直线导轨和滑块，所述直线导轨与所述第一立板连接，并沿垂直于底座的方向延伸；所述滑块与所述压力传感器连接。

进一步；

所述试样安装组件还包括连接板，所述第一平板和所述第二平板通过所述连接板连接形成U型。

进一步；

所述第一平板上设置有螺纹孔，所述螺纹孔上设置有螺钉，所述螺钉的端部用于与所述试样抵接。

进一步；

所述第二立板上设置有螺纹孔，所述螺纹孔上设置有螺钉，所述螺钉的端部与所述试样安装组件抵接。

进一步；

所述材料剪切特性试验装置还包括第一连接头和第二连接头，所述第一连接头和所述第二连接头用于与压力机连接。

进一步；

所述第一立板和所述第二立板均为L型，并与所述底座可拆卸连接。

一种材料剪切特性试验方法，采用了所述的材料剪切特性试验装置，包括以下步骤：

a.将试样固定安装在试样安装组件的第一平板和第二平板之间，并使得试样的一部分悬空；

b.利用所述夹持组件给所述第一立板施加预设的法向压力；

c.利用压力机给试样悬空的部分施加预设的剪切力，直至试样被剪断。

进一步；

试验过程中，记录法向压力和剪切力，并结合试样的截面尺寸绘制材料剪切特性曲线。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的材料剪切特性试验装置及方法，试验时，将试样(例如，粘接而成的块状复合式结构)安装在试样安装组件中，使得粘接面露出第一平板和第二平板。此时，将底座固定，给第一立板施加预设大小的法向压力；然后利用压力机给露出试样安装组件的试样施加剪切力直至粘接面被剪断。由于法向压力和剪切力是施加完全独立，因此，采用上述实验装置及方法能够根据试验需求任意调整法向压力的大小，以此来测试不同法向压力下试样所能承受的最大剪切力。

上述试验装置可以直接置于压力机上下压头上，可以方便地提供独立的法向压力与剪切力，无需专门的剪切试验设备，可提高试验效率，节省试验经费。本发明试验装置构造简单、操作方便、适用性及实用性强，便于试验人员掌握、使用；可在试验现场和试验室中推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的试验装置的结构示意图。

图标：100-试验装置；110-底座；112-安装平面；120-夹持组件；121-第一立板；122-第二立板；123-第一固定板；124-第二固定板；130-试样安装组件；131-第一平板；132-第二平板；133-连接板；140-滑动组件；150-压力传感器；161-第一连接头；162-第二连接头；200-试样。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参考图1，本实施例提供了一种材料剪切特性试验装置100，其主要用于测试不同法向压力下试样的剪切特性。上述试验装置100包括底座110、夹持组件120、试样安装组件130和滑动组件140。底座110主要用于固定整个试验装置100；试样安装组件130用于安装固定试样200，并使试样200的一部分悬空，以便于剪切力；夹持组件120包括相对设置的第一立板121和第二立板122，试样的悬空部分通过滑动组件140与第一立板121连接，第二立板122用于给试样施加法向压力。当试样被固定之后，通过压力机施加垂直于底座110的压力直至试样被剪断，从而得到不同法向压力下对应的最大剪切力。

具体地，请继续参考图1，底座110为矩形板状结构，其上表面为安装平面112，底座110的两端设置有螺栓孔，用于安装螺钉以便于固定夹持组件120。底座110的中部设置有第一连接头161，第一连接头161为圆柱状；其一端与底座110垂直设置并固定连接，另一端设置与连接孔，用于与压力机连接。

夹持组件120包括平行间隔设置的第一立板121和第二立板122，两者关于底座110的宽度方向的中心线对称设置。为了便于上述两个立板与底座110的连接固定，夹持组件120还设置了两个固定板，立板和固定板一体成型成L型；固定板上设置有螺纹孔。夹持组件120与底座110装配时，固定板与底座110贴合，利用螺钉将两个立板与底座110进行连接。

进一步，夹持组件还包括第一固定板123和第二固定板124，第一固定板123与第一立板121连接成L型，第二固定板124和第二立板122连接成L型；第一立板121通过第一固定板123与底座连接，第二立板122通过第二固定板124与底座连接。

为了便于对第一立板121和第二立板122之间的试样施加法向应力，本实施例中的第二立板122上设置有多个螺纹孔，螺纹孔中设置有螺钉，螺钉穿过螺纹孔后与试样安装组件130抵接。通过拧紧上述螺钉能够推动试样安装组件130和试样一起朝靠近第一立板121的方向运动，从而实现对试样法向压力的施加。

具体地，试样安装组件130设置在第一立板121和第二立板122之间，包括连接板133和平行间隔设置的第一平板131和第二平板132。第一平板131和第二平板132通过连接板133连接形成大致的U型；第二平板132与底座110的上表面贴合，并能沿底座110的上表面自由滑动。连接板133与第二立板122平行设置，并与第二立板122上螺钉的端部抵接。为了能够将试样进行夹持固定，第一平板131上设置有多个螺纹孔，螺纹孔中设置有螺钉，上述螺钉穿过第一平板131的螺纹孔后能够与试样抵接。通过拧紧螺钉，螺钉和第二平板132能将试样固定。此时，试样的一部分位于第一平板131和第二平板132之间，另一部分悬空。

为了便于施加剪切力，本实施例中的试验装置100还包括滑动组件140。滑动组件140包括直线导轨和滑块，直线导轨与第一立板121固定连接，并垂直与底座110设置；即平行于试样受到的剪切力的方向。上述设计使得试样受到剪切力时，试样与滑动组件140抵接的部位受到的摩擦力较小，从而提高试验数据的准确性。

为了实时监测并记录测量试样受到的法向压力，上述试验装置100还包括压力传感器150和控制器，压力传感器150设置在滑块上，其直接与试样的悬空部分抵接。当第二立板122上的螺钉推动夹持组件120与试样朝靠近第一立板121的方向运动靠近时，压力传感器150能够直接检测出法向压力数值，并将信号传递给控制器记录。上述控制器可以采用PLC或单片机，由于控制器和压力传感器150均可以直接购买，因此不对其进行详细描述。在其它实施例中，压力传感器150也可以设置在第二立板122和夹持组件120之间。

为了便于施加剪切力，试验装置100还包括第二连接头162，其形状结构与第一连接头161类似；其一端用于与压力机的压力输出部件连接，另一端用于与试样的悬空部分抵接。第一连接头161和第二连接头162同轴设置，当压力机施加压力时，第二连接头162能够给试样施加剪切力。

需要说明的是，本实施例仅为众多实施例中的一种，在其它实施中，可以有较多的变形。例如，第二立板122上可以不设置螺钉，将第二立板122与底座110滑动连接，利用外部直线运动机构(例如液压缸或压力机)推动第二立板122朝靠近第一立板121的方向运动，进而给试样施加法向压力。或者，第一平板131和第二平板132也可以设置成可以相对运动的结构，利用螺钉将第一平板131和第二平板132的相对位置进行固定，并对试样进行固定安装。

实施例2：

本实施例提供了一种材料剪切特性试验方法，其采用了上述试样装置，具体包括以下步骤：

(1)制备好混凝土/砂浆试块与界面粘接层作为试验试样，大小尺寸与试样安装组件130相适应。

(2)装夹试样，将试样放置在试样安装组件130，并通过试样预紧螺钉固定，以免试验过程中试样由于不平被压倾倒。

(3)移动试样安装组件130，将试样一面接触压力传感器150表面。

(4)拧紧压力螺栓，至试验需要的界面法向压力F2。

(5)开始试验，第一连接头161在压力机的作用下下压，记录压力机输出的剪切力F1，当试样被剪开时试验停止。压力传感器150通过直线导轨和被剪试样一起下移，避免损伤压力传感器150。

(6)通过试验过程中记录的剪切力F1和法向压力F2，结合试样界面尺寸a、b绘制出试验界面特性曲线。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种材料剪切特性试验装置，其特征在于，包括：

底座，所述底座包括安装平面；

夹持组件，所述夹持组件包括相对间隔设置的第一立板和第二立板，所述第一立板和所述第二立板均与所述安装平面垂直连接；

试样安装组件，用于安装试样；所述试样安装组件包括相对间隔设置的第一平板和第二平板，所述第一平板和所述第二平板均与所述安装平面平行设置；所述试样能够部分被固定安装在所述第一平板和所述第二平板之间；

所述试样安装组件设置在所述第一立板和所述第二立板之间，并能够相对于所述底座滑动；所述夹持组件能够给所述试样施加法向压力；

滑动组件，所述滑动组件与所述第一立板连接，用于与所述试样抵接。

2.根据权利要求1所述的材料剪切特性试验装置，其特征在于：

所述材料剪切特性试验装置还包括压力传感器和控制器；所述压力传感器与所述滑动组件连接，用于与所述试样抵接；所述控制器与所述压力传感器电连接，用于接收所述压力传感器的检测数据。

3.根据权利要求2所述的材料剪切特性试验装置，其特征在于：

所述滑动组件包括直线导轨和滑块，所述直线导轨与所述第一立板连接，并沿垂直于底座的方向延伸；所述滑块与所述压力传感器连接。

4.根据权利要求1所述的材料剪切特性试验装置，其特征在于：

所述试样安装组件还包括连接板，所述第一平板和所述第二平板通过所述连接板连接形成U型。

5.根据权利要求1所述的材料剪切特性试验装置，其特征在于：

所述第一平板上设置有第一螺纹孔，所述螺纹孔上设置有螺钉，所述螺钉的端部用于与所述试样抵接。

6.根据权利要求1所述的材料剪切特性试验装置，其特征在于：

所述第二立板上设置有第二螺纹孔，所述螺纹孔上设置有螺钉，所述螺钉的端部与所述试样安装组件抵接。

7.根据权利要求1所述的材料剪切特性试验装置，其特征在于：

所述材料剪切特性试验装置还包括第一连接头和第二连接头；所述第一连接头的一端用于与压力机连接，另一端用于与底座连接；所述第二连接头的一端用于与压力机连接，另一端用于与试样抵接。

8.根据权利要求1所述的材料剪切特性试验装置，其特征在于：

所述夹持组件还包括第一固定板和第二固定板，所述第一固定板与所述第一立板连接成L型，所述第二固定板和所述第二立板连接成L型；所述第一立板通过所述第一固定板与所述底座连接，所述第二立板通过所述第二固定板与所述底座连接。

9.一种材料剪切特性试验方法，采用了权利要求1至8任一项所述的材料剪切特性试验装置，其特征在于，包括以下步骤：

a.将试样固定安装在试样安装组件的第一平板和第二平板之间，并使得试样的一部分悬空；

b.利用所述夹持组件给所述第一立板施加预设的法向压力；

c.利用压力机给试样悬空的部分施加预设的剪切力，直至试样被剪断。

10.根据权利要求9所述的材料剪切特性试验方法，其特征在于：

试验过程中，记录法向压力和剪切力，并结合试样的截面尺寸绘制材料剪切特性曲线。