CN110361272B - 一种直剪及复合受剪的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直剪及复合受剪的试验装置，属于土木工程测试设备领域。所述直剪及复合受剪的试验装置包括剪切组件，所述剪切组件设于所述反力架内，所述剪切组件包括第一底座、第一下滚珠板、下剪切盒、第一垫板、上滚珠板以及第二垫板；所述第一底座固定于地面上，所述第一下滚珠板设于第一底座顶部，所述下剪切盒设于第一下滚珠板顶部，所述下剪切盒能够沿第一下滚珠板的长度方向滑动，所述下剪切盒上设有开口向上的容纳槽，所述上剪切盒设于所述下剪切盒的顶部，所述上剪切盒和下剪切盒能够于第一下滚珠板的长度方向上相对滑动。本发明为结构设计得到抗剪强度、剪切变形、剪切模量等参数提供可靠手段，从而为提高结构的安全性提供保障。

Description

一种直剪及复合受剪的试验装置

技术领域

本发明属于土木工程测试设备领域，尤其是一种直剪及复合受剪的试验装置。

背景技术

试件在直剪及复合受剪作用下的强度和变形是一项重要的力学性能，揭示剪切过程中结构的破坏机理，不仅对结构的受力破坏分析意义重大，而且对指导工程结构设计至关重要。由国内外文献可见，由于条件所限没有专门的试验设备，致使试件在剪切作用下的试验研究极少，因此只能通过加工试件形成剪切薄弱面的形式，即采用矩形短梁直接剪切、单剪面Z形试件、缺口梁四点受力、薄壁圆筒受纽等试验方法来测定剪切强度。通过该类试验方法所测定的抗剪强度相差悬殊，没有被学术和工程界统一认定的结果，同时有限的数据也不足以为结构的安全性提保障。因此，基于目前没有一套合理的直剪及复合受剪加载装置，有必要研发一种直剪及复合受剪的试验装置，研究直剪和复合受剪作用下的材料抗剪强度与剪切性能，揭示结构的受剪的破坏机制，为指导工程实践提供理论基础。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种直剪及复合受剪的试验装置，该装置为结构设计得到抗剪强度、剪切变形、剪切模量等参数提供可靠手段，更全面，深入揭示剪切变形和破坏过程的特点，为更准确的分析结构设计提供了条件，为结构的安全性提供保障。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种直剪及复合受剪的试验装置，包括

反力架；

剪切组件，其设于所述反力架内，所述剪切组件包括第一底座、第一下滚珠板、下剪切盒、上剪切盒、第一垫板、上滚珠板以及第二垫板；所述第一底座固定于所述反力架内的地面上，所述第一下滚珠板、第二下滚珠板和上滚珠板分别包括框架，框架内并排设置有若干根固定轴，每根所述固定轴的轴向与框架的长度方向垂直，每根固定轴外侧均设有转轴，所述转轴套设于所述固定轴外侧，所述转轴和固定轴之间设有多个滚珠，所述转轴通过滚珠绕所述固定轴转动；所述第一下滚珠板设于第一底座顶部，所述下剪切盒设于第一下滚珠板顶部，所述下剪切盒能够沿第一下滚珠板的长度方向滑动，所述下剪切盒上设有开口向上的容纳槽，所述下剪切盒容纳槽的内轮廓小于所述上剪切盒的外轮廓，所述上剪切盒设于所述下剪切盒的顶部，所述上剪切盒上设有开口向下的容纳槽，所述上剪切盒容纳槽的内轮廓小于所述下剪切盒的外轮廓，所述上剪切盒的容纳槽与下剪切盒的容纳槽的长度和宽度一致，所述第一垫板设于所述上剪切盒顶部，所述上滚珠板设于所述第一垫板顶部，所述第二垫板设于所述上滚珠板顶部；

驱动组件，其包括第二底座、第二下滚珠板、横梁、水平液压作动器、两根拉杆以及垂直液压作动器；所述第二底座固定于地面上并位于第一底座的一侧，所述第二底座位于所述第一下滚珠板的长度方向上，所述第二下滚珠板设于所述第二底座上，所述第二下滚珠板的长度方向与所述第一滚珠板的长度方向相同，所述横梁设于第二下滚珠板顶部，所述横梁能够沿第二下滚珠板的长度方向滑动，所述水平液压作动器包括水平液压缸和水平液压杆，所述水平液压缸与所述水平液压杆连接，所述水平液压缸固定安装于第一底座顶部并靠近第二底座的一端，所述水平液压缸位于第一下滚珠板的一侧，所述水平液压杆靠近第二底座的一端与横梁连接，两根所述拉杆的一端分别与横梁的两侧连接，两根所述拉杆的另一端分别与下剪切盒的两侧连接；所述垂直液压作动器包括垂直液压缸和垂直液压杆，所述垂直液压缸与垂直液压杆连接，所述垂直液压缸固定于所述反力架内顶部，所述垂直液压杆末端朝向所述第二垫板；以及

参数采集组件，其包括水平位移传感器、水平压力传感器、垂直位移传感器、垂直压力传感器和处理终端，所述水平位移传感器和水平压力传感器设于水平液压作动器的水平液压杆处，用于测量水平液压作动器的工作位移和水平液压作动器的工作压力；所述垂直位移传感器和垂直压力传感器设于垂直液压作动器的垂直液压杆处，用于测量垂直液压作动器的工作位移和垂直液压作动器的工作压力；所述水平位移传感器、水平压力传感器、垂直位移传感器和垂直压力传感器分别与处理终端连接。

进一步的，所述第二垫板顶部设有调整垫块，所述调整垫块位于垂直液压作动器的下方。

进一步的，所述水平液压作动器和上剪切盒之间设有第三垫板，所述第三垫板垂直设置，所述第三垫板的高度高于所述上剪切盒的最低处，所述第三垫板的下端固定于第一底座上，所述第三垫板的一侧与所述水平液压缸相抵。

进一步的，所述下剪切盒远离水平液压作动器的一侧设有螺旋顶杆。

进一步的，还包括吊装组件，所述吊装组件包括水平设置的两根滑轨和两个电动吊机，两根所述滑轨安装于反力架的内顶部并位于所述垂直液压缸的两侧，两个电动吊机分别滑动安装于两根滑轨上。

进一步的，所述上剪切盒和下剪切盒内分别设有与其内轮廓相匹配的上衬套和下衬套，所述上衬套和下衬套分别包括底板和四块分别设于底板周缘的侧板，所述上衬套和下衬套两端的两块侧板与底板为可拆卸连接，另外两块侧板与底板为固定连接。

进一步的，所述上剪切盒的四角处分别设有挂钩

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.使用时，将试件的下部放置于下剪切盒内，将上剪切盒套于试件的上部，启动垂直液压作动器将试件压紧，再启动水平液压作动器对试件进行剪切，本发明水平液压作动器构成，其中水平液压作动器将水平力传给横梁，横梁将水平力传给拉杆，拉杆作用在剪切装置上，以提供直剪剪力。第一下滚珠板的存在可以减小下剪切盒与第一底座的摩擦力，第二下滚珠板的存在可与减少横梁与第二底座的摩擦力，有利于减小直剪试验误差；上滚珠板能够降低剪切过程第一垫板和第二垫板产生的摩擦力，保障剪切过程中发生的是纯剪切，第一垫板和第二垫板能够保护上滚珠板和上剪切盒，而且能够和上滚珠板协同作用，保障剪切变形的进行，通过水平位移传感器、水平压力传感器、垂直位移传感器、垂直压力传感器将参数输出至处理终端，处理终端得到剪切力-剪切位移曲线，通过分析计算得到抗剪强度和剪切模量。本发明通过结构设计得到抗剪强度、剪切变形、剪切模量等参数提供可靠手段，更全面，深入揭示剪切变形和破坏过程的特点，为更准确的分析结构设计提供了条件，为结构的安全性提供保障。

2.本发明的第二垫板顶部设有调整垫块，调整垫块能够调节垂直液压作动器的液压头和第二垫板之间的尺寸，使得垂直液压作动器产生的压力能传递给试件。

3.下剪切盒上的一侧设有螺旋顶杆，便于将下剪切盒拉回原位，再重复加载即可实现反复剪切。

4.本发明还包括吊装组件，方便将上剪切盒吊起，节省力气。

5.本发明的下剪切盒和上剪切盒内还设有衬套，衬套的两侧可进行拆卸，从而能够改变下剪切盒和上剪切盒的容纳尺寸，使上剪切盒和下剪切盒能够放置多种规格的试件进行试验。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1另一个视角的结构示意图。

附图中，1-第二底座、2-第一底座、3-第一下滚珠板、4-第二下滚珠板、5-横梁、6-水平液压作动器、7-下剪切盒、8-上剪切盒、9-拉杆、10-第三垫板、11-挂钩、12-第一垫板、13-上滚珠板、14-第二垫板、15-调整垫块、16-垂直液压作动器、17-螺旋顶杆、18-吊机、19-反力架。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。

如图1和图2所示，一种直剪及复合受剪的试验装置，包括反力架19、剪切组件、驱动组件、驱动组件以及参数采集组件。

剪切组件其设于所述反力架19内，所述剪切组件包括第一底座2、第一下滚珠板3、下剪切盒7、第一垫板12、上滚珠板13以及第二垫板14；所述第一底座2固定于地面上于地面上，所述第一下滚珠板所述第一下滚珠板3设于第一底座2顶部，所述下剪切盒7设于第一下滚珠板3顶部，所述第一下滚珠板3、第二下滚珠板4和上滚珠板13分别包括框架，框架内并排设置有若干根固定轴，每根所述固定轴的轴向与框架的长度方向垂直，每根固定轴外侧均设有转轴，所述转轴套设于所述固定轴外侧，所述转轴和固定轴之间设有多个滚珠，所述转轴通过滚珠绕所述固定轴转动；下剪切盒7设于转轴上，所述下剪切盒7能够沿第一下滚珠板3的长度方向滑动，所述下剪切盒7上设有开口向上的容纳槽，所述下剪切盒7容纳槽的内轮廓小于上剪切盒8的外轮廓，下剪切盒7的容纳槽用于放置试件，上剪切盒8设有开口向下的容纳槽，所述上剪切盒8容纳槽的内轮廓小于下剪切盒7的外轮廓，下剪切盒7的容纳槽与是上剪切盒8的容纳槽长度和宽度一致，所述上剪切盒8设于所述下剪切盒7的顶部，上剪切盒8的容纳槽用于套于试件的上部，所述第一垫板12设于所述上剪切盒8顶部，所述上滚珠板13设于所述第一垫板12顶部，所述第二垫板14设于所述上滚珠板13顶部。

驱动组件其包括第二底座1、第二下滚珠板4、横梁5、水平液压作动器6、两根拉杆9以及垂直液压作动器16；所述第二底座1固定于地面上于地面上并位于第一底座2的一侧，所述第二底座1位于所述第一下滚珠板3的长度方向上，所述第二下滚珠板4设于所述第二底座1上，所述第二下滚珠板4的长度方向与所述第一滚珠板的长度方向相同，所述横梁5设于第二下滚珠板4顶部，所述横梁5能够沿第二下滚珠板4的长度方向滑动，所述水平液压作动器6包括水平液压缸和水平液压杆，水平液压缸和水平液压杆，所述水平液压缸固定安装于第一底座2顶部并靠近第二底座1的一端，水平液压缸位于第一下滚珠板3的一侧，所述水平液压杆靠近第二底座1的一端与横梁5连接，两根所述拉杆9的一端分别与横梁5的两侧连接，两根所述拉杆9的另一端分别与下剪切盒7的两侧连接；所述垂直液压作动器16包括垂直液压缸和垂直液压杆，垂直液压缸与垂直液压杆连接，所述垂直液压缸固定于所述反力架19内顶部，所述垂直液压杆末端朝向所述第二垫板14。

参数采集组件，其包括水平位移传感器、水平压力传感器、垂直位移传感器、垂直压力传感器和处理终端，处理终端为计算机，计算机放置于第一底座的一侧，所述水平位移传感器和水平压力传感器设于水平液压作动器6的水平液压杆处，用于测量水平液压作动器6的工作位移和水平液压作动器6的工作压力；所述垂直位移传感器和垂直压力传感器设于垂直液压作动器16的垂直液压杆处，用于测量垂直液压作动器16的工作位移和垂直液压作动器16的工作压力；所述水平位移传感器、水平压力传感器、垂直位移传感器和垂直压力传感器分别与处理终端连接。

所述第二垫板14顶部设有调整垫块15，所述调整垫块15位于垂直液压作动器16的下方，调整垫块15能够调节垂直液压作动器16的液压头和第二垫板14之间的尺寸，使得垂直液压作动器16产生的压力能传递给试件。

所述水平液压缸和上剪切盒8之间设有第三垫板10，所述第三垫板10垂直设置，所述第三垫板10的下端固定于第一底座2上，所述第三垫板10的一侧与所述水平液压缸相抵.第三垫板10的高度高于上剪切盒8的最低处，从而在水平液压作动器6启动时，可以防止下剪切盒7和上剪切盒8与水平液压缸发生碰撞。

所述下剪切盒7远离水平液压作动器6的一侧设有螺旋顶杆17，便于将下剪切盒7拉回原位，再重复加载即可实现反复剪切。

本实施例还包括吊装组件，所述吊装组件包括水平设置的两根滑轨和两个电动吊机18，两根所述滑轨安装于反力架19的内顶部并位于所述垂直液压缸的两侧，两个电动吊机18分别滑动安装于两根滑轨上，所述上剪切盒8的四角处分别设有挂钩11，方便将上剪切盒8吊起，节省力气。

所述上剪切盒8和下剪切盒7内分别设有与其内轮廓相匹配的上衬套和下衬套，所述上衬套和下衬套分别包括底板和四块分别设于底板周缘的侧板，所述衬套两端的两块侧板与底板为可拆卸连接，另外两块侧板与底板为固定连接。

本实施例中，试验时试件置于下剪切盒7的内部，上剪切盒8套于试件上部。左右两边的销轴是拉杆9连接的位置，销轴的存在使得拉杆9的水平力可以传递给下剪切盒7，使得下剪切盒7发生水平方向的运动，与上剪切盒8发生错向位移。螺旋顶杆17可以将下剪切盒7拉回原位。再重复加载步骤即可实现反复剪切。上剪切盒8长宽均为200mm，高为95mm。上剪切盒8和水平液压作动器的水平液压缸之间设有第三垫板10，第三垫板10的中心刚好与拉杆9的中心在同一水平线上，这样可以保证当发生剪切作用时，产生的是纯剪切，不存在其它偏心弯矩。当下剪切盒7、拉杆9协同作用的时候，上剪切盒8刚好抵在第三垫板10上，拉杆9拉下剪切盒7带动下剪切盒7发生错动，实现直接剪切。下剪切盒7和上剪切盒8内分别设有衬套，衬套是为了改变下剪切盒7和上剪切盒8的内部的容纳尺寸，从而方便对不同尺寸的试件进行试验，本实施例中的下剪切盒7的容纳槽的长宽高分别为:200mm×100mm×200mm，上剪切盒8的容纳槽的长宽高分别为:200mm×95mm×200mm，此时能够容纳的试件的长宽高为：200mm×200mm×200mm，试件的总高度比下剪切盒7和上剪切盒8的总高度高出5mm，以便在启动垂直液压作动器16时使试件能够被压缩；衬套的侧板厚度均为25mm，下衬套的容纳槽尺寸规格为150mm×75mm×150mm，上衬套的容纳槽尺寸为150mm×70mm×150mm，在下剪切盒7和上剪切盒8均装设有完整衬套时，此时试件的尺寸规格为150mm×150mm×150mm；当将下剪切盒7运动方向上的两块侧板与底板为拆卸时，由于侧板的厚度均为25mm，此时试件的尺寸规格为，200mm×150mm×150mm。从而有利于对三种不同尺寸规格的试件进行试验，使本装置测出的参数更为准确

上述说明是针对本发明较佳实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (5)

1.一种直剪及复合受剪的试验装置，其特征在于，包括

反力架；

剪切组件，其设于所述反力架内，所述剪切组件包括第一底座、第一下滚珠板、下剪切盒、上剪切盒、第一垫板、上滚珠板以及第二垫板；所述第一底座固定于所述反力架内的地面上，所述第一下滚珠板、第二下滚珠板和上滚珠板分别包括框架，框架内并排设置有若干根固定轴，每根所述固定轴的轴向与框架的长度方向垂直，每根固定轴外侧均设有转轴，所述转轴套设于所述固定轴外侧，所述转轴和固定轴之间设有多个滚珠，所述转轴通过滚珠绕所述固定轴转动；所述第一下滚珠板设于第一底座顶部，所述下剪切盒设于第一下滚珠板顶部，所述下剪切盒能够沿第一下滚珠板的长度方向滑动，所述下剪切盒上设有开口向上的容纳槽 ，所述下剪切盒容纳槽的内轮廓小于所述上剪切盒的外轮廓，所述上剪切盒设于所述下剪切盒的顶部，所述上剪切盒上设有开口向下的容纳槽 ，所述上剪切盒容纳槽的内轮廓小于所述下剪切盒的外轮廓，所述上剪切盒的容纳槽与下剪切盒的容纳槽的长度和宽度一致，所述第一垫板设于所述上剪切盒顶部，所述上滚珠板设于所述第一垫板顶部，所述第二垫板设于所述上滚珠板顶部；

驱动组件，其包括第二底座、第二下滚珠板、横梁、水平液压作动器、两根拉杆以及垂直液压作动器；所述第二底座固定于地面上并位于第一底座的一侧，所述第二底座位于所述第一下滚珠板的长度方向上，所述第二下滚珠板设于所述第二底座上，所述第二下滚珠板的长度方向与所述第一下滚珠板的长度方向相同，所述横梁设于第二下滚珠板顶部，所述横梁能够沿第二下滚珠板的长度方向滑动 ，所述水平液压作动器包括水平液压缸和水平液压杆，所述水平液压缸与所述水平液压杆连接，所述水平液压缸固定安装于第一底座顶部并靠近第二底座的一端，所述水平液压缸位于第一下滚珠板的一侧，所述水平液压杆靠近第二底座的一端与横梁连接，两根所述拉杆的一端分别与横梁的两侧连接，两根所述拉杆的另一端分别与下剪切盒的两侧连接；所述垂直液压作动器包括垂直液压缸和垂直液压杆，所述垂直液压缸与垂直液压杆连接，所述垂直液压缸固定于所述反力架内顶部，所述垂直液压杆末端朝向所述第二垫板；所述第二垫板顶部设有调整垫块，所述调整垫块位于垂直液压作动器的正下方；以及

参数采集组件，其包括水平位移传感器、水平压力传感器、垂直位移传感器、垂直压力传感器和处理终端，所述水平位移传感器和水平压力传感器设于水平液压作动器的水平液压杆处，用于测量水平液压作动器的工作位移和水平液压作动器的工作压力；所述垂直位移传感器和垂直压力传感器设于垂直液压作动器的垂直液压杆处，用于测量垂直液压作动器的工作位移和垂直液压作动器的工作压力；所述水平位移传感器、水平压力传感器、垂直位移传感器和垂直压力传感器分别与处理终端连接；

所述水平液压作动器和上剪切盒之间设有第三垫板 ，所述第三垫板垂直设置，所述第三垫板的高度高于所述上剪切盒的最低处，所述第三垫板的下端固定于第一底座上，所述第三垫板的一侧与所述水平液压缸相抵。

2.如权利要求1所述的一种直剪及复合受剪的试验装置，其特征在于，所述下剪切盒远离水平液压作动器的一侧设有螺旋顶杆。

3.如权利要求1所述的直剪及复合受剪的试验装置，其特征在于，还包括吊装组件，所述吊装组件包括水平设置的两根滑轨和两个电动吊机，两根所述滑轨安装于反力架的内顶部并位于所述垂直液压缸的两侧，两个电动吊机分别滑动安装于两根滑轨上。

4.如权利要求1所述的直剪及复合受剪的试验装置，其特征在于，所述上剪切盒和下剪切盒内分别设有与其内轮廓相匹配的上衬套和下衬套，所述上衬套和下衬套分别包括底板和四块分别设于底板周缘的侧板，所述上衬套和下衬套两端的两块侧板与底板为可拆卸连接，另外两块侧板与底板为固定连接。

5.如权利要求1所述的直剪及复合受剪的试验装置，其特征在于，所述上剪切盒的四角处分别设有挂钩。