CN110702602A - 测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土与钢筋粘结性能试验领域，涉及测试钢筋混凝土在弯曲‑剪切作用下粘结性的装置及方法。包括反力架‑加载系统、弯曲夹持系统、数据采集传感器，反力架固定在工作平台上，反力架加载系统包括加载端头与反力架，反力架用以夹持钢筋混凝土试件中的钢筋端头并限制其位移，加载端头用以推动钢筋混凝土试件中的混凝土使钢筋与混凝土相对错动以模拟钢筋拉拔工况，弯曲夹持系统确保钢筋混凝土试件在测试过程中保持稳定姿态以及模拟梁端弯曲‑剪切受力。加载平台向加载端头加压时，试件中的混凝土试块将产生平行稳定的向下位移，而试件中的钢筋以及其他部分保持静止，从而使混凝土与钢筋产生相对位移，进而模拟出拉拔工况。本发明操作简便，安装迅速。

Description

测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置及方法

技术领域

本发明涉及混凝土与钢筋粘结性能实验领域，尤其涉及测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置及方法。

背景技术

钢筋混凝土结构具有刚度大、成本低、耐久性好、便于施工等特点，被广泛应用于工程当中。钢筋与混凝土相互协调变形是钢筋混凝土混凝土共同工作的前提，因此研究钢筋与混凝土的粘结性能很有必要。以往钢筋混凝土粘结性能测试主要采用中心拉拔试验为主，采用真实反映实际钢筋混凝土构件弯曲-剪切受力工况的半梁式试验较少、难度较大，主要由于现有半梁粘结滑移性能的实验方案和实验设备都过于复杂繁琐，本发明可以有效的改变这一现状，利用有限的实验场地以及设备完成半梁弯曲-剪切工况下的钢筋混凝土粘结滑移性能试验。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供测试钢筋混凝土半梁在弯曲-剪切受力工况下的粘结滑移性能的装置及方法，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是：测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，包括：反力架-加载系统、弯曲夹持系统、数据采集传感器；

所述反力架-加载系统包括反力架和加载端头；

所述反力架上下平行设有上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板通过背板和支撑杆上下连接，所述背板两端分别垂直固定连接于上下支撑板的相对一侧，所述下支撑板背离背板一侧位置垂直固定连接支撑杆一端，所述支撑杆另一端设有第一凸台，所述第一凸台分别插入所述上支撑板对应位置的第一定位孔；

所述加载端头上下平行设有上顶板和下顶板，所述上顶板和下顶板通过四根立柱上下连接，所述上顶板和下顶板四角对应位置分别设有第二定位孔，所述立柱两端设有第二凸台，所述第二凸台分别插入所述第二定位孔，所述上支撑板靠近中心位置设有四个成正方形分布的第二限位圆孔，所述立柱同时穿过所述第二限位圆孔并相对上支撑板上下滑动；所述上顶板和下顶板对应一边分别设有弧形缺口，所述上支撑板设有一个第一限位圆孔，弧形缺口与第一限位圆孔垂直对齐，试件中的钢筋穿过所述弧形缺口与第一限位圆孔，并用螺栓将钢筋端头固定在上支撑板上，所述试件为方形的钢筋混凝土试件，且钢筋在偏向一侧边位置竖直贯穿混凝土试块；

弯曲夹持系统，所述弯曲夹持系统安装在反力架背板上，所述背板上设有四个弯曲夹持孔，四个弯曲夹持孔分两组，每组在同一水平线上，两组相互平行，所述弯曲夹持系统包括推杆组和拉杆组，所述推杆组分别由两根螺杆和一根钢轴组成，所述螺杆和钢轴垂直连接；所述螺杆一端与滚动轴承的外圈焊接，另一端贯穿弯曲夹持孔进入背板后面并用紧固螺母固定连接，所述钢轴两端分别配合插入滚动轴承内圈；推杆组露出背板前面部分的螺杆短于拉杆组露出背板前面部分的螺杆，所述推杆组钢轴外侧紧抵试件内侧，所述拉杆组的钢轴及螺杆周向环绕包围试件(16)，钢轴内侧紧抵试件外侧；

数据采集传感器，所述数据采集传感器包括两个采集头，所述采集头接触端接触试件中混凝土下表面，用一个固定装置将数据传感器固定，固定装置安装于试件中钢筋下端头且与钢筋保持整体位移。

进一步的，所述背板两端及中间位置分别平行设置三根肋条且与肋条一端固定连接，所述上支撑板对应位置设有三个方形定位孔，所述肋条另一端分别插入所述方形定位孔。

进一步的，所述上顶板是钢板，所述下顶板为一个截面下部是倒三角半弧形的钢板。

进一步的，所述弧形缺口与第一限位圆孔的口径足以使试件中钢筋穿过且不会与试件中的钢筋有摩擦。

进一步的，当试件中的钢筋背离背板一侧时，推杆组位于拉杆组上方，当试件中的钢筋靠近背板一侧时，推杆组位于拉杆组下方。

进一步的，所述滚动轴承足以使试件上下滑动时产生良好的减摩擦效果。

进一步的，所述固定装置为一块带有三个定位孔的钢板和三个螺母，所述一个定位孔位于钢板最中间，另外两个定位孔与中间定位孔距离相等且三个空在同一水平线上，三个螺母分别将试件中的钢筋端头、数据采集传感器的两个采集头固定在所述钢板上。

进一步的，所述四根立柱与四个第二限位圆孔使试件偏心加载时保持力在竖直方向上恒定。

测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的方法，包括以下步骤：

a、将反力架主体：背板、上支撑板、下支撑板、支撑杆、肋条进行组装；

b、将加载端头主体：下顶板与四根立柱进行组装，并将立柱穿过上第二限位圆孔，再将加载端头的上顶板与四根立柱进行组装；

c、将试件装入反力架内部，其中试件中的钢筋端头穿过第一限位圆孔与上顶板、下顶板的弧形缺口，且用螺栓将钢筋端头固定在上支撑板上；

d、装上推杆组，调整两组推杆组位置使试件固定在两组推杆组之间；

e、将数据采集传感器接触端接触混凝土试块下表面，用一个固定装置将数据传感器固定，固定装置安装于钢筋端头上且与钢筋保持整体位移，当混凝土试块与钢筋发生相对错动时，数据采集传感器可采集该位移数值；

f、将上述装置置于加载平台内部；

g、开始测试时，加载端头上顶板与加载平台的加载端接触，加载平台向下给加载端头加压，上顶板将荷载传递至下顶板，下顶板与试件中的混凝土接触并将压力传递至混凝土，将混凝土向下推动，上支撑板通过螺栓限制试件中的钢筋的位移，推杆组限制试件的扭转，届时，加载端头与试件中的混凝土将产生平行稳定的向下位移，而试件中的钢筋以及其他部分保持静止，从而使混凝土与钢筋产生相对位移，进而模拟出拉拔工况；数据采集传感器放置在试件中的钢筋下端头以及混凝土下表面之间，以记录整个过程钢筋与混凝土的位移变化，此装置加载通过位移控制，力的大小由加载平台得到。本发明的有益效果是：

当对钢筋混凝土试件加载时，因模拟混凝土半梁弯曲-剪切工况，故荷载与钢筋不在同一轴线上，试件将发生旋转。本装置的弯曲夹持系统通过推杆与拉杆形成反向的力矩，以保证试件始终处于稳定状态。在实验分析中，拉杆与推杆产生的力均可由弯矩平衡计算出来，故可以高效准确地通过简易的轴压加载工作台模拟混凝土半梁的加载。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置的结构示意图；

图2是下顶板示意图；

图3是推杆组结构示意图；

图4是拉杆组结构示意图；

图5是支撑杆结构示意图；

图6是立柱结构示意图；

图7是本发明压力加载正视图；

图8是传统的梁式试验；

图9是全梁试验中的一半受力示意图；

图10是本发明的受力示意图；

附图标记：

上支撑板-1、下支撑板-2、背板-3、支撑杆-4、第一定位孔-5、第一凸台-6、上顶板-7、下顶板-8、第二限位圆孔-9、弯曲夹持孔-10、螺杆-11、钢轴-12、滚动轴承-13、紧固螺母-14、数据采集传感器-15、试件-16、固定装置-17、肋条-18、方形定位孔-19、立柱-20、第二凸台-21、第一限位圆孔-22、第二定位孔-23。

具体实施方式：

下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考说明书附图，测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，包括：反力架-加载系统、弯曲夹持系统、数据采集传感器；

所述反力架-加载系统包括反力架和加载端头；

所述反力架上下平行设有上支撑板1和下支撑板2，所述上支撑板1和下支撑板2通过背板3和支撑杆4上下连接，所述背板3两端分别垂直固定连接于上下支撑板2的相对一侧，所述下支撑板2背离背板3一侧位置垂直固定连接支撑杆4一端，所述支撑杆4另一端设有第一凸台6，所述第一凸台6分别插入所述上支撑板1对应位置的第一定位孔5；

所述加载端头上下平行设有上顶板7和下顶板8，所述上顶板7和下顶板8通过四根立柱20上下连接，所述上顶板7和下顶板8四角对应位置分别设有第二定位孔23，所述立柱20两端设有第二凸台21，所述第二凸台21分别插入所述第二定位孔23，所述上支撑板1靠近中心位置设有四个成正方形分布的第二限位圆孔9，所述立柱20同时穿过所述第二限位圆孔9并相对上支撑板1上下滑动；所述上顶板7和下顶板8对应一边分别设有弧形缺口，所述上支撑板1设有一个第一限位圆孔22，弧形缺口与第一限位圆孔22垂直对齐，试件16中的钢筋穿过所述弧形缺口与第一限位圆孔22，并用螺栓将钢筋端头固定在上支撑板1上，所述试件16为方形的钢筋混凝土试件，且钢筋在偏向一侧边位置竖直贯穿混凝土试块；

弯曲夹持系统，所述弯曲夹持系统安装在反力架背板3上，所述背板3上设有四个弯曲夹持孔10，四个弯曲夹持孔10分两组，每组在同一水平线上，两组相互平行，所述弯曲夹持系统包括推杆组和拉杆组，所述推杆组分别由两根螺杆11和一根钢轴12组成，所述螺杆11和钢轴12垂直连接；所述螺杆11一端与滚动轴承13的外圈焊接，另一端贯穿弯曲夹持孔10进入背板3后面并用紧固螺母14固定连接，所述钢轴12两端分别配合插入滚动轴承13内圈；推杆组露出背板3前面部分的螺杆11短于拉杆组露出背板3前面部分的螺杆11，所述推杆组钢轴12外侧紧抵试件16一侧，所述拉杆组的钢轴12及螺杆11周向环绕包围试件16，钢轴12内侧紧抵试件16相对一侧；

数据采集传感器15，所述数据采集传感器15包括两个采集头，所述采集头接触端接触试件16中混凝土下表面，用一个固定装置17将数据传感器固定，固定装置17安装于试件16中钢筋下端头且与钢筋保持整体位移。

进一步的，所述背板3两端及中间位置分别平行设置三根肋条18且与肋条18一端固定连接，所述上支撑板1对应位置设有三个方形定位孔19，所述肋条18另一端分别插入所述方形定位孔19。

进一步的，所述上顶板7是钢板，所述下顶板8为一个截面下部是倒三角半弧形的钢板。

进一步的，所述弧形缺口与第一限位圆孔22的口径足以使试件16中钢筋穿过且不会与试件16中的钢筋有摩擦。

进一步的，当试件16中的钢筋背离背板3一侧时，推杆组位于拉杆组上方，当试件16中的钢筋靠近背板3一侧时，推杆组位于拉杆组下方。

进一步的，所述滚动轴承13足以使试件16上下滑动时产生良好的减摩擦效果。

进一步的，所述固定装置17为一块带有三个定位孔的钢板和三个螺母，所述一个定位孔位于钢板最中间，另外两个定位孔与中间定位孔距离相等且三个空在同一水平线上，三个螺母分别将试件16中的钢筋端头、数据采集传感器15的两个采集头固定在所述钢板上。

进一步的，所述四根立柱20与四个第二限位圆孔9使试件16偏心加载时保持力在竖直方向上恒定。

测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的方法，包括以下步骤：

a、将反力架主体：背板3、上支撑板1、下支撑板2、支撑杆4、肋条18进行组装；

b、将加载端头主体：下顶板8与四根立柱20进行组装，并将立柱20穿过上第二限位圆孔9，再将加载端头的上顶板7与四根立柱20进行组装；

c、将试件16装入反力架内部，其中试件16中的钢筋端头穿过第一限位圆孔22与上顶板7、下顶板8的弧形缺口，且用螺栓将钢筋端头固定在上支撑板1上；

d、装上推杆组，调整两组推杆组位置使试件16固定在两组推杆组之间；

e、将数据采集传感器15接触端接触混凝土试块下表面，用一个固定装置17将数据传感器15固定，固定装置17安装于钢筋端头上且与钢筋保持整体位移，当混凝土试块与钢筋发生相对错动时，数据采集传感器15可采集该位移数值；

f、将上述装置置于加载平台内部；

g、开始测试时，加载端头上顶板7与加载平台的加载端接触，加载平台向下给加载端头加压，上顶板7将荷载传递至下顶板8，下顶板8与试件16中的混凝土接触并将压力传递至混凝土，将混凝土向下推动，上支撑板1通过螺栓限制试件16中的钢筋的位移，推杆组限制试件16的扭转，届时，加载端头与试件16中的混凝土将产生平行稳定的向下位移，而试件16中的钢筋以及其他部分保持静止，从而使混凝土与钢筋产生相对位移，进而模拟出拉拔工况；数据采集传感器15放置在试件16中的钢筋下端头以及混凝土下表面之间，以记录整个过程钢筋与混凝土的位移变化，此装置加载通过位移控制，力的大小由加载平台得到。

综上所述，本发明根据传统梁式试验的受力原理，精简了实验设备，以更轻便灵活的实验装置达到了与以往试验方法相同的效果。连接紧固，结构简单，操作方便，安装快捷，有效克服了现有技术中的种种缺点而具有良好的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，其特征在于，包括：反力架-加载系统、弯曲夹持系统、数据采集传感器；

所述反力架-加载系统包括反力架和加载端头；

所述反力架上下平行设有上支撑板(1)和下支撑板(2)，所述上支撑板(1)和下支撑板(2)通过背板(3)和支撑杆(4)上下连接，所述背板(3)两端分别垂直固定连接于上下支撑板(2)的相对一侧，所述下支撑板(2)背离背板(3)一侧位置垂直固定连接支撑杆(4)一端，所述支撑杆(4)另一端设有第一凸台(6)，所述第一凸台(6)分别插入所述上支撑板(1)对应位置的第一定位孔(5)；

所述加载端头上下平行设有上顶板(7)和下顶板(8)，所述上顶板(7)和下顶板(8)通过四根立柱(20)上下连接，所述上顶板(7)和下顶板(8)四角对应位置分别设有第二定位孔(23)，所述立柱(20)两端设有第二凸台(21)，所述第二凸台(21)分别插入所述第二定位孔(23)，所述上支撑板(1)靠近中心位置设有四个成正方形分布的第二限位圆孔(9)，所述立柱(20)同时穿过所述第二限位圆孔(9)并相对上支撑板(1)上下滑动；所述上顶板(7)和下顶板(8)对应一边分别设有弧形缺口，所述上支撑板(1)设有一个第一限位圆孔(22)，弧形缺口与第一限位圆孔(22)垂直对齐，试件(16)中的钢筋穿过所述弧形缺口与第一限位圆孔(22)，并用螺栓将钢筋端头固定在上支撑板(1)上，所述试件(16)为方形的钢筋混凝土试件，且钢筋在偏向一侧边位置竖直贯穿混凝土试块；

弯曲夹持系统，所述弯曲夹持系统安装在反力架背板(3)上，所述背板(3)上设有四个弯曲夹持孔(10)，四个弯曲夹持孔(10)分两组，每组在同一水平线上，两组相互平行，所述弯曲夹持系统包括推杆组和拉杆组，所述推杆组分别由两根螺杆(11)和一根钢轴(12)组成，所述螺杆(11)和钢轴(12)垂直连接；所述螺杆(11)一端与滚动轴承(13)的外圈焊接，另一端贯穿弯曲夹持孔(10)进入背板(3)后面并用紧固螺母(14)固定连接，所述钢轴(12)两端分别配合插入滚动轴承(13)内圈；推杆组露出背板(3)前面部分的螺杆(11)短于拉杆组露出背板(3)前面部分的螺杆(11)，所述推杆组钢轴(12)外侧紧抵试件(16)内侧，所述拉杆组的钢轴(12)及螺杆(11)周向环绕包围试件(16)，钢轴(12)内侧紧抵试件(16)外侧；

数据采集传感器(15)，所述数据采集传感器(15)包括两个采集头，所述采集头接触端接触试件(16)中混凝土下表面，用一个固定装置(17)将数据传感器固定，固定装置(17)安装于试件(16)中钢筋下端头且与钢筋保持整体位移。

2.根据权利要求1所述的测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，其特征在于，所述背板(3)两端及中间位置分别平行设置三根肋条(18)且与肋条(18)一端固定连接，所述上支撑板(1)对应位置设有三个方形定位孔(19)，所述肋条(18)另一端分别插入所述方形定位孔(19)。

3.根据权利要求1所述的测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，其特征在于，所述上顶板(7)是钢板，所述下顶板(8)为一个截面下部是倒三角半弧形的钢板。

4.根据权利要求3所述的测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，其特征在于，所述弧形缺口与第一限位圆孔(22)的口径足以使试件(16)中钢筋穿过且不会与试件(16)中的钢筋有摩擦。

5.根据权利要求1所述的测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，其特征在于，当试件(16)中的钢筋背离背板(3)一侧时，推杆组位于拉杆组上方，当试件(16)中的钢筋靠近背板(3)一侧时，推杆组位于拉杆组下方。

6.根据权利要求1所述的测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，其特征在于，所述滚动轴承(13)足以使试件(16)上下滑动时产生良好的减摩擦效果。

7.根据权利要求1所述的测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，其特征在于，所述固定装置(17)为一块带有三个定位孔的钢板和三个螺母，所述一个定位孔位于钢板最中间，另外两个定位孔与中间定位孔距离相等且三个孔在同一水平线上，三个螺母分别将试件(16)中的钢筋端头、数据采集传感器(15)的两个采集头固定在所述钢板上。

8.根据权利要求1所述的测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的装置，其特征在于，所述四根立柱(20)与四个第二限位圆孔(9)使试件(16)偏心加载时保持力在竖直方向上恒定。

9.测试钢筋混凝土在弯曲-剪切作用下粘结性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将反力架主体：背板(3)、上支撑板(1)、下支撑板(2)、支撑杆(4)、肋条(18)进行组装；

b、将加载端头主体：下顶板(8)与四根立柱(20)进行组装，并将立柱(20)穿过上第二限位圆孔(9)，再将加载端头的上顶板(7)与四根立柱(20)进行组装；

c、将试件(16)装入反力架内部，其中试件(16)中的钢筋端头穿过第一限位圆孔(22)与上顶板(7)、下顶板(8)的弧形缺口，且用螺栓将钢筋端头固定在上支撑板(1)上；

d、装上推杆组，调整两组推杆组位置使试件(16)固定在两组推杆组之间；

e、将数据采集传感器(15)接触端接触混凝土试块下表面，用一个固定装置(17)将数据传感器(15)固定，固定装置(17)安装于钢筋端头上且与钢筋保持整体位移，当混凝土试块与钢筋发生相对错动时，数据采集传感器(15)可采集该位移数值；

f、将上述装置置于加载平台内部；

g、开始测试时，加载端头上顶板(7)与加载平台的加载端接触，加载平台向下给加载端头加压，上顶板(7)将荷载传递至下顶板(8)，下顶板(8)与试件(16)中的混凝土接触并将压力传递至混凝土，将混凝土向下推动，上支撑板(1)通过螺栓限制试件(16)中的钢筋的位移，推杆组限制试件(16)的扭转，届时，加载端头与试件(16)中的混凝土将产生平行稳定的向下位移，而试件(16)中的钢筋以及其他部分保持静止，从而使混凝土与钢筋产生相对位移，进而模拟出拉拔工况；数据采集传感器(15)放置在试件(16)中的钢筋下端头以及混凝土下表面之间，以记录整个过程钢筋与混凝土的位移变化，此装置加载通过位移控制，力的大小由加载平台得到。

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