CN110779866A - 一种测量螺栓与冰粘结力试验装置与方法 - Google Patents

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张家阳
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Abstract

一种测量螺栓与冰粘结力试验装置与方法，它涉及一种粘结力试验装置与方法。本发明为了解决现有的测试装置存在冰与螺栓粘结力测试结果准确性差的问题。本发明的上筒和下筒之间通过隔板连接，顶盖盖装在上筒上，螺杆竖直穿设在顶盖上并延伸在上筒内，螺杆通过螺母旋拧在顶盖的上下两端，连接销水平穿设在下筒上。在上筒中加入水，将螺杆下端没入水中，调整被测长度后进行冰冻，冰冻后，旋开螺母，摘下顶盖，将模具放在低温试验箱内，下筒的孔与低温试验箱底座的孔用连接销进行连接，调节低温试验箱温度至测量温度，恒温两小时后，在被测螺杆上施加拉力，因此获得冰与被测螺杆之间的冰剪切粘结力更为准确。本发明用于冰与螺栓粘结力测定。

Description

一种测量螺栓与冰粘结力试验装置与方法
技术领域
本发明涉及一种粘结力试验装置与方法，具体涉及一种测量螺栓与冰粘结力试验装置与方法,属于寒区水工建筑物冰冻破坏防治技术领域。
背景技术
严寒地区涉水建筑物的固定螺栓在冬季与冰冻结在一起，随着冰的变形产生位移，严重时发生破坏。精准的测试冰与螺栓粘结力，不仅是优化螺栓抗冰冻设计的基础与前提，也是寒区水工建筑物冰冻破坏防治亟待解决的问题。
目前测试主要是通过容器将螺栓冻结在冰中，利用测试装置通过拉拔试验测定螺栓与冰的粘结力。但在螺栓冻冰过程中，无法对螺栓进行准确定位，导致螺栓在冰中冻结深度，且不能保证冻结过程中螺栓始终保持竖直方向，从而影响冰与螺栓粘结力测试结果准确性。同时，拉拔试验过程中，未对试验环境温度温度进行有效控制，而环境温度严重影响冰与螺栓粘结力的测试结果。
综上所述，现有的测试装置存在冰与螺栓粘结力测试结果准确性差的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的测试装置存在冰与螺栓粘结力测试结果准确性差的问题。进而提供一种测量螺栓与冰粘结力试验装置与方法。
本发明的技术方案是：一种测量螺栓与冰粘结力试验装置包括螺杆、螺母、顶盖、上筒、隔板、下筒和连接销，上筒和下筒之间通过隔板连接，且上筒和下筒与隔板均密封并固定连接，顶盖盖装在上筒上，螺杆竖直穿设在顶盖上并延伸在上筒内，螺杆通过螺母旋拧在顶盖的上下两端，连接销水平穿设在下筒上。
进一步地，顶盖的中心位置开设螺纹通孔。
进一步地，顶盖的下端面上开设圆弧形凹槽。
进一步地，上筒和下筒与隔板均采用焊接的方式密封并固定连接。
进一步地，下筒上开设销孔。
本发明还提供了一种测量螺栓与冰粘结力试验的方法，它包括以下步骤：
步骤一、螺杆穿过顶盖上的螺纹通孔，调整螺母来控制螺杆在水中的被测长度；
步骤二、在上筒中加入适当深度的水量；
步骤三、盖上顶盖通过顶盖的圆弧形凹槽与上筒中心对齐；
步骤四、将粘结力试验装置整体放入到负温环境中进行冰冻；
步骤五、上筒内的水冰冻后，旋开顶盖上部的螺母，摘下顶盖；
步骤六、再将粘结力试验装置放入0℃以下的低温环境内冰冻；
步骤七、将粘结力试验装置放在低温试验箱内，下筒的销孔与低温试验箱底座上的孔用连接销进行连接，调节低温试验箱温度至测量温度，恒温2小时后，在被测螺杆上沿竖直向上的方向加荷速率施加拉力，在螺杆与冰之间完全脱粘且冰面不产生破碎的情况下，所得最大拉力为冰剪切粘结力，完成测量。
进一步地，步骤四中的负温环境为-70℃至0℃。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明的测试装置由于螺杆1能够穿过顶盖，并可通过螺母2来调解螺杆在水中的被测长度，顶盖3又能够与上筒中心对齐，进而保证了冰在冻结过程中螺杆在冰的正中位置，测试结果更为准确可靠。实现了冰冻过程中螺杆的精准定位。
2、本发明的测试装置原理简单，容易制备。
3、本发明的测试装置的螺杆没入水中的长度在试样制备时可通过螺母进行调整，减小试验误差；从而增加试验便利性，实用性更强。
4、本发明的测试方法，保证了试验前环境平衡阶段及试验测试过程中被测螺杆及试件始终处于低温试验箱内，温度控制精准。有效的避免了环境温度严重影响冰与螺栓粘结力的测试结果的问题。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是装置在带有低温箱的拉伸实验机上试验示意图。
图3是本发明在实际试验过程中的拉力与位移曲线图。
标注说明：
1螺杆、2螺母、3顶盖、4上筒、5隔板、6下筒、7连接销、8施力杆件、9试验箱底座、10恒温箱
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种测量螺栓与冰粘结力试验装置，它包括螺杆1、螺母2、顶盖3、上筒4、隔板5、下筒6和连接销7，上筒4和下筒6之间通过隔板5连接，且上筒4和下筒6与隔板5均密封并固定连接，顶盖3盖装在上筒4上，螺杆1竖直穿设在顶盖3上并延伸在上筒4内，螺杆1通过螺母2旋拧在顶盖3的上下两端，连接销7水平穿设在下筒6上。
由于水在冰冻过程中的会产生冷胀热缩的现象，因此，上筒4选用Q235钢材制成。
本发明将被测螺杆穿过顶盖的螺纹通孔3-1，通过顶盖的圆弧形凹槽1-2与上筒中心对齐，调整螺母来控制螺杆在冰中的被测长度，上筒与下筒之间有一隔板，三者焊接在一起，保证了在上筒的密封性，下筒开有一销孔6-1，在进行试验时，可与拉伸试验机底座的孔，用连接销进行连接，保证在进行试验时的稳定性。
在上筒中加入可测深度的适当水量，将螺杆下端没入水中，调整至相应的被测长度然后将本试验装置整体放入负温环境进行冰冻，模具上筒内的水冰冻后，旋开顶盖上部的螺母，摘下顶盖，将模具放在低温试验箱内，下筒的孔与低温试验箱底座的孔用连接销进行连接，调节低温试验箱温度至测量温度，恒温两小时后，在被测螺杆上施加拉力，因此获得冰与被测螺杆之间的冰剪切粘结力更为准确。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的顶盖3的中心位置开设螺纹通孔3-1。如此设计，螺杆1能够穿过顶盖3，可通过螺母2来调解螺杆在水中的被测长度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的顶盖3的下端面上开设圆弧形凹槽1-2。如此设计，可与上筒中心对齐，保证了冰在冻结过程中螺杆在冰的正中位置，测试结果更为准确可靠；其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的上筒4和下筒6与隔板5均采用焊接的方式密封并固定连接。如此设计，三者焊接在一起，即保证了在上筒的密封性，也方便模具加工成型。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的下筒6上开设销孔6-1。如此设置，在进行试验时，可与拉伸试验机底座的孔，用连接销7进行连接，保证在进行试验时稳定性。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种测量螺栓与冰粘结力试验的方法，它包括以下步骤：
步骤一、螺杆1穿过顶盖3上的螺纹通孔3-1，调整螺母2来控制螺杆1在水中的被测长度；
步骤二、在上筒4中加入适当深度的水量；
步骤三、盖上顶盖3通过顶盖3的圆弧形凹槽1-2与上筒4中心对齐；
步骤四、将粘结力试验装置整体放入到负温环境中进行冰冻；
步骤五、上筒4内的水冰冻后，旋开顶盖3上部的螺母2，摘下顶盖3；
步骤六、再将粘结力试验装置放入0℃以下的低温环境内冰冻；
步骤七、将粘结力试验装置放在低温试验箱9内，下筒6的销孔6-1与低温试验箱9底座上的孔用连接销7进行连接，调节低温试验箱温度至测量温度，恒温2小时后，在被测螺杆上施加沿竖直向上的方向以2mm/min的加荷速率的拉力，在螺杆与冰之间完全脱粘且冰面不产生破碎的情况下，所得最大拉力为冰剪切粘结力，完成测量。
如此设置，能够有效的说明施加力的方向和加载速率更加适宜。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的步骤四中的负温环境为-70℃至0℃。如此设置，便于保证实验装置的实验条件更加接近实际工况。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
为了更加清楚的说明本技术方案，结合图1至图3，具体的螺栓与冰粘结力测试实施案例实施如下：
1、试验目的：测定在-20℃的条件下膨胀螺栓与冰之间的冻结粘结力值。
2、试验方案：
2.1试验仪器
本次试验冻冰设备采用低温试验机，低温试验机可控温度范围为0℃～-70℃，冰剪切粘结力的测量采用电子万能试验机，电子万能试验机可施加最大轴向荷载为100kN，试验力测量范围为2％～100％，低温试验箱温度调节范围为0℃～-70℃。
2.2试验方法
(1)试样制备
采用自制研发的一种测量螺栓与冰粘结力试验装置，包括螺杆、螺母、顶盖、上筒、隔板、下筒和连接销。将被测螺杆穿过顶盖的孔，通过顶盖的凹坑与上筒中心对齐，调整螺母来控制螺杆在冰中的被测长度，在筒中加入可测深度的适当水量，将螺杆下端没入水中，调整至相应的被测长度3cm，然后将模具整体放入-20℃环境进行冰冻，恒温24小时后筒内的水完全冻结，取出试样筒。
(2)试验过程
旋开顶盖上部的螺母，摘下顶盖，将模具放在低温试验箱内，下筒的孔与低温试验箱底座的孔用连接销进行连接。在被测螺杆上施加拉力，加载速率2mm/min，直至螺栓被完全拔出，获得冰与被测螺杆之间的冰剪切粘结力。
2.3试验结果
根据试验结果：
Figure BDA0002270155420000051
式中：F为施加于螺栓上的外力，N；S为圆柱表面的覆冰面积，mm2。
万能试验机的拉力峰值2930N，计算得到M10膨胀螺栓在-20℃条件下，与冰之间的粘结强度为2.33MPa。

Claims (7)

1.一种测量螺栓与冰粘结力试验装置，其特征在于：它包括螺杆(1)、螺母(2)、顶盖(3)、上筒(4)、隔板(5)、下筒(6)和连接销(7)，上筒(4)和下筒(6)之间通过隔板(5)连接，且上筒(4)和下筒(6)与隔板(5)均密封并固定连接，顶盖(3)盖装在上筒(4)上，螺杆(1)竖直穿设在顶盖(3)上并延伸在上筒(4)内，螺杆(1)通过螺母(2)旋拧在顶盖(3)的上下两端，连接销(7)水平穿设在下筒(6)上。
2.根据权利要求1所述的一种测量螺栓与冰粘结力试验装置，其特征在于：顶盖(3)的中心位置开设螺纹通孔(3-1)。
3.根据权利要求2所述的一种测量螺栓与冰粘结力试验装置，其特征在于：顶盖(3)的下端面上开设圆弧形凹槽(1-2)。
4.根据权利要求3所述的一种测量螺栓与冰粘结力试验装置，其特征在于：上筒(4)和下筒(6)与隔板(5)均采用焊接的方式密封并固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种测量螺栓与冰粘结力试验装置与方法，其特征在于：下筒(6)上开设销孔(6-1)。
6.一种测量螺栓与冰粘结力试验的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、螺杆(1)穿过顶盖(3)上的螺纹通孔(3-1)，调整螺母(2)来控制螺杆(1)在水中的被测长度；
步骤二、在上筒(4)中加入适当深度的水量；
步骤三、盖上顶盖(3)通过顶盖(3)的圆弧形凹槽(1-2)与上筒(4)中心对齐；
步骤四、将粘结力试验装置整体放入到负温环境中进行冰冻；
步骤五、上筒(4)内的水冰冻后，旋开顶盖(3)上部的螺母(2)，摘下顶盖(3)；
步骤六、再将粘结力试验装置放入0℃以下的低温环境内冰冻；
步骤七、将粘结力试验装置放在低温试验箱(9)内，下筒(6)的销孔(6-1)与低温试验箱(9)底座上的孔用连接销(7)进行连接，调节低温试验箱温度至测量温度，恒温2小时后，在被测螺杆上沿竖直向上的方向加荷速率施加拉力，在螺杆与冰之间完全脱粘且冰面不产生破碎的情况下，所得最大拉力为冰剪切粘结力，完成测量。
7.根据权利要求6所述的一种测量螺栓与冰粘结力试验装置与方法，其特征在于：步骤四中的负温环境为-70℃至0℃。
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