CN111751217A - 一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置及其使用方法，包括下压件，下压件的上端与试验机上压板连接，基座设置在工作台上；两个试件夹持件水平滑动设置在基座上，且对称设置在基座两端；下压件通过传动齿轮与两个试件夹持件连接，混凝土试件水平设置在两个试件夹持件之间，每个试件夹持件中设置有夹持空间，混凝土试件的两端分别配合夹持在两个试件夹持件的夹持空间中；本发明通过将混凝土试件水平设置在两个夹持件之间，试验机驱动下压件向下移动时，带动两个试件夹持件对混凝土试件产生水平方向的轴向拉伸力，避免了混凝土试件在拉伸过程产生的偏心，提高了拉伸试验结果的准确性；混凝土试件水平安装不受高度限制，有效节约了试验空间。

Description

一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置及其使用方法

技术领域

本发明属于混凝土试验技术领域，特别涉及一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置及其使用方法。

背景技术

目前，混凝土抗拉性能试验方法主要有三种：劈拉试验、直拉试验和弯拉试验；其中，直拉试验所测得试验数据最为准确，最能直接反映混凝土的抗拉强度及应变变化，从而得到混凝土材料的应力-应变关系；然而，由于混凝土材料的天然脆性，使得在单轴拉伸试验中，夹具的选择以及试件与夹具的夹持方式对于试验的准确性和成功率变得至关重要。

在直接拉伸试验中，混凝土试件的安装绝大部分采用在竖直方向，且拉伸力的施加方向也为竖直方向，其缺点：在单轴拉伸试验过程中，混凝土试件竖直安装时，会大大提高试验时的使用空间要求，在试验环境存在高度限制的条件下，试验的正常实施会受到严峻的考验；此外，在竖直方向安装混凝土试件时，常常会使混凝土试件在拉伸过程中产生偏心作用，不仅会对混凝土试件的对中产生巨大影响，也会对试验过程中的准确性带来一定程度上的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置及其使用方法，以解决现有的单轴拉伸试验中，试件竖直方向安装时往往受到高度限制，且易使混凝土试件在拉伸过程中产生偏心，降低了拉伸试验结果的准确性的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，包括下压件、基座、传动齿轮及两个试件夹持件；下压件设置在基座的上方，基座固定设置在试验机工作台上；两个试件夹持件水平滑动设置在基座上，且对称设置在基座的两端，传动齿轮转动设置在基座上；

下压件的上端与试验机的上压板连接，下压件的下端通过传动齿轮与两个试件夹持件连接，试验机的上压板带动下压件上下移动时，能够通过传动齿轮带动两个试件夹持件水平方向彼此靠近或远离移动；

混凝土试件水平设置在两个试件夹持件之间，每个试件夹持件中设置有夹持空间，混凝土试件的一端配合夹持在其中一个试件夹持件的夹持空间中，混凝土试件的另一端配合夹持在另一个试件夹持件的夹持空间中。

进一步的，下压件包括压板及两个竖向齿条，压板水平设置在基座的上方，压板的上端面与试验机的上压板连接；两个竖向齿条竖向对称设置在压板的下端两侧，竖向齿条通过传动齿轮与试件夹持件连接。

进一步的，压板的上端面设置有固定卡槽，固定卡槽水平设置，液压机的上压板配合设置在固定卡槽中。

进一步的，基座包括底板和两个侧板，底板水平设置在试验机的工作台上，两个侧板竖向对称设置在底板的两侧；每个侧板的两端分别设置有轨道滑槽，轨道滑槽水平设置，且两个侧板同一端的两个轨道滑槽对称设置；

两个试件夹持件分别滑动设置在侧板两端的轨道滑槽中，传动齿轮竖向设置在侧板的侧边，传动齿轮的一侧与竖向齿条啮合，传动齿轮的底部与试件夹持件连接。

进一步的，每个试件夹持件包括两个对称设置的齿条夹持体，两个齿条夹持体分别设置在两个侧板同一端的两个轨道滑槽中；

每个齿条夹持体包括滑块、夹持块及水平齿条，滑块滑动设置在轨道滑槽中，夹持块固定设置在滑块的一侧，水平齿条固定设置在滑块的另一侧；夹持块位于两个侧板之间，两个齿条夹持体中的两个夹持块之间形成夹持空间，混凝土试件的夹持端配合设置在夹持空间中；水平齿条的上表面与传动齿轮的底部啮合。

进一步的，混凝土试件的夹持端与两个夹持块之间采用面接触紧密连接。

进一步的，混凝土试件采用对称骨状结构；混凝土试件包括第一夹持端、中部试验段及第二夹持端，第一夹持端及第二夹持端分别设置在中部试验段的两端；

第一夹持端或第二夹持端的竖向两侧对称设置有试件夹持面，试件夹持面倾斜设置；夹持块的水平截面为等腰梯形，夹持块的两端面倾斜设置，试件夹持面与夹持块的端面紧贴连接。

进一步的，传动齿轮的个数为四个；其中，第一个传动齿轮和第二个传动齿轮对称设置在其中一个侧板的两端，且分别与其中一个竖向齿条的两侧啮合；第三个传动齿轮和第四个传动齿轮对称设置在另一个侧板的两端，且分别与另一个竖向齿条的两侧啮合；

第一个传动齿轮和第三个传动齿轮同轴转动设置在侧板上，第二个传动齿轮和第四个传动齿轮同轴转动设置在侧板上。

进一步的，轨道滑槽的纵向截面为十字形凹槽，滑块的纵向截面为十字形结构，且十字形结构与十字形凹槽相匹配。

本发明还提供了一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置的使用方法，具体为：

首先将两个试件夹持件水平滑动设置在基座上，然后将混凝土试件水平设置在两个试件夹持件之间，其中，将混凝土试件的一端配合安装在其中一个试件夹持件的夹持空间中，另一端配合安装在另一个试件夹持件的夹持空间中；接着将下压件下端通过传动齿轮与试件夹持件连接，并将下压件的上端固定安装在试验机的上压板上；启动试验机，使试验机的上压板带动下压板向下移动，通过传动齿轮带动两个试件夹持件在水平方向上彼此远离，对混凝土试件进行拉伸，直至混凝土试件断裂，完成混凝土单轴拉伸试验。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，通过将两个试件夹持件水平滑动设置在基座上，混凝土试件水平设置在两个夹持件之间；试验机驱动下压件向下移动时，带动两个试件夹持件对混凝土试件产生水平方向的轴向拉伸力，避免了混凝土试件在拉伸过程产生的偏心，提高了拉伸试验结果的准确性；混凝土试件水平安装不受高度限制，有效节约了试验空间，提高了混凝土拉伸的试验范围；本发明采用压缩式运动进行拉伸试验，试验过程可配合普通液压机进行，提高了拉伸试验装置的使用范围。

进一步的，采用压板将下压件固定在液压机的上压板上，避免了下压件直接作用在混凝土试件上，消除了下压件自重对混凝土试件轴向方向产生初始应力，提高了拉伸试验的精确度；通过在下压件的下端两侧对称设置竖向齿条，竖向齿条通过传动齿轮与试件夹持件连接，实现了对试件夹持件两侧同时施力，避免了混凝土试件在拉伸过程产生的偏心；利用下压件将试验机向下压缩的作用力，转换为水平对称设置的两个试件夹持件的水平轴向拉伸力，进而实现对混凝土试件的轴向拉伸，确保了动力的准确传递，提高了试验装置的稳定性及拉伸试验结果的准确性。

进一步的，通过在压板的上端面设置固定卡槽，使用时，通过固定卡槽将压板固定在试验机的上压板处，便于下压件与试验机的准确可靠连接；消除了下压件因自重过大而在混凝土试件轴向方向上产生初始应力，有效提高了拉伸试验的精确度。

进一步的，通过在基座的侧板上设置轨道滑槽，并将两个试件夹持件滑动设置在轨道滑槽中，试件夹持件与轨道滑槽之间形成滑块-滑轨机构，将试件夹持件限制在水平方向移动，实现对夹持在两个试件夹持件之间的混凝土试件的水平轴向拉伸；同时对试件夹持件水平拉伸过程起到限位作用，避免了拉伸试验过程对混凝土试件产生偏心作用，有效提高了拉伸试验过程试件夹持件与混凝土试件的稳定性，提高了拉伸试验结果的准确性。

进一步的，每个试件夹持件由两个齿条夹持体组成，齿条夹持体通过滑块滑动设置在轨道滑槽中，实现了对齿条夹持体的水平移动限制；采用两个对称设置的夹持块形成夹持空间，满足对不同尺寸混凝土试件的匹配使用，匹配效果较好，实现对多尺寸试件的拉伸试验。

进一步的，将混凝土试件的夹持端与夹持块之间采用面接触配合连接，有效的消除了局部应力集中，减少了混凝土试件因应力集中而产生的损伤，提高了试验过程的可靠性和稳定性，确保了混凝土试件的拉伸断裂面发生在试件中部，对提高试验精度起到了积极促进作用。

进一步的，将混凝土试件的试件夹持面与夹持块的端面之间紧贴设置，确保了混凝土试件夹持端与齿条夹持块之间的面接触连接，试件夹持面及夹持块的端面均为倾斜设置，增大了面接触效果，有效降低了混凝土夹持端的应力集中；混凝土试件采用对称骨状结构，确保了下压件下压过程带动试件夹持件水平移动时，能够对混凝土试件施加水平方向的作用力，实现对混凝土试件的拉伸，拉伸过程受力均匀，减少了混凝土试件夹持端的应力集中，确保了混凝土试件的断裂发生在混凝土试件的中部试验段处，提高了拉伸试验结果的准确度。

进一步的，将传动齿轮的个数设置为四个，其中将侧板同一端的两个传动齿轮同轴设置，确保了混凝土试件夹持端两侧的传动齿轮保持同步；将侧板两端的两对传动齿轮分别与下压件中的竖向齿条啮合，实现了侧板两端的两对传动齿轮的同步转动；确保了拉伸过程，对混凝土试件同一夹持端两侧保持同步拉伸，且对混凝土试件的两个夹持端能够保持同步拉伸，避免了混凝土试件受到偏心拉伸，有效提高了拉伸试验的精度。

进一步的，将轨道滑槽及滑块的截面均采用十字形结构，确保了齿条夹持块在轨道滑槽中的准确移动，确保了拉伸过程齿条夹持体与混凝土试件的稳定性。

本发明还提供了一种压缩式混凝土单轴拉伸试验方法，利用下压件为混凝土试件提供向下作用力，下压件下压过程通过传动齿轮带动两个试件夹持件水平移动，实现对夹持在两个试件夹持件之间的混凝土试件的水平拉伸；通过试验机带动下压件的压缩运动，对混凝土试件的单轴拉伸试验，试验空间小，使用过程中操作步骤少，安装和拆卸简单，能显著的提高试验工作的效率和试验结果的准确性。

附图说明

为了更清楚说明本发明具体实施的技术方案，下面将对实施中所需使用的附图做简单介绍，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为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置的立体结构示意图；

图2为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置的主视图；

图3为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置的侧视图；

图4为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置中的下压件立体结构示意图；

图5为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置中的下压件主视图；

图6为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置中的下压件侧视图；

图7为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置中的基座立体结构示意图；

图8为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置中的基座侧视图；

图9为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置中的基座主视图；

图10为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置中的传动齿轮结构示意图；

图11为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置中的齿轮传动轴结构示意图；

图12为本发明实施例中的第一齿条夹持体立体结构示意图；

图13为本发明中的混凝土试件立体结构示意图；

图14为本发明所述混凝土单轴拉伸试验装置与混凝土试件装配时的立体结构示意图；

图15为本发明所述的混凝土单轴拉伸试验装置与混凝土试件装配时的平面结构示意图。

其中，1下压件，2基座，3混凝土试件，4第一齿条夹持体，5第二齿条夹持体，6第三齿条夹持体，7第四齿条夹持体，8第一传动齿轮，9第二传动齿轮，10第三传动齿轮，101第四传动齿轮，102齿轮传动轴；11压板，12竖向齿条，111固定卡槽；21底板，22侧板，23轨道滑槽，24传动轴孔；31第一夹持端，32中部试验段，33第二夹持端，34试件夹持面；41滑块，42夹持块，43水平齿条。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，包括下压件1、基座2、传动齿轮及两个试件夹持件；下压件1设置在基座2的上方，基座2固定设置在试验机工作台上；两个试件夹持件水平滑动设置在基座2上，且对称设置在基座2的两端，传动齿轮转动设置在基座2上；下压件1的上端与试验机的上压板连接，下压件1的下端通过传动齿轮与两个试件夹持件连接，试验机的上压板带动下压件1上下移动时，能够通过传动齿轮带动两个试件夹持件水平方向彼此靠近或远离移动；混凝土试件3水平设置在两个试件夹持件之间，每个试件夹持件中设置有夹持空间，混凝土试件3的一端配合夹持在其中一个试件夹持件的夹持空间中，混凝土试件3的另一端配合夹持在另一个试件夹持件的夹持空间中。

下压件1包括压板11及两个竖向齿条12，压板11水平设置在基座2的上方，压板11的上端面与试验机的上压板连接；压板11的上端面设置有固定卡槽111，固定卡槽111水平设置，液压机的上压板配合设置在固定卡槽111中；两个竖向齿条12竖向对称设置在压板11的下端两侧，竖向齿条12通过传动齿轮与试件夹持件连接；试验机的上压板下压过程，带动压板11及竖向齿条12向下移动，竖向齿条12移动过程，带动传动齿轮转动，通过传动齿轮推动两个试件夹持件在水平方向彼此远离，进而实现了对夹持在两个试件夹持件上的混凝土试件进行水平单轴拉伸。

基座2包括底板21和两个侧板22，底板21水平设置在试验机的工作台上，两个侧板22竖向对称设置在底板21的两侧；两个竖向齿条12分别设置在两个侧板22的侧边；每个侧板22的两端分别设置有轨道滑槽23，轨道滑槽23水平设置，且两个侧板22同一端的两个轨道滑槽23对称设置；两个试件夹持件分别滑动设置在侧板22两端的轨道滑槽23中，传动齿轮竖向转动设置在侧板22的侧边，传动齿轮的一侧与竖向齿条12啮合，传动齿轮的底部与试件夹持件连接。

每个试件夹持件包括两个对称设置的齿条夹持体，两个齿条夹持体分别设置在两个侧板22同一端的两个轨道滑槽23中；每个齿条夹持体包括滑块、夹持块及水平齿条，滑块滑动设置在轨道滑槽23中；优选的，轨道滑槽23的纵向截面为十字形凹槽，滑块的纵向截面为十字形结构，且十字形结构与十字形凹槽相匹配，将轨道滑槽及滑块的截面均采用十字形结构，确保了齿条夹持块在轨道滑槽中的准确移动，确保了拉伸过程齿条夹持体与混凝土试件的稳定性；夹持块固定设置在滑块的一侧，水平齿条固定设置在滑块的另一侧；夹持块位于两个侧板22之间，两个齿条夹持体中的两个夹持块之间形成夹持空间，混凝土试件3的夹持端配合设置在夹持空间中；优选的，混凝土试件3的夹持端与两个夹持块之间采用面接触紧密连接；水平齿条的上表面与传动齿轮的底部啮合，传动齿轮转动时，能够带动水平齿条在水平方向上移动。

本发明中传动齿轮的个数为四个，其中，第一个传动齿轮和第二个传动齿轮对称设置在其中一个侧板22的两端，且分别与其中一个竖向齿条的两侧啮合；第三个传动齿轮和第四个传动齿轮对称设置在另一个侧板22的两端，且分别与另一个竖向齿条的两侧啮合；第一个传动齿轮和第三个传动齿轮同轴转动设置在侧板22上，第二个传动齿轮和第四个传动齿轮同轴转动设置在侧板22上；传动齿轮的底部与水平齿条啮合；将位于侧板22同一端的两个传动齿轮同轴连接，分别对同一试件夹持件中的两个齿条夹持体施加作用力，确保了下压件压缩过程，混凝土试件两侧受到的拉伸作用保持同步；将侧板22两端的两对传动齿轮分别与下压件中的竖向齿条12啮合，实现了侧板两端的两对传动齿轮的同步转动；确保了拉伸过程，对混凝土试件的两个夹持端能够保持同步拉伸，有效避免了混凝土试件受到偏心拉伸，有效提高了拉伸试验的精度。

混凝土试件3采用对称骨状结构，混凝土试件3包括第一夹持端31、中部试验段32及第二夹持端33，第一夹持端31及第二夹持端33分别设置在中部试验段32的两端；第一夹持端31或第二夹持端33的竖向两侧对称设置有试件夹持面34，试件夹持面34倾斜设置；夹持块的水平截面为等腰梯形，夹持块的两端面倾斜设置，试件夹持面34与夹持块的端面紧贴连接。

工作原理

本发明所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，通过下压件的向下运动来驱动传动齿轮的转动，使得下压件在与传动齿轮的接触点上产生相对于传动齿轮圆心的力矩；对于传动齿轮的圆心根据合力矩为零的原理，可知齿条夹持体中的水平齿条与传动齿轮在接触点处也产生了一个大小相等，方向相反的力矩；同时，根据作用力与反作用力的原理，通过齿条夹持体将力传递至混凝土试件两端的试件夹持面上，进而实现对混凝土试件的单轴拉伸。

本发明中的下压件并将其通过上端面的两个对称的固定卡槽凹槽与液压机的上压板进行配合固定；再将四个传动齿轮两两对称通过一个齿轮传动轴转动连接在侧板的圆形传动轴孔上，保持齿轮传动轴的自由转动；将侧板的轨道滑槽与滑块、齿轮传动轴与传动轴孔、竖向齿条与传动齿轮及水平齿条与传动齿轮之间的接触面上涂抹润滑油以减少机构在运动过程中产生的摩擦力；将混凝土试件平放至基座两个侧板之间，调整齿条夹持体与传动齿轮的位置，并使齿条夹持体与混凝土试件两端面相互贴合；此时，即可启动试验机进行混凝土试件的单轴拉伸试验；当混凝土试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏，然后记录破坏荷载。

本发明还提供了一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置的使用方法，具体为：

首先将两个试件夹持件水平滑动设置在基座2上，然后将混凝土试件3水平设置在两个试件夹持件之间，其中，将混凝土试件3的一端配合安装在其中一个试件夹持件的夹持空间中，另一端配合安装在另一个试件夹持件的夹持空间中；接着将下压件1的下端通过传动齿轮与试件夹持件连接，并将下压件1的上端固定安装在试验机的上压板上；启动试验机，使试验机的上压板带动下压板1向下移动，通过传动齿轮带动两个试件夹持件水平方向上彼此远离，对混凝土试件3进行拉伸，直至混凝土试件3断裂，完成混凝土单轴拉伸试验。

本发明所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，通过将两个试件夹持件水平滑动设置在基座上，混凝土试件水平设置在两个夹持件之间；试验机驱动下压件向下移动时，带动两个试件夹持件对混凝土试件产生水平方向的轴向拉伸力，避免了混凝土试件在拉伸过程产生的偏心，提高了拉伸试验结果的准确性；混凝土试件水平安装不受高度限制，有效节约了试验空间，提高了混凝土拉伸的试验范围；本发明采用压缩式运动进行拉伸试验，试验过程可配合普通液压机进行，提高了拉伸试验装置的使用范围。

实施例

如附图1-15所示，本实施例提供了一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，包括下压件1、基座2、第一齿条夹持体4、第二齿条夹持体5、第三齿条夹持体6、第四齿条夹持体7、第一传动齿轮8、第二传动齿轮9、第三传动齿轮10、第四传动齿轮101及齿轮传动轴102.

下压件1设置在基座2的上方，下压件1包括压板11及两个竖向齿条12，压板11水平设置在基座2的上方，压板11的上端面与试验机的上压板连接；压板11的上端面设置有固定卡槽111，固定卡槽111水平设置，试验机的上压板配合设置在固定卡槽111中；使用时，通过固定卡槽111将压板11固定在试验机的上压板处，便于下压件1与试验机的准确可靠连接；消除了下压件1因自重过大而在混凝土试件3轴向方向上产生初始应力，有效提高了拉伸试验的精确度；本实施例中用块结构代替现有的杆结构与试验机连接，不仅提高了结构的稳定性，还有效减少了在试验过程中因试验装置产生的附加应变对试验结果造成的误差；两个竖向齿条12竖向对称设置在压板11的下端两侧，两个竖向齿条12分别位于基座2的两侧，两个竖向齿条12之间的距离与基座2的宽度相匹配。

基座2包括底板21和两个侧板22，底板21水平设置在试验机的工作台上，两个侧板22竖向对称设置在底板21的两侧，两个竖向齿条12分别位于两个侧板22的侧边中部；每个侧板22的两端分别设置有轨道滑槽23，轨道滑槽23水平设置，且两个侧板22同一端的两个轨道滑槽23对称设置。

本实施例中，第一齿条夹持体4和第二齿条夹持体5分别设置在其中一个侧板22两端的两个轨道滑槽23中，第三齿条夹持体6和第四齿条夹持体7分别设置在另一个侧板22两端的两个轨道滑槽23中；第一齿条夹持体4与第三齿条夹持体6对称设置在两个侧板22的同一端，第一齿条夹持体4与第三齿条夹持体6组成一个试件夹持件，且之间形成夹持空间；第二齿条夹持体5与第四齿条夹持体7对称设置在两个侧边22的同一端，第二齿条夹持体5与第四齿条夹持体7组成一个试件夹持件，且之间形成夹持空间。

混凝土试件3水平设置在两个试件夹持件之间，混凝土试件3的一端配合夹持在其中一个试件夹持件的夹持空间中，混凝土试件3的另一端配合夹持在另一个试件夹持件的夹持空间中。

第一齿条夹持体4、第二齿条夹持体5、第三齿条夹持体6及第四齿条夹持体7的结构尺寸完全相同；以第一齿条夹持体4为例：第一齿条夹持体4包括滑块41、夹持块42及水平齿条43，滑块41设置在其中一个侧板22的其中一个轨道滑槽23中，夹持块42固定设置在滑块41的一侧，水平齿条43固定设置在滑块41的另一侧，夹持块42位于两个侧板22之间。

第一齿条夹持体4中的夹持块42与第三齿条夹持体6中的夹持块之间形成夹持空间，混凝土试件3的一端配合设置在该夹持空间中；第二齿条夹持体5中的夹持块与第四齿条夹持体7中的夹持块之间形成夹持空间，混凝土试件3的另一端配合设置在该夹持空间中。

第一传动齿轮8和第二传动齿轮9对称设置在其中一个侧板22的两端中部，且分别位于其中一个竖向齿条12的两侧，该竖向齿条12的两侧分别设置有齿牙，第一传动齿轮8的侧边与该竖向齿条12的一侧啮合，第二传动齿轮9的侧边与该竖向齿条12的另一侧啮合，第一传动齿轮8与第二传动齿轮9均通过该竖向齿条12传递动力，确保了第一传动齿轮8和第二传动齿轮9的同步转动。

第三传动齿轮10和第四传动齿轮101分别设置在另一个侧板22的两端中部，且分别位于另一个竖向齿条12的两侧，该竖向齿条12的两侧分别设置有齿牙，第三传动齿轮10的侧板与该竖向齿条12的一侧啮合，第四传动齿轮101的侧边与该竖向齿条12的另一侧啮合，第三传动齿轮10和第四传动齿轮101均通过该竖向齿条12传递动力，确保了第三传动齿轮10和第四传动齿轮101的同步转动。

两个侧板22的两端中部分别对称设置有传动轴孔24，其中一个齿轮传动轴102转动设置在两个侧板22其中一端的两个传动轴孔24中，另一个齿轮传动轴102转动设置在两个侧板22的另一端的两个传动轴孔24中；第一传动齿轮8和第三传动齿轮10分别设置在其中一个齿轮传动轴102的两端，第二传动齿轮9和第四传动齿轮101分别设置在另一个齿轮传动轴102的两端；本实施例中，传动齿轮与齿轮传动轴102之间采用花键连接，且在齿轮传动轴102的端部设置有锁紧螺栓，将传动齿轮与齿轮传动轴固定连接，确保了同一齿轮传动轴102两端的两个传动齿轮保持同步；其中，齿轮传动轴102的端部设置有外花键，传动齿轮的中心设置有内花键，齿轮传动轴102上的外花键与传动齿轮中的内花键配合连接，将传动齿轮与齿轮传动轴之间采用花键连接，确保了传动齿轮与齿轮传动轴之间的可靠连接，有效提高了传动齿轮的承载能力；锁紧螺栓固定设置在传动齿轮轴的端部，两者之间采用螺纹，通过采用锁紧螺栓将传动齿轮与齿轮传动轴之间的锁紧连接，实现了对传动齿轮的轴向限位，同时便于传动齿轮的拆卸、更换。

第一传动齿轮8设置在第一齿条夹持体4的上方，第一传动齿轮8的底部与第一齿条夹持体4中的水平齿条43啮合；第二传动齿轮9设置在第二齿条夹持体5的上方，第二传动齿轮9的底部与第二齿条夹持体5中的水平齿条啮合；第三传动齿轮10设置在第三齿条夹持体6的上方，第三传动齿轮10的底部与第三齿条夹持体6中的水平齿条啮合；第四传动齿轮101设置在第四齿条夹持体7的上方，第四传动齿轮101的底部与第四齿条夹持体7中的水平齿条啮合；压板11在试验机上压板的作用下，向下移动时，带动两个竖向齿条12向下移动，由于四个传动齿轮分别与竖向齿条啮合，且两两同轴连接，竖向齿条12向下移动过程，确保了四个齿条夹持体的同步水平移动，进而实现对混凝土试件的水平拉伸。

混凝土试件3采用对称骨状结构，混凝土试件3包括第一夹持端31、中部试验段32及第二夹持端33，第一夹持端31及第二夹持端33分别设置在中部试验段32的两端；第一夹持端31或第二夹持端33的竖向两侧对称设置有试件夹持面34，试件夹持面34倾斜设置；齿条夹持体中的夹持块的水平截面为等腰梯形，夹持块的两端面倾斜设置，试件夹持面34与夹持块的端面紧贴连接；将混凝土试件3的试件夹持面34与夹持块的端面之间紧贴设置，确保了混凝土试件3的夹持端与齿条夹持块之间的面接触连接，试件夹持面及夹持块的端面均为倾斜设置，增大了面接触效果，有效降低了混凝土夹持端的应力集中；混凝土试件采用对称骨状结构，确保了下压件下压过程带动试件夹持件水平移动时，能够对混凝土试件施加水平方向的作用力，实现对混凝土试件的拉伸，拉伸过程受力均匀，减少了混凝土试件夹持端的应力集中，确保了混凝土试件的断裂发生在混凝土试件的中部试验段处，提高了拉伸试验结果的准确度。

本实施例中，轨道滑槽23的纵向截面为十字形凹槽，滑块的纵向截面为十字形结构，且十字形结构与十字形凹槽相匹配，确保了拉伸过程齿条夹持体与混凝土试件的稳定性。

本实施例中，压板采用一对称钢制组合板结构，其压板上端面开设对称的固定卡槽槽，可与试验机的上压板相互配合固定，压板下端两侧连接两个对称竖向齿条结构；基座采用三块钢板组成的槽型结构，其关于中轴面相互对称，底板为一长方形钢板；两侧侧板为形状相同的钢板，并且关于侧板的竖直对称轴，设置有两个圆形传动轴孔和两条轨道滑槽；其中，轨道滑槽是一条贯穿基体侧表面和内外侧表面的矩形通孔，通孔的上下表面又开设了相互对称的矩形凹槽，形成截面为十字形的凹槽结构；传动齿轮采用直齿轮；齿条夹持体包括滑块、夹持块及水平齿条，其中，水平齿条与传动齿轮相互啮合运动，滑块可与侧板上的轨道滑槽相互配合滑动，夹持块为一钢制棱台结构，其水平截面为等腰梯形结构，两端端面为斜面，可与混凝土试件的两个夹持端相互贴合；竖向齿条及水平齿条均与传动齿轮相互啮合，且竖向齿条及水平齿条的宽度与传动齿轮的宽度相适应，确保了动力传递的准确性和稳定性。本实施例中，混凝土试件采用对称骨状结构，混凝土试件的厚度与夹持块的厚度相匹配。

本实施例中试验机采用普通液压机进行混凝土单轴拉伸试验，具体步骤如下：

将搅拌好的混凝土砂浆按照设计的试件形状进行注模，在室温条件下静置24h后脱模，将试件放入标准混凝土养护箱内养护28d，然后取出试件进行混凝土单轴拉伸试验。

将下压件通过其上端面的固定卡槽与液压机的上压板配合固定连接，将四个传动齿轮两两通过齿轮传动轴转动设置在侧板的两端，并通过四个锁紧螺栓分别对四个传动齿轮进行轴向的限位；之后将四个齿条夹持体分别安装在两个侧板两端的轨道滑槽中，至此，卧式拉伸仪完成了组合安装；

接着，将试件平放至两个侧板之间，调整四个齿条夹持体和传动齿轮的位置，并使齿条夹持体与试件两端面相互贴合；启动液压机进行试件的单轴拉伸试验，液压机的上压板通过下压件、传动齿轮和齿条夹持体将力传递至试件两端的夹持面上；当试件接近破坏开始急剧变形时，停止调整液压机油门，直至破坏，然后记录破坏荷载；此时，混凝土试件的抗拉强度可通过下式计算:

其中，σ为混凝土试件的抗拉强度；

F为液压机记录的破坏荷载；

A为试件中部的横截面积。

在整个试验过程中，试件端部与齿条夹持体的夹持面紧密贴合，在试件两端用施加均匀面力的方式取代传统点力的施加方式，能最大程度的减少试件与试件夹持体因接触而产生的局部应力集中，使得混凝土试件在根部的损伤减小并且使断裂面发生在其中部试验段；同时，在结构的设计上避免使用了杆结构，使得在强度测试中，尤其在拉伸时试验中消除了因杆系结构产生的附加应变。

此外，本发明在结构的设计中采用了齿轮齿条结构，在力的传递过程中，保证了力的大小不变而改变了力的方向，从而改变了试件的放置方向，能更加有效的节约试验时的使用空间，避免了试验空间的浪费，同时也简化了试件夹持与安装的复杂程度，能显著提高试验工作的效率；引入了轨道滑槽机构，即基座与齿条夹持体之间的相互配合运动，有效解决了在试验过程中容易出现的偏心拉伸问题，进一步提升了试验的准确性。

本发明在动力来源上首创采用了压缩式运动，可配合普通液压机进行使用，扩大了本发明的适用范围及应用场合，降低了试验客观条件的要求，为缺少拉伸设备的工程现场提供了有效测量混凝土单轴抗拉强度的手段；至此，即可实现对混凝土试件单轴拉伸试验数据的准确测量的发明目的，并且操作过程简单，能极大的提高试验工作效率。

本发明所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，通过下压件固定在试验机的上压板处，避免了下压件直接放置在仪器基体上，从而消除了下压件因自重过大而在混凝土试件轴向方向上产生的初始应力，对提高试验的精确度具有一定作用；在齿条夹持体中的夹持块设计上，采用了水平截面为等腰梯形的设计；可使零件的通用性更高，既能满足其在一侧的夹持，也能满足其在镜像方向上的夹持，降低了零件制造过程中的成本，也使得零件的安装更为方便。

本发明所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，通过将混凝土试件水平设置在两个试件夹持件之间，以满足在有限空间内试验的正常运行；解决了混凝土试件与夹具之间存在不可忽略的应力集中，试验中容易造成混凝土根部断裂或与夹具接触部分产生徐变破坏，导致拉伸试验失败或丧失试验准确性。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，包括下压件(1)、基座(2)、传动齿轮及两个试件夹持件；下压件(1)设置在基座(2)的上方，基座(2)固定设置在试验机工作台上；两个试件夹持件水平滑动设置在基座(2)上，且对称设置在基座(2)的两端，传动齿轮转动设置在基座(2)上；

下压件(1)的上端与试验机的上压板连接，下压件(1)的下端通过传动齿轮与两个试件夹持件连接，试验机的上压板带动下压件(1)上下移动时，能够通过传动齿轮带动两个试件夹持件水平方向彼此靠近或远离移动；

混凝土试件(3)水平设置在两个试件夹持件之间，每个试件夹持件中设置有夹持空间，混凝土试件(3)的一端配合夹持在其中一个试件夹持件的夹持空间中，混凝土试件(3)的另一端配合夹持在另一个试件夹持件的夹持空间中。

2.根据权利要求1所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，下压件(1)包括压板(11)及两个竖向齿条(12)，压板(11)水平设置在基座(2)的上方，压板(11)的上端面与试验机的上压板连接；两个竖向齿条(12)竖向对称设置在压板(11)的下端两侧，竖向齿条(12)通过传动齿轮与试件夹持件连接。

3.根据权利要求2所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，压板(11)的上端面设置有固定卡槽(111)，固定卡槽(111)水平设置，液压机的上压板配合设置在固定卡槽(111)中。

4.根据权利要求2所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，基座(2)包括底板(21)和两个侧板(22)，底板(21)水平设置在试验机的工作台上，两个侧板(22)竖向对称设置在底板(21)的两侧；每个侧板(22)的两端分别设置有轨道滑槽(23)，轨道滑槽(23)水平设置，且两个侧板(22)同一端的两个轨道滑槽(23)对称设置；

两个试件夹持件分别滑动设置在侧板(22)两端的轨道滑槽(23)中，传动齿轮竖向设置在侧板(22)的侧边，传动齿轮的一侧与竖向齿条(12)啮合，传动齿轮的底部与试件夹持件连接。

5.根据权利要求4所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，每个试件夹持件包括两个对称设置的齿条夹持体，两个齿条夹持体分别设置在两个侧板(22)同一端的两个轨道滑槽(23)中；

每个齿条夹持体包括滑块、夹持块及水平齿条，滑块滑动设置在轨道滑槽(23)中，夹持块固定设置在滑块的一侧，水平齿条固定设置在滑块的另一侧；夹持块位于两个侧板(22)之间，两个齿条夹持体中的两个夹持块之间形成夹持空间，混凝土试件的夹持端配合设置在夹持空间中；水平齿条的上表面与传动齿轮的底部啮合。

6.根据权利要求5所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，混凝土试件(3)的夹持端与两个夹持块之间采用面接触紧密连接。

7.根据权利要求5所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，混凝土试件(3)采用对称骨状结构；混凝土试件(3)包括第一夹持端(31)、中部试验段(32)及第二夹持端(33)，第一夹持端(31)及第二夹持端(33)分别设置在中部试验段(32)的两端；

第一夹持端(31)或第二夹持端(33)的竖向两侧对称设置有试件夹持面(34)，试件夹持面(34)倾斜设置；夹持块的水平截面为等腰梯形，夹持块的两端面倾斜设置，试件夹持面(34)与夹持块的端面紧贴连接。

8.根据权利要求5所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，传动齿轮的个数为四个；其中，第一个传动齿轮和第二个传动齿轮对称设置在其中一个侧板(22)的两端，且分别与其中一个竖向齿条的两侧啮合；第三个传动齿轮和第四个传动齿轮对称设置在另一个侧板(22)的两端，且分别与另一个竖向齿条的两侧啮合；

第一个传动齿轮和第三个传动齿轮同轴转动设置在侧板(22)上，第二个传动齿轮和第四个传动齿轮同轴转动设置在侧板(22)上。

9.根据权利要求5所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置，其特征在于，轨道滑槽(23)的纵向截面为十字形凹槽，滑块的纵向截面为十字形结构，且十字形结构与十字形凹槽相匹配。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种卧式混凝土单轴拉伸试验装置的使用方法，其特征在于，具体为：

首先将两个试件夹持件水平滑动设置在基座上，然后将混凝土试件水平设置在两个试件夹持件之间，其中，将混凝土试件的一端配合安装在其中一个试件夹持件的夹持空间中，另一端配合安装在另一个试件夹持件的夹持空间中；接着将下压件下端通过传动齿轮与试件夹持件连接，并将下压件的上端固定安装在试验机的上压板上；启动试验机，使试验机的上压板带动下压板向下移动，通过传动齿轮带动两个试件夹持件在水平方向上彼此远离，对混凝土试件进行拉伸，直至混凝土试件断裂，完成混凝土单轴拉伸试验。

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