CN112985983A - 混凝土轴拉测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土轴拉测试装置，具有左右可调节的圆弧断面，通过圆弧断面的接触加载可最大程度的解决轴拉加载过程中试件由于应力集中造成试件破坏，导致轴拉测试失败的问题；设计分成上下两个部分，通过销杆进行连接，加载过程中可根据偏心情况通过调节平衡杆保证试件轴向加载；将声发射无损探伤定位系统引入到轴拉测试系统中，借助AE传感器采集材料开裂或变形过程产生的声发射信号，经计算机处理，从而得到表征缺陷特征的参数，进而得到加载过程中试件发生损伤的位置。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土力学性能测试领域，具体为混凝土轴拉测试装置。
背景技术
直接拉伸试验能使得混凝土试件处于均匀的单向拉应力场，保证试件裂缝的开展和失效均发生在此区域，测得的直接拉伸强度可以认为是能真实反映混凝土的抗拉强度。但混凝土直接拉伸试验需要精密的测试仪器以及精确的对中和夹头装置。近年来随着超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC)等一系列具有优异力学性能的混凝土材料的发展，获得真实的混凝土抗拉力学性能(包括抗拉强度、拉伸荷载作用下结构的损伤状态以及应力-应变曲线等指标)对更加合理的进行混凝土结构的设计至关重要。对于UHPC等超高性能混凝土，在拉伸弹性段“屈服”时的应变约为200微应变，每100mm标距的变形仅20微米左右，这对测试系统的加载精度和夹具的设计有相当高的要求；UHPC在钢筋屈服前呈多点微裂纹分布，常规的裂缝观测手段较难反应UHPC的损伤状态；由于UHPC具有明显的尺寸效应，因此对试件的截面尺寸具有一定要求，但是大尺寸的轴拉试件带来了容易偏心，难以实现对中加载等问题。
混凝土轴拉试件可以分为外夹式、预埋式和粘贴式，预埋式容易产生端部应力集中和偏心的问题；粘贴式可以避免应力集中的问题，但是粘贴式较难获得轴拉应力-应变曲线的下降段；外加式对试件的形状尺寸要求较高，否则容易出现夹持处应力集中、易发生夹持处断裂的情况。
相似技术(产品)简述：
1、一种混凝土轴向拉伸试验测试装置，专利号201320185453.7，其技术方案是：基于试件上的拉环与试验机上拉力接头之间，易产生轴线偏心而进行的改善。该混凝土轴向拉伸试验测试装置包括有试件上的拉环及试验机上球形拉力接头，在试件上的拉环与试验机上球形拉力接头之间连接柔性拉力绳，柔性拉力绳由多个封闭圆环串联在一起，柔性拉力绳两端分别连接上拉钩和下拉钩，用于连接试件上的拉环与球形拉力接头。通过柔性拉力绳中串联圆环之间相互调整轴线，减少试件与试验机施力轴线产生的偏心，实现混凝土拉伸试验结果准确度提高。
2、大尺寸全级配混凝土轴拉试验机，专利号：201110122236.9，提出涉及一种可进行大尺寸全级配混凝土轴向拉伸应力一变形全过程测试的轴拉试验机。通过磁流变阻尼器元件的设置,试验机具有变刚度特性,与普通试验机、并联刚性元件的改装试验机等传统试验机相比,该试验机可实现大尺寸全级配混凝土试件断裂破坏过程的稳定可控,并且造价低、极限载荷、净空限制小、结构设计简单、容易维护。
3、混凝土构件施加轴向拉伸荷载的试验装置，专利号：201510863028.2，工作原理如下：翼缘截面是梯形,由标准尺寸钢模具成型,具体使用时,安装承载螺杆、螺帽和承载钢板后,通过旋转两端带有反丝细螺纹的承载螺杆使两端螺帽产生施加于承载钢板的推力,从而实现轴向拉伸荷载的施加,荷载大小由固定在试件两侧的应变计定量。承载螺杆周围的混凝土约束承载螺杆防止加载过程中承载螺杆失稳。施加轴拉荷载的试件可以置于环境箱中进行介质传输研究,也可以在介质传输试验的同时施加不断变化荷载,以确定持续荷载或渐变荷载对介质传输的影响。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种混凝土轴拉测试装置，测试较大截面尺寸的混凝土试件轴拉全应力-应变关系曲线及不同加载阶段试件内部损伤状态的测试系统，可用于普通混凝土、超轻高强、超高性能混凝土轴拉应力应变全过程曲线的测试及加载过程中试件内部损伤状态的监测。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种混凝土轴拉测试装置，包括轴拉试件，轴拉试件为柱形体，其包括上端部、中间部和下端部，上端部、下端部分别与中间部圆弧连接形成圆弧段；其特征在于：它还包括测试装置本体、固定支座和荷载施加装置；所述固定支座设于装置本体的底部，所述荷载施加装置设于装置本体顶部；所述装置本体包括上部夹具、圆弧夹具、下部夹具、销钉连接件、AE传感器、固定夹具、位移计夹具、平衡调节杆；
所述轴拉试件的上端部和下端部分别位于上部夹具和下部夹具形成的腔体内，所述上部夹具和下部夹具的两侧分别设有平衡调节杆使轴拉试件的轴向加载保持平衡；所述轴拉试件的圆弧段两侧设有圆弧夹具，该圆弧夹具内圈的圆弧面与轴拉试件的圆弧段完全贴合并通过销钉连接件固定，所述圆弧夹具的两侧安装固定夹具；所述位移计夹具安装在轴拉试件的中间部，位移计夹具上设有位移计；所述轴拉试件的上端部和下端部分别安装AE传感器。
所述的混凝土轴拉测试装置，其特征在于：所述上部夹具和下部夹具之间通过销钉固定。
所述的混凝土轴拉测试装置，其特征在于：所述AE传感器通过热熔胶与轴拉试件的上端部、下端部连接在一起。
所述的混凝土轴拉测试装置，其特征在于：所述圆弧段的圆弧角为62.5°。
所述的混凝土轴拉测试装置，其特征在于：所述AE传感器一共有八个，分别均匀布置在轴拉试件的上端部和下端。
本发明的有益效果是：可调节的圆弧断面，62.5°的圆弧断面通过有限元计算确定，能较好的降低过渡段的应力集中现象；
圆弧段与固定夹具通过销钉连接，加载过程中圆弧段可通过一定角度的转动，保证试件测试段左右方向的均匀受力。
将夹具分成上下两个部分，通过销钉进行连接，保证夹具前后可进行微幅转动；
加载过程中可通过监测前后两个面的位移计的读数，确定加载偏心方向；通过侧面的调节装置，修正荷载施加角度；
本发明保证试件测试段前后两个方向的均匀受力。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明正面示意图。
图2为图1侧视方向示意图。
图3为轴拉试件示意图。
图中，轴拉试件1、上部夹具2、圆弧夹具3、下部夹具4、圆弧段5、销钉连接件6、AE传感器7、固定夹具8、位移计夹具9、销钉10、平衡调节杆11、固定支座12、荷载施加装置13。
具体实施方式
如图1-3所示：一种混凝土轴拉测试装置，包括轴拉试件1，轴拉试件为柱形体，其包括上端部、中间部和下端部，上端部、下端部分别与中间部圆弧连接形成圆弧段5；
它还包括测试装置本体、固定支座12和荷载施加装置13；所述固定支座设于装置本体的底部用于支撑轴拉试件，所述荷载施加装置设于装置本体顶部；所述装置本体包括上部夹具2、圆弧夹具3、下部夹具4、销钉连接件6、AE传感器7、固定夹具8、位移计夹具9、平衡调节杆11；
所述轴拉试件的上端部和下端部分别位于上部夹具和下部夹具形成的腔体内，所述上部夹具和下部夹具的两侧分别设有平衡调节杆使轴拉试件的轴向加载保持平衡；所述轴拉试件的圆弧段两侧设有圆弧夹具，该圆弧夹具内圈的圆弧面与轴拉试件的圆弧段完全贴合，实现面加载，并通过销钉连接件固定，加载过程中圆弧段可通过一定角度的转动，保证试件测试段左右方向的均匀受力，所述圆弧夹具的两侧安装固定夹具，用于固定试件1，同时增强夹具的面外刚度；所述位移计夹具安装在轴拉试件的中间部，位移计夹具上设有位移计，加载过程中可通过监测前后两个面的位移计的读数，确定加载偏心方向；通过侧面的平衡调节杆，修正荷载施加角度；所述轴拉试件的上端部和下端部分别安装AE传感器。
进一步的，所述上部夹具和下部夹具之间通过销钉10固定，保证夹具前后可进行微幅转动。
进一步的，所述AE传感器通过热熔胶与轴拉试件的上端部、下端部连接在一起。
进一步的，所述圆弧段的圆弧角为62.5°，能较好的降低过渡段的应力集中现象。
进一步的，所述AE传感器一共有八个，分别均匀布置在轴拉试件的上端部和下端。
所有安装完成之后，即可对试件1进行轴拉加载，同时AE(声发射)传感器进行声发射检测；加载过程中监测两个侧面位移计的数据，通过调整平衡调节杆11，保证试件测试段的均匀受力。
损伤分布检测原理：
在轴拉测试装置中引入声发射无损探伤定位系统，在试件1的两端共布置8个AE传感器，可实现对试件加载段的全方位信息采集，AE传感器可采集材料开裂或变形过程产生的声发射信号，试验过程中8个传感器同时进行声发射检测，各传感器接收到来自声发射源的时间是不一样的。
将其中一个传感器设定成基准点，测量其与其它传感器接受到信号的时间差，最后根据传播速度计算出声源的相对空间坐标。最终得到试验过程中不同加载阶段试件内部的损伤分布。
Claims (5)
1.一种混凝土轴拉测试装置，包括轴拉试件，轴拉试件为柱形体，其包括上端部、中间部和下端部，上端部、下端部分别与中间部圆弧连接形成圆弧段；其特征在于：它还包括测试装置本体、固定支座和荷载施加装置；所述固定支座设于装置本体的底部，所述荷载施加装置设于装置本体顶部；所述装置本体包括上部夹具、圆弧夹具、下部夹具、销钉连接件、AE传感器、固定夹具、位移计夹具、平衡调节杆；
所述轴拉试件的上端部和下端部分别位于上部夹具和下部夹具形成的腔体内，所述上部夹具和下部夹具的两侧分别设有平衡调节杆使轴拉试件的轴向加载保持平衡；所述轴拉试件的圆弧段两侧设有圆弧夹具，该圆弧夹具内圈的圆弧面与轴拉试件的圆弧段完全贴合并通过销钉连接件固定，所述圆弧夹具的两侧安装固定夹具；所述位移计夹具安装在轴拉试件的中间部，位移计夹具上设有位移计；所述轴拉试件的上端部和下端部分别安装AE传感器。
2.根据权利要求1所述的混凝土轴拉测试装置，其特征在于：所述上部夹具和下部夹具之间通过销钉固定。
3.根据权利要求1所述的混凝土轴拉测试装置，其特征在于：所述AE传感器通过热熔胶与轴拉试件的上端部、下端部连接在一起。
4.根据权利要求1所述的混凝土轴拉测试装置，其特征在于：所述圆弧段的圆弧角为62.5°。
5.根据权利要求1所述的混凝土轴拉测试装置，其特征在于：所述AE传感器一共有八个，分别均匀布置在轴拉试件的上端部和下端。
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