CN113218754B - 一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置及方法，包括预制裂缝混凝土试件、夹持引伸计、LVDT、钢框架，几字形片，钢框架用螺丝固定在混凝土试件跨中上部，夹持引伸计固定在混凝土试件跨中底部裂缝处，几字形片用螺丝固定在混凝土试件跨中底部裂缝处，LVDT透过钢框架预留孔抵在几字形片上同时用螺丝固定在钢框架上。本发明能克服现有测试装置的不足，LVDT与几字形片能保持在同一平面，同时钢框架几乎不发生位移，减小测量误差，克服了混凝土试件在加载时产生侧向位移导致挠度测量不精确的问题。同时本发明可适用于不同预制裂缝深度的试件，且可实现循环的加载方式。

Description

一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置及方法

技术领域

本发明属于混凝土材料测试领域，涉及一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置及方法。

背景技术

混凝土断裂能是产生单位面积裂缝所需要的平均能量，断裂能的大小反映了混凝土试件抵抗断裂能力的强弱，是反映混凝土断裂性能非常重要的参数。而要计算出试件准确的断裂能，就必须先精确测出跨中挠度，绘制出荷载-挠度曲线。

目前测试混凝土试件挠度的装置及方法很多，但因为试件加载时存在侧位移，导致目前的测试方法对试件挠度的测量有较大误差。进一步导致试件断裂能计算有较大偏差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置及方法，能够解决现有技术中预制裂缝混凝土试件跨中挠度测量存在侧位移误差的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，包括：用于放置混凝土试件的支座、安装在混凝土试件上的跨中上部的框架、固定在混凝土试件的跨中底部裂缝处的几字形片和通过安装在所述框架上抵接在所述几字形片的直线位移传感器；所述框架包括多个支腿，且每个支腿均与混凝土试件底部相对应的支座处于同一竖直平面内。通过将框架的支腿与相对应的支座处在同一竖直平面，在加载过程中框架几乎不发生位移，从而大大减少侧位移的发生，从而避免侧位移对挠度测量产生的误差。

进一步的，所述框架为方形钢框架，包括四个支腿，所述支腿上设置有用于固定在混凝土试件的跨中上部的第一螺栓孔；所述框架上还设置有竖直方向的预留孔，所述预留孔中部设置有用于固定所述直线位移传感器的第二螺栓孔，所述直线位移传感器穿设在所述预留孔中并通过螺丝固定。方形钢框架具有较强的刚度，并设置有螺栓孔与预留孔，完成与混凝土试件和直线位移传感器的固定连接，使用方便，并能够实现可循环的加载方式。

进一步的，所述几字形片为几字形铝片，包括夹固在混凝土试件两侧的夹片和连接所述夹片的连接片，所述夹片一端连接有与所述直线位移传感器抵接的水平片。 几字形片可适应不同裂缝深度的试件，通过几字形片，直线位移传感器与几字形片能保持在同一平面，克服了混凝土试件侧向位移导致挠度测量不精确的问题。

进一步的，所述夹片上设置有用于固定在所述混凝土试件上的安装孔。通过安装孔，有利于固定安装几字形片，能够实现可循环的加载方式。

进一步的，所述直线位移传感器为线性可变差动变压器（Linear VariableDifferential Transformer，LVDT）。线性可变差动变压器具有较强的精度，可以提高本装置的精度。

进一步的，所述装置还包括固定安装在所述混凝土试件跨中底部裂缝处、用于测量裂缝张口位移的夹持引伸计。夹持引伸计用于测量裂缝张口位移，具有较强的精度。

进一步的，所述装置还包括用于进行加载的MTS试验机。为加快试验进度，保证实验的数据精度，在试验中使用MTS试验机进行加荷载。

第二方面，本发明提供一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的方法，基于上述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，包括以下步骤：

浇筑混凝土试件，养护至待测龄期，在跨中做预制裂缝处理；

将所述混凝土试件的裂缝口一面朝下放置在支座上；

在所述混凝土试件上安装框架，使框架支腿与底部相对应的支座处在同一竖直平面；

在所述混凝土试件的裂缝处固定安装几字形片；

在所述框架上安装直线位移传感器，将所述直线位移传感器的头部抵接在几字形片上，调试所述直线位移传感器，调试完成后，进行所述混凝土试件的挠度测量。

进一步的，所述方法还包括以下步骤：

在所述混凝土试件的跨中底部裂缝处安装用于测量裂缝张口位移的夹持引伸计；

使用MTS试验机对所述混凝土试件进行加载，获得试验数据；所述试验数据包括所述混凝土试件的断裂面积、MTS试验机加载情况、直线位移传感器的测量结果及夹持引伸计测量结果；

根据所述试验数据进行分析。

进一步的，根据所述试验数据进行分析的方法包括：荷载-挠度关系分析、荷载-裂缝张口位移关系分析、断裂能分析；

其中，所述断裂能分析的计算公式为：

G= W/A

其中，G为断裂能，W为荷载-挠度曲线下部的面积，A为试件断裂的面积。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置及方法，相较现有技术，本发明能克服现有测试装置的不足，LVDT与几字形片能保持在同一平面，同时钢框架几乎不发生位移，减小测量误差，克服了混凝土试件侧向位移导致挠度测量不精确的问题，且可实现循环的加载方式。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2是钢框架结构示意图；

图3为几字形片的结构示意图；

图4为试件及支座示意图。

图中：

1、框架；11、第一螺栓孔；12、预留孔；13、第二螺栓孔；2、直线位移传感器；3、夹持引伸计；4、几字形片；5、混凝土试件；6、支座；7、裂缝。

具体实施方式

下面结合附图对本实施例作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实施例的技术方案，而不能以此来限制本实施例的保护范围。

在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。

实施例一：

本实施例提供一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，如图1所示，包括：用于放置混凝土试件5的支座6、安装在混凝土试件5上的跨中上部的框架1、固定在混凝土试件5的跨中底部裂缝7处的几字形片4和通过安装在所述框架1上抵接在所述几字形片4的直线位移传感器2；所述框架1包括多个支腿，且每个支腿均与混凝土试件5底部相对应的支座6处于同一竖直平面内。

实施原理：通过将框架1的支腿与相对应的支座6处在同一竖直平面，在加载过程中框架1几乎不发生位移，从而大大减少侧位移的发生，从而避免侧位移对挠度测量产生的误差。在使用时，首先浇筑混凝土试件5，养护至待测龄期，在跨中做预制裂缝7处理；之后，将所述混凝土试件5的裂缝7口一面朝下放置在支座6上。

开始测量时，在所述混凝土试件5上安装框架1，使框架1支腿与底部相对应的支座6处在同一竖直平面；在所述混凝土试件5的裂缝7处固定安装几字形片4；在所述框架1上安装直线位移传感器2，将所述直线位移传感器2的头部抵接在几字形片4上，调试所述直线位移传感器2，调试完成后，便可以进行所述混凝土试件5的挠度测量。

实施例二：

本实施例提供一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，包括：用于放置混凝土试件5的支座6、安装在混凝土试件5上的跨中上部的框架1、固定在混凝土试件5的跨中底部裂缝7处的几字形片4和通过安装在所述框架1上抵接在所述几字形片4的直线位移传感器2以及夹持引伸计3和MTS试验机。

所述框架1包括多个支腿，且每个支腿均与混凝土试件5底部相对应的支座6处于同一竖直平面内。MTS试验机用于对混凝土试件5进行加载，为加快试验进度，在试验中可使用MTS试验机。夹持引伸计3固定安装在所述混凝土试件5跨中底部裂缝7处，用于测量裂缝7张口位移。

通过将框架1的支腿与相对应的支座6处在同一竖直平面，在加载过程中框架1几乎不发生位移，从而大大减少侧位移的发生，从而避免侧位移对挠度测量产生的误差。

如图2所示，所述框架1为方形钢框架1，包括四个支腿，所述支腿上设置有用于固定在混凝土试件5的跨中上部的第一螺栓孔11；所述框架1上还设置有竖直方向的预留孔12，所述预留孔12中部设置有用于固定所述直线位移传感器2的第二螺栓孔13，所述直线位移传感器2穿设在所述预留孔12中并通过螺丝固定。

框架1通过第一螺栓孔11固定在混凝土试件5上表面，四个第一螺栓孔11与相对应的两个支座6处在同一竖直平面。夹持引伸计3固定在试件底部裂缝7处，几字形片4通过预留孔12固定在试件底部裂缝7处，直线位移传感器2穿过预留孔12抵在几字形片4上，并通过第二螺栓孔13固定在钢框架1上。直线位移传感器2抵住几字形片4时将读数调零，随着混凝土试件5的荷载增大，读数发生变化，试件破坏时的读数就是要测的跨中挠度。测得的数据用于绘制荷载-挠度曲线，进而分析混凝土的断裂能。

方形钢框架1具有较强的刚度，并设置有螺栓孔与预留孔12，完成与混凝土试件5和直线位移传感器2的固定连接，使用方便，并能够实现可循环的加载方式。

如图3所示，所述几字形片4为几字形铝片，包括夹固在混凝土试件5两侧的夹片和连接所述夹片的连接片，所述夹片一端连接有与所述直线位移传感器2抵接的水平片。几字形片4可适应不同裂缝7深度的试件，通过几字形片4，直线位移传感器2与几字形片4能保持在同一平面，克服了混凝土试件5侧向位移导致挠度测量不精确的问题。所述夹片上设置有用于固定在所述混凝土试件5上的安装孔。通过安装孔，有利于固定安装几字形片4，能够实现可循环的加载方式。

具体的，所述直线位移传感器2为线性可变差动变压器（Linear VariableDifferential Transformer，LVDT）。线性可变差动变压器具有较强的精度，可以提高本装置的精度。

本实施例能克服现有测试装置的不足，LVDT与几字形片4能保持在同一平面，同时钢框架1几乎不发生位移，减小测量误差，克服了混凝土试件5侧向位移导致挠度测量不精确的问题，且可实现循环的加载方式。

实施例三：

本实施例提供一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的方法，基于实施例二所述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，包括以下步骤：

步骤一、浇筑混凝土试件5，养护至待测龄期，在跨中做预制裂缝处理；

步骤二、将试件裂缝7口一面朝下放置，安装钢框架1，使框架1四脚与相对应的支座6处在同一竖直平面；

步骤三、依次安装夹持引伸计3，几字形片4，均固定在裂缝7处；

步骤四、安装LVDT，透过钢框架1预留孔12将LVDT头部抵在几字形片4上，调试LVDT和MTS试验机；

步骤五、使用MTS试验机进行加载，此时，框架1通过第一螺栓孔11固定在混凝土试件5上表面，四个第一螺栓孔11与相对应的两个支座6处在同一竖直平面。夹持引伸计3固定在试件底部裂缝7处，几字形片4通过预留孔12固定在试件底部裂缝7处，直线位移传感器2穿过预留孔12抵在几字形片4上，并通过第二螺栓孔13固定在钢框架1上。直线位移传感器2抵住几字形片4时将读数调零，随着混凝土试件5的荷载增大，读数发生变化，试件破坏时的读数就是要测的跨中挠度。测得的数据用于绘制荷载-挠度曲线，进而分析混凝土的断裂能；

根据试件断裂的面积、MTS试验机加载情况、LVDT测量结果及夹持引伸计3测量结果进行分析，包括荷载-挠度关系分析、荷载-裂缝张口位移关系分析、断裂能分析；

其中，断裂能计算公式为：G= W/A

其中，G为断裂能，W为荷载-挠度曲线下部的面积，A为试件断裂的面积。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，其特征在于，包括：用于放置混凝土试件的支座、安装在混凝土试件上的跨中上部的框架、固定在混凝土试件的跨中底部裂缝处的几字形片和通过安装在所述框架上抵接在所述几字形片的直线位移传感器；

所述框架包括多个支腿，且每个支腿均与混凝土试件底部相对应的支座处于同一竖直平面内；

所述框架为方形钢框架，包括四个支腿，所述支腿上设置有用于固定在混凝土试件的跨中上部的第一螺栓孔；

所述框架上还设置有竖直方向的预留孔，所述预留孔中部设置有用于固定所述直线位移传感器的第二螺栓孔，所述直线位移传感器穿设在所述预留孔中并通过螺丝固定；

所述几字形片为几字形铝片，包括夹固在混凝土试件两侧的夹片和连接所述夹片的连接片，所述夹片一端连接有与所述直线位移传感器抵接的水平片。

2.根据权利要求1所述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，其特征在于，所述夹片上设置有用于固定在所述混凝土试件上的安装孔。

3.根据权利要求1所述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，其特征在于，所述直线位移传感器为线性可变差动变压器(Linear Variable Differential Transformer，LVDT)。

4.根据权利要求1所述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，其特征在于，所述装置还包括固定安装在所述混凝土试件跨中底部裂缝处、用于测量裂缝张口位移的夹持引伸计。

5.根据权利要求1所述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，其特征在于，所述装置还包括用于进行加载的MTS试验机。

6.一种测试预制裂缝混凝土试件挠度的方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一项所述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的装置，包括以下步骤：

浇筑混凝土试件，养护至待测龄期，在跨中做预制裂缝处理；

将所述混凝土试件的裂缝口一面朝下放置在支座上；

在所述混凝土试件上安装框架，使框架支腿与底部相对应的支座处在同一竖直平面；

在所述混凝土试件的裂缝处固定安装几字形片；

在所述框架上安装直线位移传感器，将所述直线位移传感器的头部抵接在几字形片上，调试所述直线位移传感器，调试完成后，进行所述混凝土试件的挠度测量。

7.根据权利要求6所述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

在所述混凝土试件的跨中底部裂缝处安装用于测量裂缝张口位移的夹持引伸计；

使用MTS试验机对所述混凝土试件进行加载，获得试验数据；所述试验数据包括所述混凝土试件的断裂面积、MTS试验机加载情况、直线位移传感器的测量结果及夹持引伸计测量结果；

根据所述试验数据进行分析。

8.根据权利要求7所述的测试预制裂缝混凝土试件挠度的方法，其特征在于，根据所述试验数据进行分析的方法包括：荷载-挠度关系分析、荷载-裂缝张口位移关系分析、断裂能分析；

其中，所述断裂能分析的计算公式为：

其中，G为断裂能，W为荷载-挠度曲线下部的面积，A为试件断裂的面积。

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