CN113358494B - 一种竹木材料拉-剪试验装置 - Google Patents

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Abstract

一种竹木类材料拉‑剪试验装置及方法，属于室内加载试验技术领域，该试验装置分为三部分，包括钢框架传力装置、试件固定装置、加载装置，由钢板、钢筋、螺杆、螺帽、钢质支撑、木材试件、“L形”钢质夹板、“矩形”钢质垫块、力传感器、柱状钢块、滑轨、千斤顶等部件组成；可基于普通万能试验机并借助千斤顶实现双轴加载，从而实现竹木材料的拉剪耦合试验。本发明设计了具有全新结构的加载框架及试件夹持、固定装置，在提高装置整体刚度的同时，确保了双轴拉剪过程试样的受力状态，可测得较为准确的抗剪强度。

Description

一种竹木材料拉-剪试验装置
技术领域
本发明涉及竹木材料室内加载试验技术领域，特别涉及一种竹木材料拉-剪试验装置。
背景技术
竹木材料是人类最早使用的建筑材料之一，也是现代木结构建筑的重要物质基础。然而，由于木材种类繁多，属多孔不连续的天然植物材料、所处环境各异、生长不均匀等因素，导致其结构构造复杂，力学性能呈现高度的各向异性。
木材在不同纹理面、不同加载方向、不同纤维角度下的力学行为差异明显。近年来，虽有较多学者对木材在简单受力状态下的力学性能方面进行深入的研究，但缺乏有关木材在复杂应力状态尤其是拉应力和剪应力耦合作用下的力学性能研究，相关试验标准中也未明确具体的试验方法，通过拉-剪试验掌握竹木材料在拉应力和剪应力耦合作用下受力性能是其重要一环。因此，需提供一种能够开展竹木材料拉剪试验的装置。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种竹木材料拉-剪试验装置，能够在拉力与剪力耦合的复合受力作用下，测定材料的强度变化规律。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种竹木材料拉-剪试验装置，包括框架传力装置、试件固定装置、加载装置；
所述框架传力装置包括钢板1，所述钢板1分为压板和挡板，所述压板包括位于底部的水平的底板14，所述底板14上设置有竖直的第一挡板15、竖直的第二挡板16和竖直的第三挡板17，所述第一挡板15与底板14焊接，钢筋2与第二挡板16、第三挡板17平行，第二挡板16、第三挡板17分别与底板14间用水平的钢筋2滑动连接，所述第二挡板16、第三挡板17的四角内侧通过螺杆3连接，螺杆3与第二挡板16、第三挡板17垂直；
所述试件固定装置包括位于第二挡板16和第三挡板17之间的中心对称的两块“L形”钢质夹板7，每块所述“L形”钢质夹板7包括第一夹板和第二夹板，木材试件6前后端通过螺栓连接在两块“L形”钢质夹板7的第一夹板和第二夹板之间；木材试件6前后端端面均粘接“矩形”钢质垫块8，所述“矩形”钢质垫块8分为第一垫块18和第二垫块19，所述第一垫块18上连接力传感器9，一块“L形”钢质夹板7的顶部和另一块“L形”钢质夹板7的底部分别设置有柱状钢块10，所述柱状钢块10设置在滑轨组合11上；所述顶部的滑轨组合11上设置有上压板25。
所述加载装置包括千斤顶12，千斤顶12与第一挡板15内侧与第二挡板16外侧相接，且要与木材试件6中心相平；千斤顶12四周分别均匀分布螺杆13，螺杆13一端与第一挡板15内侧焊接，另一端穿过第二挡板16与“矩形”钢质垫块8焊接。
所述螺杆3为四根统一规格螺杆，所述第二挡板16内外侧和第三挡板17内外侧的四根螺杆3上设置有螺帽4。
所述柱状钢块10分别与第一夹板和第二夹板相接，柱状钢块10分为第一钢块20、第二钢块21，所述滑轨组合11分为第一滑轨组合22、第二滑轨组合23、第三滑轨组合24，第一滑轨组合22与第一钢块20相接，第二滑轨组合23与第二钢块21相接，第三滑轨组合24与传感器用螺栓连接。
所述钢质垫块8外侧和底板14上表面焊接钢质支撑5，所述第一挡板15外侧与底板14上表面焊接钢质支撑5。
一种竹木材料拉-剪试验装置的安装方法，包括如下步骤：
步骤1：将木材试件6前后端与一对“L型”钢质夹板7用螺栓连接；
步骤2：将木材试件6左右端与一对“矩形”钢质垫块8粘接；
步骤3：将力传感器9与内侧的“矩形”第一垫块18相连；
步骤4：将第一钢块20、第二钢块21，分别与“L形”第一夹板和“L形”第二夹板的底面中心相接；
步骤5：将第一滑轨组合22与第一钢块20相接，第二滑轨组合23与第二钢块21相接，第三滑轨组合24与传感器9用螺栓连接；
步骤6：将第一挡板15与底板14焊接，第二挡板16和第三挡板17分别与底板14间用钢筋2连接可滑动；
步骤7：将螺杆3分别在挡板的四角内侧穿连第二挡板16、第三挡板17；
步骤8：将螺帽4固定在第二挡板16内外侧和第三挡板17内外侧的四根螺杆3上；
步骤9：钢质支撑5与第一挡板15外侧和底板14上表面焊接；
步骤10：将第一滑轨与上压板251粘接，第二滑轨与第二挡板161粘接，第三滑轨与底板14粘接，“矩形”钢质垫块8与第三挡板17粘接；
步骤11：将千斤顶12与第一挡板15内侧与第二挡板16外侧相接，且要与木材试件6中心相平；
步骤12：将螺杆3分别均匀分布在千斤顶12四周，一端与第一挡板15内侧焊接，另一端穿过第二挡板16与体积较大的“矩形”钢质垫块8焊接；
步骤13：将螺帽4固定在第二挡板16内外两侧的四根螺杆3上；
步骤14：钢质支撑5与钢质垫块8外侧和底板14上表面焊接。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种竹木材料拉-剪试验装置在试验过程中，操作简单，易于实现。可在拉力与剪力耦合的复合受力作用下，测定材料的强度变化规律。
该方法结构明晰，在试验过程中，操作简单，易于实现。可对不同纹理方向的木材试件进行加载试验，测定不同侧向拉力下的木材抗剪强度。对于剪切加载过程，本装置还可消除剪切面的正应力的影响，在试验中获得纯剪切应力状态，提供较为准确的测量值。从而能够测试拉力与剪力耦合耦合作用下木材的强度变化规律。
附图说明
图1为竹木材料拉-剪试验装置主视图。
图2为竹木材料拉-剪试验装置示意图。
图3为加载试验示意图。
具体实施方式
下面结合实施对本发明作进一步详细说明。
一种竹木材料拉-剪试验装置，包括框架装置、试件固定装置、加载装置。框架装置由钢板、钢筋、螺杆、螺帽、钢质支撑组成；试件固定装置由木材试件、“L形”钢质夹板、“矩形”钢质垫块、力传感器、柱状钢块、滑轨组合；加载装置为千斤顶和万能试验机。
所述框架装置包括钢板1、钢筋2、螺杆3、螺帽4、钢质支撑5；钢板1分为压板和挡板，上压板25和底板14，第一挡板15、第二挡板16和第三挡板17，第一挡板15与底板14焊接，第二挡板16、第三挡板17分别与底板14间用钢筋2连接可滑动；螺杆3为四根统一规格螺杆，分别在挡板的四角内侧穿连第二挡板16、第三挡板17；螺帽4固定在第二挡板16内外侧和第三挡板17内外侧的四根螺杆上；钢质支撑5与第一挡板15外侧和底板14上表面焊接。
所述试件固定装置包括木材试件6、“L形”钢质夹板7、“矩形”钢质垫块8、力传感器9、柱状钢块10、滑轨组合11；“L形”钢质夹板7分为第一夹板、第二夹板一对夹板，分别与木材试件6前后端通过螺栓连接；“矩形”钢质垫块8为第一垫块18、第二垫块19，分别与木材试件6前后端粘接；力传感器9与“矩形”第一垫块188相连；柱状钢块10分为第一钢块20、第二钢块21，分别与“L形”第一夹板和“L形”第二夹板相接；滑轨组合11分为第一滑轨组合22、第二滑轨组合23、第三滑轨组合24，第一滑轨组合22与第一钢块20相接，第二滑轨组合23与第二钢块21相接，第三滑轨组合24与力传感器9用螺栓连接。
所述加载装置中为千斤顶12、螺杆13、螺帽4、“矩形”钢质垫块8、钢质支撑5；千斤顶12与第一挡板15内侧与第二挡板16外侧相接，且要与木材试件中心相平；螺杆13为四根统一规格螺杆，分别均匀分布在千斤顶12四周，一端与第一挡板15内侧焊接，另一端穿过第二挡板16与体积较大的钢质垫块焊接；螺帽4固定在第二挡板16内外两侧的四根螺杆上；钢质支撑5与钢质垫块8外侧和底板14上表面焊接。
所述框架装置与试件固定装置连接方式，第一滑轨11与上压板25粘接，第二滑轨11与第二挡板16粘接，第三滑轨11与底板14粘接，“矩形”钢质垫块8与第三挡板17相连。
一种竹木材料拉-剪试验装置的安装方法，包括如下步骤：
步骤1：将木材试件6前后端与一对“L型”钢质夹板7用螺栓连接；
步骤2：将木材试件6左右端与一对“矩形”钢质垫块8粘接；
步骤3：将力传感器9与内侧的“矩形”第一垫块18相连；
步骤4：将第一钢块20、第二钢块21，分别与“L形”第一夹板和“L形”第二夹板的底面中心相接；
步骤5：将第一滑轨组合22与第一钢块20相接，第二滑轨组合23与第二钢块21相接，第三滑轨组合24与力传感器9用螺栓连接；
步骤6：将第一挡板15与底板14焊接，第二挡板16和第三挡板17分别与底板14间用钢筋2连接可滑动；
步骤7：将螺杆3分别在挡板的四角内侧穿连第二挡板16、第三挡板17；
步骤8：将螺帽4固定在第二挡板16内外侧和第三挡板17内外侧的四根螺杆3上；
步骤9：钢质支撑5与第一挡板15外侧和底板14上表面焊接；
步骤10：将第一滑轨与上压板25粘接，第二滑轨与第二挡板16粘接，第三滑轨与底板14粘接，“矩形”钢质垫块8与第三挡板17粘接；
步骤11：将千斤顶12与第一挡板15内侧与第二挡板16外侧相接，且要与木材试件6中心相平；
步骤12：将螺杆3分别均匀分布在千斤顶12四周，一端与第一挡板15内侧焊接，另一端穿过第二挡板16与体积较大的“矩形”钢质垫块8焊接；
步骤13：将螺帽4固定在第二挡板16内外两侧的四根螺杆3上；
步骤14：钢质支撑5与钢质垫块8外侧和底板14上表面焊接。
如图3所示：试样端部为试验机夹持部位，中间为受压、纯剪切部位，通过在LR、LT、RT面内的正应力和剪应力耦合加载试验，测定木材在拉-剪应力作用下的破坏模式、强度与变形规律，揭示其损伤机理。
本发明的工作原理：
通过千斤顶12施加不同的侧向正应力，采用万能试验机向上压板25加载，为位移加载控制，本试验宜采用手动控制方式，加载速率为2.0mm/m。需由一人严格控制千斤顶，一人控制试验机，根据有效段的应变或位移信息进行加卸载操作。

Claims (5)

1.一种竹木材料拉-剪试验装置，其特征在于，包括框架传力装置、试件固定装置、加载装置；
所述框架传力装置包括钢板(1)，所述钢板(1)分为压板和挡板，所述压板包括位于底部的水平的底板(14)，所述底板(14)上设置有竖直的第一挡板(15)、竖直的第二挡板(16)竖直的和第三挡板(17)，所述第一挡板(15)与底板(14)焊接，钢筋(2)与第二挡板(16)、第三挡板(17)平行，第二挡板(16)、第三挡板(17)分别与底板(14)间用水平的钢筋(2)滑动连接，所述第二挡板(16)、第三挡板(17)的四角内侧通过螺杆(3)连接，螺杆(3)与第二挡板(16)、第三挡板(17)垂直；
所述试件固定装置包括位于第二挡板16和第三挡板17之间的中心对称的两块“L形”钢质夹板(7)，每块所述“L形”钢质夹板(7)包括第一夹板和第二夹板，木材试件(6)前后端通过螺栓连接在两块“L形”钢质夹板(7)的第一夹板和第二夹板之间；木材试件(6)前后端端面均粘接“矩形”钢质垫块(8)，所述“矩形”钢质垫块(8)分为第一垫块(18)和第二垫块(19)，所述第一垫块(18)上连接力传感器(9)，一块“L形”钢质夹板7的顶部和另一块“L形”钢质夹板7的底部分别设置有柱状钢块(10)，所述柱状钢块(10)设置在滑轨组合(11)上；所述顶部的滑轨组合(11)上设置有上压板(25)；
所述加载装置包括千斤顶(12)，千斤顶(12)与第一挡板(15)内侧与第二挡板(16)外侧相接，且要与木材试件(6)中心相平；千斤顶(12)四周分别均匀分布螺杆(13)，螺杆(13)一端与第一挡板(15)内侧焊接，另一端穿过第二挡板(16)与“矩形”钢质垫块(8)焊接。
2.根据权利要求1所述的一种竹木材料拉-剪试验装置，其特征在于，所述螺杆(3)为四根统一规格螺杆，所述第二挡板(16)内外侧和第三挡板(17)内外侧的四根螺杆(3)上设置有螺帽(4)。
3.根据权利要求1所述的一种竹木材料拉-剪试验装置，其特征在于，所述柱状钢块(10)分别与第一夹板和第二夹板相接，柱状钢块(10)分为第一钢块(20)、第二钢块(21)，所述滑轨组合(11)分为第一滑轨组合(22)、第二滑轨组合(23)、第三滑轨组合(24)，第一滑轨组合(22)与第一钢块(20)相接，第二滑轨组合(23)与第二钢块(21)相接，第三滑轨组合(24)与力传感器(9)用螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的一种竹木材料拉-剪试验装置，其特征在于，所述钢质垫块(8)外侧和底板(14)上表面焊接钢质支撑(5)，所述第一挡板(15)外侧与底板(14)上表面焊接钢质支撑(5)。
5.基于权利要求1-4任一项所述的一种竹木材料拉-剪试验装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将木材试件(6)前后端与一对“L型”钢质夹板(7)用螺栓连接；
步骤2：将木材试件(6)左右端与一对“矩形”钢质垫块(8)粘接；
步骤3：将力传感器(9)与内侧的“矩形”第一垫块(18)相连；
步骤4：将第一钢块(20)、第二钢块(21)，分别与“L形”第一夹板和“L形”第二夹板的底面中心相接；
步骤5：将第一滑轨组合(22)与第一钢块(20)相接，第二滑轨组合(23)与第二钢块(21)相接，第三滑轨组合(24)与力传感器(9)用螺栓连接；
步骤6：将第一挡板(15)与底板(14)焊接，第二挡板(16)和第三挡板(17)分别与底板(14)间用钢筋(2)连接可滑动；
步骤7：将螺杆(3)分别在挡板的四角内侧穿连第二挡板(16)、第三挡板(17)；
步骤8：将螺帽(4)固定在第二挡板(16)内外侧和第三挡板(17)内外侧的四根螺杆(3)上；
步骤9：钢质支撑(5)与第一挡板(15)外侧和底板(14)上表面焊接；
步骤10：将第一滑轨与上压板(25)粘接，第二滑轨与第二挡板(16)粘接，第三滑轨与底板(14)粘接，“矩形”钢质垫块(8)与第三挡板(17)粘接；
步骤11：将千斤顶(12)与第一挡板(15)内侧与第二挡板(16)外侧相接，且要与木材试件(6)中心相平；
步骤12：将螺杆(3)分别均匀分布在千斤顶(12)四周，一端与第一挡板(15)内侧焊接，另一端穿过第二挡板(16)与体积较大的“矩形”钢质垫块(8)焊接；
步骤13：将螺帽(4)固定在第二挡板(16)内外两侧的四根螺杆(3)上；
步骤14：钢质支撑(5)与钢质垫块(8)外侧和底板(14)上表面焊接。
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