CN115950734A - 冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具及测试方法 - Google Patents

Abstract

冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具及测试方法，它涉及一种锚固力测试用的夹具及测试方法。本发明为了解决目前膨胀螺栓锚固力测试中，拉拔系统与膨胀螺栓不在同一条轴线上，使混凝土试样产生斜向剪切破坏，进而导致测试结果的准确性难以保证的问题。本发明能够模拟工程实际服役的边界条件，实现冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力的准确测试；混凝土试样通过试样夹具和拉头进行固定，混凝土试样在第一底板上缓慢移动，使圆螺母的外圆周面能够同轴滑入台阶式环形槽内，保证膨胀螺栓和拉头在同一条轴线上，在锚固力测试中，使膨胀螺栓所受的拉拔力垂直混凝土试样的表面，保证测量结果的准确性。本发明用于膨胀螺栓的锚固力测试。

Description

冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具及测试方法

技术领域

本发明涉及一种锚固力测试用的夹具及测试方法，具体涉及一种冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具及测试方法，属于锚固力测试技术领域。

背景技术

面板堆石坝的止水结构是大坝防渗体系重要组成部分之一，止水结构一般采用膨胀螺栓和扁钢压条将止水盖板锚固在混凝土面板和趾板上，止水结构的密封可靠性对大坝安全运行至关重要。在严寒或高寒地区修筑的面板堆石坝，冬季受水位变动影响，库区冰盖移动对大坝止水结构产生作用力，由于锚固孔内水结冰膨胀造成内部混凝土冻融破坏，降低膨胀螺栓与混凝土之间的锚固力，在冰盖的拖拽作用下将螺栓拔出产生结构破坏，将严重影响止水结构的密封可靠性。因此，准确测量冻融循环条件下膨胀螺栓在混凝土中的锚固力，能够为指导面板堆石坝止水结构抗冰冻优化设计提供基础数据支持，具有重大科学意义。

但目前在膨胀螺栓锚固力测试中，膨胀螺栓与混凝土试样在受拉拔力作用下，试验过程中存在拉拔系统与膨胀螺栓不在同一条轴线上，使混凝土试样产生斜向剪切破坏，进而导致膨胀螺栓锚固力测试的准确性难以保证。

多年来，很多技术人员进行了多种尝试，始终找不到一种合适的方法以克服上述困难。因此，针对上述技术难点提供一种全新的测试夹具和测试方法，便成了目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前膨胀螺栓锚固力测试中，拉拔系统与膨胀螺栓不在同一条轴线上，使混凝土试样产生斜向剪切破坏，进而导致测试结果的准确性难以保证的问题。进而提供一种冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具及测试方法。

本发明的技术方案是：冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具，包括试样夹具和拉头；

试样夹具包括第一连接杆、第一底板和第一顶板，第一底板和第一顶板的之间设置有与二者相连的四个螺杆，第一顶板上设置有通孔，第一连接杆的两端通过连接销分别与第一底板和力学试验机底座连接。

拉头位于试样夹具的上方，拉头包括同轴设置的第二底板、圆筒、第二顶板和第二连接杆，第二底板的中部开有孔，孔上同轴设置有台阶式环形槽，第二底板与第二顶板之间布置有与二者连接的圆筒，圆筒的外周面设置有开口，第二连接杆的一端固定在第二顶板的中部，第二连接杆的另一端通过连接销安装到力学试验机的横梁上。

本发明还提供了冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试方法，该方法具体按以下步骤进行：

一、将一侧面锚入膨胀螺栓的混凝土试样放入乳胶筒中，向乳胶筒内加水，使混凝土试样和膨胀螺栓没入水中；

二、将混凝土试样和乳胶筒放入冻融循环箱中，设置冻融循环参数，对混凝土试样进行冻融循环；

三、试样夹具安装到力学试验机的底座上，拉头安装到力学试验机的横梁上；

四、安装混凝土试样：

首先将经历预定冻融循环次数后的混凝土试样从乳胶筒内取出，

然后将混凝土试样放置在第一底板上，第一顶板放置在混凝土试样的上方，下降横梁，使膨胀螺栓穿过拉头的第二底板，

随后在膨胀螺栓的螺纹上安装圆螺母，缓慢移动放置在第一底板上的混凝土试样，与此同时，旋紧圆螺母，使圆螺母的外圆周面同轴滑入台阶式环形槽内，旋紧螺杆上的螺母，使第一顶板压紧混凝土试样，

最后缓慢上升力学试验机的横梁，对膨胀螺栓施加预拉力，使拉头、圆螺母和膨胀螺栓紧密接触；

五、膨胀螺栓锚固力试验：通过计算机控制横梁匀速上升，观察计算机中锚固力位移曲线，当锚固力出现峰值后，横梁继续进行上升，直至锚固力下降到峰值力的25％后，停止试验。

进一步地，步骤一中的乳胶筒内表面的长度和宽度与混凝土试样的长度和宽度相同，乳胶筒内表面的高度大于混凝土试样的高度。

进一步地，所述步骤四中圆螺母的外径与台阶式环形槽的内径相同。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的混凝土试样1在第一底板2-2上缓慢移动，使圆螺母3-5的外圆周面能够同轴滑入台阶式环形槽3-1-1内，保证膨胀螺栓1-1和拉头3在同一条轴线上，在锚固力测试中，使膨胀螺栓1-1所受的拉拔力垂直混凝土试样1的表面，保证测量结果的准确性。

2、本发明的结构简单，操作方便，能够模拟工程实际服役的边界条件，实现冻融循环条件下膨胀螺栓1-1锚固力的准确测试；混凝土试样1通过试样夹具2和拉头3进行固定，使膨胀螺栓1-1与混凝土试样1沿垂直方向产生相对位移，减小了试验误差，提高了锚固力测量的准确性与可信度，为寒区面板堆石坝抗冰冻优化设计提供可靠的基础试验数据。

附图说明

图1为本发明混凝土试样1、试样夹具2和拉头3连接的示意图，图中箭头表示在第一底板2-2上缓慢移动混凝土试样1的方向；

图2为本发明拉头3的剖视图；

图3为本发明混凝土试样1冻融循环的示意图；

图4为本发明进行膨胀螺栓锚1-1固力试验的示意图；

图5是图4中Ⅰ处的局部放大图。

图中：1、混凝土试样，1-1、膨胀螺栓，1-2、乳胶筒，2、试样夹具，2-1、第一连接杆，2-2、第一底板，2-3、螺杆，2-4、第一顶板，2-4-1、通孔，3、拉头，3-1、第二底板，3-1-1、台阶式环形槽，3-2、圆筒，3-2-1、开口，3-3、第二顶板，3-4、第二连接杆，3-5、圆螺母，4、力学试验机，4-1、横梁。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具包括试样夹具2和拉头3；试样夹具2包括第一连接杆2-1、第一底板2-2和第一顶板2-4，第一底板2-2和第一顶板2-4的之间设置有与二者相连的四个螺杆2-3，第一顶板2-4上设置有通孔2-4-1，第一连接杆2-1的两端通过连接销分别与第一底板2-2和力学试验机底座连接。

拉头3位于试样夹具2的上方，拉头3包括同轴设置的第二底板3-1、圆筒3-2、第二顶板3-3和第二连接杆3-4，第二底板3-1的中部开有孔，孔上同轴设置有台阶式环形槽3-1-1，第二底板3-1与第二顶板3-3之间布置有与二者连接的圆筒3-2，圆筒3-2的外周面设置有开口3-2-1，第二连接杆3-4的一端固定在第二顶板3-3的中部，第二连接杆3-4的另一端通过连接销安装到力学试验机的横梁4-1上。

本实施方式中混凝土试样1放置在第一底板2-2上，第一顶板2-4放置在混凝土试样1的上方，且膨胀螺栓1-1的端部穿过第一顶板2-4的通孔2-4-1。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的试样夹具2和拉头3的材质为不锈钢。如此设置，强度高、耐腐蚀，延长使用寿命。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试方法，按以下步骤进行：

一、将一侧面锚入膨胀螺栓1-1的混凝土试样1放入乳胶筒1-2中，向乳胶筒1-2内加水，使混凝土试样1和膨胀螺栓1-1没入水中；

二、将混凝土试样1和乳胶筒1-2放入冻融循环箱中，设置冻融循环参数，对混凝土试样1进行冻融循环；

三、试样夹具2安装到力学试验机的底座上，拉头3安装到力学试验机的横梁上；

四、安装混凝土试样1：

首先将经历预定冻融循环次数后的混凝土试样1从乳胶筒1-2内取出，

然后将混凝土试样1放置在第一底板2-2上，第一顶板2-4放置在混凝土试样1的上方，下降横梁4-1，使膨胀螺栓1-1穿过拉头3的第二底板3-1，

随后在膨胀螺栓1-1的螺纹上安装圆螺母3-5，缓慢移动放置在第一底板2-2上的混凝土试样1，与此同时，旋紧圆螺母3-5，使圆螺母3-5的外圆周面同轴滑入台阶式环形槽3-1-1内，旋紧螺杆2-3上的螺母，使第一顶板2-4压紧混凝土试样1，

最后缓慢上升力学试验机的横梁4-1，对膨胀螺栓1-1施加预拉力，使拉头3、圆螺母3-5和膨胀螺栓1-1紧密接触；

五、膨胀螺栓锚固力试验：通过计算机控制横梁4-1匀速上升，观察计算机中锚固力-位移曲线，当锚固力出现峰值后，横梁4-1继续进行上升，直至锚固力下降到峰值力的25％后，停止试验。

其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

本实施方式中冻融循环温度选取-35℃～35℃。如此设置，符合严寒或高寒地区苛刻的气候条件，为测试结果的准确性提供保障。

本实施方式中冻融循环次数选取0～200次，优选地，选用0次、50次、100次、150次和200次。如此设置，便于测试不同冻融循环次数下膨胀螺栓1-1的锚固力，便于后续分析冻融循环次数的增加对锚固力的影响。

具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中乳胶筒1-2内表面的长度和宽度与混凝土试样1的长度和宽度相同，乳胶筒1-2内表面的高度大于混凝土试样1的高度。如此设置，具有弹性的乳胶筒1-2内壁与混凝土试样1紧密贴合，乳胶筒1-2内加的水只存在于混凝土试样1锚固面的上方，并且混凝土试样1上方的水在每次冻融后会对锚固孔进行补充水，能够更真实地模拟出在冻融循环条件影响下，锚固孔内的水结冰膨胀，造成锚固孔内部混凝土冻融破坏的实际情况。其他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、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的步骤四中圆螺母3-5的外径与台阶式环形槽3-1-1的内径公称尺寸相同。

本实施方式中选择M10的膨胀螺栓1-1，圆螺母3-5的外圆直径为30mm。优选地，圆螺母3-5的外径与台阶式环形槽3-1-1的内径的间隙为0.06～0.08mm，且二者同轴配合后，圆螺母3-5的端面与台阶式环形槽3-1-1轴线的垂直度误差不大于0.06mm。如此设置，保证圆螺母3-5能够与台阶式环形槽3-1-1同轴布置，进而保证膨胀螺栓1-1的轴线和拉头3的轴线重合，为测试结果的准确性提供保障。其他组成及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4至图5说明本实施方式，本实施方式的步骤四中预拉力为0.1kN。如此设置，保证拉头3、圆螺母3-5和膨胀螺栓1-1紧密接触，避免三者之间存在间隙，导致测试结果不准确。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图4说明本实施方式，本实施方式的步骤五中横梁4-1的上升速度为2mm/min。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

下面参照附图对本发明的具体实施例做进一步的描述：

实施例1：结合图1至图5说明本实施例，

首先将经历预定冻融循环次数后的混凝土试样1从乳胶筒1-2内取出；

然后将混凝土试样1放置在第一底板2-2上，第一顶板2-4放置在混凝土试样1的上方，下降横梁4-1，使膨胀螺栓1-1穿过拉头3的第二底板3-1(如图1所示)；

随后在膨胀螺栓1-1的螺纹上安装圆螺母3-5；按图1箭头所示，缓慢移动放置在第一底板2-2上的混凝土试样1，与此同时，旋紧圆螺母3-5，使圆螺母3-5的外圆周面同轴滑入台阶式环形槽3-1-1内(如图5所示)；旋紧螺杆2-3上的螺母，使第一顶板2-4压紧混凝土试样1；

最后缓慢上升力学试验机的横梁4-1，对膨胀螺栓1-1施加预拉力，使拉头3、圆螺母3-5和膨胀螺栓1-1紧密接触；

通过计算机控制横梁4-1匀速上升，观察计算机中锚固力-位移曲线，当锚固力出现峰值后，横梁4-1继续进行上升，直至锚固力下降到峰值力的25％后，停止试验。

在本实施例中，膨胀螺栓1-1所受的拉拔力垂直混凝土试样1的表面，能够模拟工程实际服役的边界条件，实现冻融循环条件下膨胀螺栓1-1锚固力的准确测试。混凝土试样1通过试样夹具2和拉头3进行固定，使膨胀螺栓1-1与混凝土试样1沿垂直方向产生相对位移，减小了试验误差，提高了锚固力测量的准确性与可信度，为寒区面板堆石坝的止水结构抗冰冻优化设计提供可靠的基础试验数据。

工作原理

试样夹具2安装到力学试验机的底座上，拉头3安装到力学试验机的横梁上；下降横梁4-1，使膨胀螺栓1-1穿过拉头3的第二底板3-1，且第二底板3-1的一侧面同轴设置有台阶式环形槽3-1-1，在膨胀螺栓1-1的螺纹上安装圆螺母3-5；

按图1所示，缓慢移动放置在第一底板2-2上的混凝土试样1，与此同时，旋紧圆螺母3-5，使圆螺母3-5的外圆周面同轴滑入台阶式环形槽3-1-1内，旋紧螺杆2-3上的螺母，使第一顶板2-4压紧混凝土试样1，进行锚固力测试。

本发明已以较佳实施方式揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业技术人员，未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (7)

1.冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具，其特征在于：包括试样夹具(2)和拉头(3)，

所述试样夹具(2)包括第一连接杆(2-1)、第一底板(2-2)和第一顶板(2-4)，所述第一底板(2-2)和第一顶板(2-4)的之间设置有与二者相连的四个螺杆(2-3)，所述第一顶板(2-4)上设置有通孔(2-4-1)，所述第一连接杆(2-1)的两端通过连接销分别与第一底板(2-2)和力学试验机底座连接；

所述拉头(3)位于试样夹具(2)的上方，拉头(3)包括同轴设置的第二底板(3-1)、圆筒(3-2)、第二顶板(3-3)和第二连接杆(3-4)，所述第二底板(3-1)的中部开有孔，孔上同轴设置有台阶式环形槽(3-1-1)，第二底板(3-1)与第二顶板(3-3)之间布置有与二者连接的圆筒(3-2)，圆筒(3-2)的外周面设置有开口(3-2-1)，第二连接杆(3-4)的一端固定在第二顶板(3-3)的中部，第二连接杆(3-4)的另一端通过连接销安装到力学试验机的横梁(4-1)上。

2.根据权利要求1所述的冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试用的夹具，其特征在于，所述试样夹具(2)和拉头(3)的材质为不锈钢。

3.一种使用权利要求1至2中任意一项权利要求所述的冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试方法，其特征在于：该方法具体按以下步骤进行：

一、将一侧面锚入膨胀螺栓(1-1)的混凝土试样(1)放入乳胶筒(1-2)中，向乳胶筒(1-2)内加水，使混凝土试样(1)和膨胀螺栓(1-1)没入水中；

二、将混凝土试样(1)和乳胶筒(1-2)放入冻融循环箱中，设置冻融循环参数，对混凝土试样(1)进行冻融循环；

三、试样夹具(2)安装到力学试验机的底座上，拉头(3)安装到力学试验机的横梁上；

四、安装混凝土试样(1)：

首先将经历预定冻融循环次数后的混凝土试样(1)从乳胶筒(1-2)内取出，

然后将混凝土试样(1)放置在第一底板(2-2)上，第一顶板(2-4)放置在混凝土试样(1)的上方，试样夹具(2)内，下降横梁(4-1)，使膨胀螺栓(1-1)穿过拉头(3)的第二底板(3-1)，

随后在膨胀螺栓(1-1)的螺纹上安装圆螺母(3-5)，缓慢移动放置在第一底板(2-2)上的混凝土试样(1)，与此同时，旋紧圆螺母(3-5)，使圆螺母(3-5)的外圆周面同轴滑入台阶式环形槽(3-1-1)内，旋紧螺杆(2-3)上的螺母，使第一顶板(2-4)压紧混凝土试样(1)，

最后缓慢上升力学试验机的横梁(4-1)，对膨胀螺栓(1-1)施加预拉力，使拉头(3)、圆螺母(3-5)和膨胀螺栓(1-1)紧密接触；

五、膨胀螺栓锚固力试验：通过计算机控制横梁(4-1)匀速上升，观察计算机中锚固力-位移曲线，当锚固力出现峰值后，横梁(4-1)继续进行上升，直至锚固力下降到峰值力的25％后，停止试验。

4.根据权利要求3所述的冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试方法，其特征在于，所述步骤一中的乳胶筒(1-2)内表面的长度和宽度与混凝土试样(1)的长度和宽度相同，乳胶筒(1-2)内表面的高度大于混凝土试样(1)的高度。

5.根据权利要求3所述的冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试方法，其特征在于，所述步骤四中圆螺母(3-5)的外径与台阶式环形槽(3-1-1)的内径公称尺寸相同。

6.根据权利要求3所述的冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试方法，其特征在于，所述步骤四中的预拉力为0.1kN。

7.根据权利要求3所述的冻融循环条件下膨胀螺栓锚固力测试方法，其特征在于，所述步骤五中横梁(4-1)的上升速度为2mm/min。

Images