CN116558971A - 装配式预应力筋断裂试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程技术领域，具体地指一种装配式预应力筋断裂试验装置及试验方法。包括试验块体、张拉结构、张拉槽块体、标准块体、防护结构和监测结构，试验块体是用于模拟待试验预应力筋使用环境的钢筋混凝土块体；张拉结构用于对预应力筋施加张拉作用力的施力结构；张拉槽块体是与张拉结构连接的钢筋混凝土块体；多个标准块体固定在试验块体与张拉槽块体之间形成与预应力钢筋长度适配的钢筋混凝土试验体；防护结构设置于钢筋混凝土试验体的两端；监测结构用于对试验过程中的振动、损伤和飞溅情况进行监测；本申请的试验装置结构简单，操作使用方便，降低了混凝土模型的制作难度和制作成本，试验的安全性和准确性得到了极大的提升。

Description

装配式预应力筋断裂试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体地指一种装配式预应力筋断裂试验装置及试验方法。

背景技术

精轧螺纹钢筋作为工程上常用的预应力钢筋在工程行业应用非常广泛，例如用作斜拉桥主塔斜拉索锚固区的抗裂锚固、用作连续梁桥箱梁竖向预应力钢筋可提高箱梁的竖向抗剪能力，其用途虽广，然而在施工和使用期易断裂。断裂后，其会冲破封锚构造弹出，掉落的话危害很大。

为了防止精轧螺纹钢断裂后造成次生灾害，需研究其防护措施。如专利号为“CN202011125104.7”的名为“斜拉桥索塔锚固区预应力钢筋冲击防护试验装置及方法”中国发明专利，该专利介绍的试验装置属于斜拉桥冲击防护试验技术领域，包括加载装置、混凝土模型、张拉机构、张拉台座、高速摄像机和采集仪，张拉台座以半包围形式分布于混凝土模型侧壁上，且张拉台座上安装有多个张拉机构和加载装置，多个张拉机构的延长线呈纵横分布并与混凝土模型相连接，混凝土模型的斜上方设置有高速摄像机，高速摄像机、张拉机构和加载装置均电性连接有采集仪。该专利介绍的试验装置能够完成预应力钢筋的冲击防护试验，可以为预应力钢筋的选型提供良好的理论基础。但是这种试验装置存在较多的问题，这种试验装置是根据索塔锚固区的结构制作特定的模型，而该试验为破坏性试验，制作的模型为一次性构件，单个模型只适应特定的试验对象，而实际中不同的桥塔、不同的箱梁、不同的抗浮锚杆和不同的风电钢塔筒等尺寸都不一样，其对应的预应力钢筋长短不一，断裂位置不一，整个防护试验经济性差，而且非常不环保。尤其是对于桥梁结构，尺寸大，安装拆除也是一笔不小的费用。因此急需一种可重复使用、绿色环保的预应力钢筋防护试验方法和系统。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种装配式预应力筋断裂试验装置及试验方法。

本发明的技术方案为：一种装配式预应力筋断裂试验装置，包括，

试验块体，所述试验块体是用于模拟待试验预应力筋使用环境的钢筋混凝土块体，试验块体上开设有供预应力筋穿过并且与预应力筋一端固连的第一通孔；

张拉结构，所述张拉结构是与预应力筋的另一端连接用于对预应力筋施加张拉作用力的施力结构；

张拉槽块体，所述张拉槽块体是与张拉结构连接的钢筋混凝土块体，张拉槽块体上开设有多个供预应力筋穿过的第二通孔；

多个标准块体，所述多个标准块体固定在试验块体与张拉槽块体之间形成与预应力钢筋长度适配的钢筋混凝土试验体，标准块体上开设有多个供预应力钢筋穿过的第三通孔；

防护结构，所述防护结构设置于钢筋混凝土试验体的两端，用于阻拦试验过程中产生的飞溅碎片；

监测结构，所述监测结构用于对试验过程中的振动、损伤和飞溅情况进行监测；

所述第一通孔、第二通孔和第三通孔在预应力长度方向上一一对应且连通。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述监测结构包括，

内部损伤传感器，所述内部损伤传感器包括浇筑于试验块体、标准块体和张拉槽块体内的线状传感器；浇筑于单个块体内的线状传感器包括多根沿水平方向垂直预应力筋的纵向部分以及连接相邻纵向部分的横向部分；

连接节点，所述连接节点设置于相邻块体之间，用于将从相邻块体内伸出的纵向部分的端部连接起来。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述监测结构包括，

多个外部振动传感器，所述多个外部振动传感器设置于标准块体的上端，包括至少一个设置于邻接试验块体的标准块体上的外部振动传感器、至少一个设置于相邻标准块体接缝处上端的外部振动传感器。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述监测结构包括，

多个内部振动传感器，所述多个内部振动传感器浇筑于标准块体内，包括至少一个设置于邻接试验块体的标准块体内的内部振动传感器、至少一个设置于相邻标准块体接缝内的内部振动传感器。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述外部振动传感器与内部振动传感器在竖向方向上重叠布置。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述监测结构还包括，

高速摄像机，所述高速摄像机位于试验块体与靠近试验块体一侧的防护结构之间，用于对试验过程中的飞溅情况进行监测。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述防护结构包括，

两组挡板，所述两组挡板分置于试验块体远离标准块体一侧和张拉槽块体远离标准块体一侧；

防护沙袋，所述防护沙袋堆叠在挡板面向标准块体的一侧。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述防护结构包括，

防护板，所述防护板粘贴固定在试验块体外侧正对第一通孔的部位上；

防护片，所述防护片粘贴固定在试验块体远离标准块体的一侧端面上。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述张拉结构包括，

支架，所述支架设置于张拉槽块体和靠近张拉槽块体一侧的防护结构之间；

张拉千斤顶，所述张拉千斤顶安装在支架上，与张拉槽块体上的第二通孔一一对应。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述相邻试验块体、标准块体和张拉槽块体之间通过弧形螺栓固定为一体。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验装置，所述相邻试验块体、标准块体和张拉槽块体的邻接端面上设置有相互咬合的凸台和凹槽；所述凸台和凹槽之间设置有防振橡胶。

本申请还提供一种装配式预应力筋断裂试验方法，所述试验方法采用上述的一种装配式预应力筋断裂试验装置进行，按照以下步骤进行：

S1、根据预应力筋的长度，选择合适数量的标准块体；

S2、按照试验要求，浇筑试验块体，待试验块体养护完成后在试验块体上进行断裂防护加固；

S3、将试验块体、标准块体和张拉槽块体组合安装成钢筋混凝土试验体；

S4、在钢筋混凝土试验体的两端布置防护结构，安装张拉结构，布置监测结构；

S5、启动张拉结构进行预应力筋的张拉断裂试验，监测结构记录试验数据；

S6、试验完成后，拆除破坏掉的试验块体，按照上述步骤进行下一预应力筋的断裂试验。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验方法，所述步骤S2中，待试验块体养护完成后在试验块体上进行断裂防护加固的方法包括：在试验块体远离标准块体的一侧对应第一通孔的位置粘贴防护板，在试验块体远离标准块体的一侧粘贴防护片。

根据本申请提供的一种装配式预应力筋断裂试验方法，所述步骤S4中，布置监测结构的方法包括：在试验块体、标准块体和张拉槽块体浇筑过程中，于块体内部预埋用于监测内部损伤情况的线状传感器，在邻近试验块体的标准块体的内部和相邻两块标准块体之间的接缝处内部预埋用于监测内部振动情况的内部振动传感器，在邻近试验块体的标准块体的上端和相邻两块标准块体之间的接缝处上端预埋用于监测外部振动情况的外部振动传感器，待试验块体、标准块体和张拉槽块体组装完成后，使用连接节点将相邻块体之间的线状传感器连接起来。

本申请的优点有：1、本申请的试验装置通过试验块体、标准块体和张拉槽块体形成试验用的钢筋混凝土块体，可以根据预应力筋的长度进行相应的调整组合，试验过程中，只有试验块体会发生损坏，标准块体和张拉槽块体能够重复利用，减小了试验模型制作的难度和成本，通过设置专用的防护结构能够起到良好的防护效果，整个试验非常的经济环保，监测结构可以准确监测到试验过程中振动、损伤和飞溅情况，便于对预应力筋断裂试验进行准确的分析；

2、本申请的监测结构包括内部损伤传感器，内部损伤传感器浇筑于块体内部，能够准确获取块体内部的损伤情况，而且本申请的线状传感器在块体外侧留有连接节点，通过连接节点能够方便的将块体内部的线状传感器串联为一体，安装方式简单，使用方便；

3、本申请在标准块体上设置有外部振动传感器，外部振动传感器用于从外部监测整个试验过程中的振动情况，外部振动传感器安装在标准块体上可以重复利用，不易损坏，可准确获取试验过程中外部振动情况，为准确分析预应力筋断裂试验提供良好的数据支撑；

4、本申请在标准块体内部设置有内部振动传感器，内部振动传感器用于从内部监测标准块体的振动情况，标准块体不易损坏，内部振动传感器可长时间重复使用，便于准确获取试验过程中内部振动情况，配合外部振动传感器，可以准确分析出预应力筋断裂试验的振动情况；

5、本申请的外部振动传感器和内部振动传感器在竖向方向上重叠布置，在预应力筋的长度方向上，两者相当于处于同一位置上，分别采集试验过程中外部振动和内部振动信号，然后一一对应起来进行分析，可以进行相互验证，分析结果更为准确；

6、本申请在试验块体一侧设置高速摄像机，高速摄像机用于捕捉预应力筋断裂过程中的飞溅碎片情况，可以对预应力筋的断裂情况进行很好的分析；

7、本申请的防护结构包括挡板和防护沙袋，位于钢筋混凝土块体的两端位置，即处于预应力筋长度方向的两端，能够有效对试验过程中产生的飞溅碎片进行阻拦，避免出现安全事故问题，且防护结构安装布置简单，可重复利用；

8、本申请的防护结构还包括安装在试验块体上的防护板和防护片，防护板和防护片为碳纤维材质，可以起到一定的拦截作用，另外也可以通过防护板和防护片的破坏情况对预应力筋断裂情况进行分析；

9、本申请的张拉结构非常的简单，通过张拉千斤顶对预应力筋施加沿长度方向的张拉力，即可完成预应力筋断裂试验，整个结构安装操作极为方便；

10、本申请是通过弯折的弧形螺栓将相邻块体连接为一体，这种连接方式简单，弧形螺栓处于块体内部，试验过程中，即便发生破坏的情况，弧形螺栓也不会向四周飞溅，安全性更高；

11、本申请在相邻块体之间设置凸台和凹槽进行相互咬合，方便相邻块体的连接，另外在凸台和凹槽之间增加防振橡胶，也能够对标准块体和张拉槽块体进行保护，避免试验过程中产生的振动力对其产生损坏；

12、本申请的试验方法极为简单，每次试验只用制作出对应预应力筋端部的小块试验块体即可，整个试验模型的大部分块体结构是可以反复且重复利用，整个试验方法的试验成本得到了大幅度的降低，试验难度也得到了降低，试验更易进行，试验的准确性也得到了保障；

13、本申请通过在试验块体上粘贴固定防护板和防护片，既可以对试验过程中产生的飞溅碎片进行拦截，又可以在试验完成后对防护片和防护板的破坏情况对预应力筋断裂进行分析；

14、本申请在钢筋混凝土块体上布置多种监测结构，包括用于监测钢筋混凝土块体内部振动、外部振动、内部损伤的传感器，通过这些监测设备，能够为预应力筋断裂试验进行准确的数据分析，可以对预应力筋断裂情况进行定量分析，为预应力筋选型等提供良好的理论支撑。

本申请的试验装置结构简单，操作使用方便，降低了混凝土模型的制作难度和制作成本，试验的安全性和准确性得到了极大的提升，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本申请试验装置的结构示意图(侧视视向)；

图2：本申请试验装置的结构示意图(俯视视向)；

图3：本申请相邻块体之间凸台与凹槽的结构示意图；

图4：本申请防振橡胶布置结构示意图；

其中：1—试验块体；2—张拉槽块体；3—标准块体；4—内部损伤传感器；5—连接节点；6—外部振动传感器；7—内部振动传感器；8—高速摄像机；9—挡板；10—防护沙袋；11—支架；12—张拉千斤顶；13—凸台；14—凹槽；15—防振橡胶；16—防护板；17—防护片；18—弧形螺栓。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等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发明和简化描述，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发明的限制。

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”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本申请涉及到一种装配式预应力筋断裂试验装置以及相应的试验方法，本申请的试验装置相较于现有的预应力筋断裂试验装置来说，本申请的试验装置在钢筋混凝土模型的制作上进行了简化，本申请的试验装置仅仅只需要制作出待试验预应力筋端部处连接的钢筋混凝土块体即可进行完整的断裂试验，钢筋混凝土模型的制作难度和成本得到了极大程度的降低，整个试验更易进行。

具体的，如图1～2所示，本申请的试验装置包括试验块体1、张拉结构、张拉槽块体2、多个标准块体3、防护结构和监测结构，其中试验块体1是用于模拟待试验预应力筋使用环境的钢筋混凝土块体，试验块体1是根据预应力筋实际使用环境下的钢筋混凝土标准进行制作成型的，试验块体1上开设有供预应力筋穿过并且与预应力筋一端固连的第一通孔，试验块体1只与预应力筋端部位置进行连接，试验过程中，试验块体1会被破坏掉，因此每次试验都需要单独制作出与预应力筋对应的试验块体1。

张拉结构是与预应力筋的另一端连接用于对预应力筋施加张拉作用力的施力结构，张拉结构处于预应力筋的另一端，沿预应力筋长度方向对预应力筋施加张拉作用力，完成预应力筋的断裂试验。

张拉槽块体2是与张拉结构连接的钢筋混凝土块体，张拉槽块体2上开设有多个供预应力筋穿过的第二通孔，张拉槽块体2与张拉结构连接，张拉结构对预应力筋施加张拉作用力，同时会对张拉槽块体2施加方向的挤压作用力，张拉槽块体2是永久结构，不易损坏。

多个标准块体3固定在试验块体1与张拉槽块体2之间形成与预应力钢筋长度适配的钢筋混凝土试验体，标准块体3上开设有多个供预应力钢筋穿过的第三通孔。标准块体3的数量可以根据预应力筋的长度进行选择，要求最后试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2形成的钢筋混凝土试验体的长度与预应力筋的长度相当。标准块体3也是永久结构，实际试验过程中很少被损坏，即使出现损坏，也可以快速更换。标准块体3规格尺寸统一，方便调配。

防护结构设置于钢筋混凝土试验体的两端，用于阻拦试验过程中产生的飞溅碎片。试验过程中，预应力筋断裂和试验块体1破坏产生的碎片往往会沿预应力筋长度方向向远离张拉结构一侧飞溅，为避免飞溅碎片伤人或者是损伤周边物体，本申请设置防护结构对这些碎片进行防护。

监测结构用于对试验过程中的振动、损伤和飞溅情况进行监测，试验过程中，需要对预应力筋断裂试验的情况进行监测，为后续精确定量分析预应力筋断裂情况提供数据支撑。

第一通孔、第二通孔和第三通孔在预应力长度方向上一一对应且连通，预应力筋穿设于第一通孔、第二通孔和第三通孔内进行试验。

具体试验时，可以按照以下步骤进行：S1、根据预应力筋的长度，选择合适数量的标准块体3；

S2、按照试验要求，浇筑试验块体1，实际上就是根据待试验的预应力筋使用环境特性，浇筑相同规格的钢筋混凝土块体；待试验块体1养护完成后在试验块体1上进行断裂防护加固，断裂防护加固主要是防止预应力筋断裂时产生的碎片飞溅；

S3、将试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2组合安装成钢筋混凝土试验体，试验块体1处于预应力筋的一端，张拉槽块体2处于预应力筋的另一端，在中间填充标准块体3，然后将这些块体相互连接为整体结构，确保第一通孔、第二通孔和第三通孔在预应力筋的长度方向上是一一对齐的，然后将预应力筋穿过第一通孔、第二通孔和第三通孔，将预应力筋一端与第一通孔固定连接；

S4、在钢筋混凝土试验体的两端布置防护结构，安装张拉结构，将预应力筋的另一端与张拉结构进行连接，布置监测结构；

S5、启动张拉结构进行预应力筋的张拉断裂试验，监测结构记录试验数据；

S6、试验完成后，拆除破坏掉的试验块体1，按照上述步骤进行下一预应力筋的断裂试验。

在本申请的一些实施例中，本实施例对上述的监测结构进行了优化，本实施例的监测结构用于监测多个项目，包括钢筋混凝土块体的内部振动情况、外部振动情况和内部损伤情况以及预应力筋断裂碎片飞溅的情况，这些监测项目可以根据实际需求进行选配，也可多种组合形成多通道监测结构。

具体的监测结构包括内部损伤传感器4，如图1～2所示，内部损伤传感器4包括浇筑于试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2内的线状传感器，线状传感器是用于监测上述块体内部的损伤情况，线状传感器是在上述块体浇筑制造时提前预埋在块体内的传感器，其中试验块体1因为会被破坏掉，因此需要每次试验进行更换，标准块3和张拉槽块体2不易损坏，里面的线状传感器是长期使用的。实际使用时，需要将所有块体的线状传感器串联为一体，本实施例在相邻块体之间设置连接节点5。

如图1～2所示，浇筑于单个块体内的线状传感器包括多根沿水平方向垂直预应力筋的纵向部分以及连接相邻纵向部分的横向部分，单个块体内的线状传感器是按照U型或者是S型或者是Z型的方式进行布置，块体的损伤主要是垂直预应力筋的长度方向产生的，因此需要确保纵向部分能够能够大致在垂直预应力的纵向方向上覆盖块体，这样能够准确获悉试验过程中块体内部的损伤情况。连接节点5设置于相邻块体之间，用于将从相邻块体内伸出的纵向部分的端部连接起来。

另外，监测结构还包括多个外部振动传感器6，如图1～2所示多个外部振动传感器6设置于标准块体3的上端，包括至少一个设置于邻接试验块体1的标准块体3上的外部振动传感器6、至少一个设置于相邻标准块体3接缝处上端的外部振动传感器6。

本实施例是在标准块体3上端面布置有两个外部振动传感器6，外部振动传感器6布置在标准块体3的上表面，标准块体3不易损坏，外部振动传感器6可以反复使用。且一个外部振动传感器6处于邻接试验块体1的标准块体3上，可以直接获得试验块体1的外部振动情况，一个外部振动传感器6处于相邻标准块体3之间的接缝处，可以获得接缝位置的外部振动情况，可以对两种振动情况进行比较分析，以便于获得准确的预应力筋断裂试验过程中的外部振动情况。

监测结构还包括多个内部振动传感器7，如图1～2所示，多个内部振动传感器7浇筑于标准块体3内，包括至少一个设置于邻接试验块体1的标准块体3内的内部振动传感器7、至少一个设置于相邻标准块体3接缝内的内部振动传感器7。

本实施例在标准块体3的内部布置内部振动传感器7，同样的道理，标准块体3不易损坏，内部振动传感器7可以反复使用，试验成本得到了降低。一个内部振动传感器7处于邻接试验块体1的标准块体3内部，该内部振动传感器7可以获得较为准确的试验块体1内的振动情况，另一个内部振动传感器7处于相邻标准块体3之间的接缝处内部，可以获得试验过程中相邻块体之间的内部振动情况，两相对照分析，就可以获得准确的预应力筋断裂试验过程中的内部振动情况。

实际上，本实施例的外部振动传感器6与内部振动传感器7是一一对应的，外部振动传感器6与内部振动传感器7在竖向方向上重叠布置。可以将预应力筋同一长度位置上的外部振动传感器6与内部振动传感器7作为一组进行数据分析，两两比较，就可以获得准确的结果。

再者，本实施例的监测结构还包括高速摄像机8，如图2所示，高速摄像机8位于试验块体1与靠近试验块体1一侧的防护结构之间，用于对试验过程中的飞溅情况进行监测。

预应力筋断裂试验过程中，预应力筋断裂和试验块体1破坏产生的碎片主要向远离标准块体3一侧飞溅，通过在此位置安装高速摄像机8对飞溅碎片进行拍摄，方便后续对预应力筋断裂试验进行分析。

在本申请的另一些实施例中，本实施例对上述的防护结构进行了优化，如图1～2所示，防护结构包括两组挡板9和防护沙袋10，其中两组挡板9分置于试验块体1远离标准块体3一侧和张拉槽块体2远离标准块体3一侧，防护沙袋10堆叠在挡板9面向标准块体3的一侧。正如上文所述，预应力筋断裂试验产生的碎片主要是沿预应筋长度方向向远离标准块体3一侧飞溅，因此需要在试验块体1远离标准块体3一侧布置防护结构，另外张拉结构一侧是施力单元，试验过程中，也可能会产生断裂飞溅的问题，为了避免出现安全事故，因此在张拉槽块体2远离标准块体3的一侧也设置防护结构。

另外，本实施例的防护结构还包括防护板16和防护片17，防护板16和防护片17是碳纤维材质的片状结构，其中防护板16粘贴固定在试验块体1外侧正对第一通孔的部位上，防护片17粘贴固定在试验块体1远离标准块体3的一侧端面上。

防护板16和防护片17的设置一方面是可以拦截预应力断裂和试验块体1破坏产生的碎片，另一方面是试验完成后，观察防护板16和防护片17可以对碎片飞溅情况进行分析，比如通过观察防护板16和防护片17的鼓起程度或是破损情况判断碎片飞溅的方向和力度。

在本申请的进一步实施例中，本实施例对上述的张拉结构进行了优化，具体的，如图1～2所示，张拉结构包括支架11和张拉千斤顶12，支架11设置于张拉槽块体2和靠近张拉槽块体2一侧的防护结构之间，张拉千斤顶12安装在支架11上，与张拉槽块体2上的第二通孔一一对应。

张拉千斤顶12与待试验的预应力筋一一对应，本实施例的试验块体1上设置有多个第一通孔，多个第一通孔与预应力筋一一对应，每一个第一通孔内可以进行一条预应力筋的断裂试验，如图2所示，本实施例的第一通孔包括三组，中间一组为大直径孔洞，可以用来进行大吨位杆件的张拉试验，例如多束钢绞线，大直径合金预应力杆件；两侧各有一组，用于常规预应力筋的断裂试验。

在本申请的优选实施例中，本实施例对上述块体的连接结构进行了优化，如图1～2所示，相邻试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2之间通过弧形螺栓18固定为一体。本实施例的试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2相互之间的连接端面是平直的长方形端面，本实施例在相邻块体的连接端面位置开始有连接通孔，使用时，待相邻块体贴合在一起后，连接端面上的连接通孔是相互对应的，利用弧形螺栓18穿过连接在一起的连接通孔，拧紧螺栓即可将相邻块体连接为一体。每一个连接端面处设置有一组弧形螺栓18，也就是说，将相邻块体连接为一体需要四组弧形螺栓18，四组弧形螺栓18分置于连接端面的四角位置。弧形螺栓18安装完成后，是处于块体内的结构，试验过程中，即便是出现损坏也不会向外飞溅，试验的安全性得到了保障。

为了方便相邻块体的连接，本实施例在相邻试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2的邻接端面上设置有相互咬合的凸台13和凹槽14，如图3和4所示，凸台13和凹槽14之间设置有防振橡胶15。

安装时，将相邻块体的凸台13和凹槽14对齐，然后卡接在一起，即可完成相邻块体的初步连接。防振橡胶15挤压在凸台13和凹槽14之间。

实际试验时，根据预应力筋的长度，选择合适数量的标准块体3，然后根据预应力筋端部使用环境浇筑出相同规格的钢筋混凝土块体，即试验块体1，待试验块体1养护完成后在试验块体1上进行断裂防护加固，具体为在试验块体1远离标准块体3的一侧对应第一通孔的位置粘贴防护板16，在试验块体1远离标准块体3的一侧粘贴防护片17；

然后将试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2拼接组装在一起，将相邻块体的凸台13和凹槽14对齐，卡接在一起，再在相邻块体的连接端面处的连接通孔内穿插弧形螺栓18，拧紧螺母，将试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2连接成符合预应力筋长度要求的钢筋混凝土块体；

此时，钢筋混凝土块体上的第一通孔、第二通孔和第三通孔对齐，向所需试验位置的通孔内穿插预应力筋，将预应力筋一端与试验块体1进行固定，预应力筋的另一端穿过钢筋混凝土块体延伸至张拉结构一侧，然后将其与对应位置的张拉千斤顶12进行连接；

在试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2浇筑过程中，于块体内部预埋用于监测内部损伤情况的线状传感器，在邻近试验块体1的标准块体3的内部和相邻两块标准块体3之间的接缝处内部预埋用于监测内部振动情况的内部振动传感器7，在邻近试验块体1的标准块体3的上端和相邻两块标准块体3之间的接缝处上端预埋用于监测外部振动情况的外部振动传感器6，待试验块体1、标准块体3和张拉槽块体2组装完成后，使用连接节点5将相邻块体之间的线状传感器连接起来，在试验块体1远离标准块体3一侧布置高速摄像机8；

张拉千斤顶12对预应力筋施加张拉作用力，直至预应力筋出现断裂、试验块体1出现破损，内部损伤传感器4记录试验过程中块体内部的损伤情况，外部振动传感器6和内部振动传感器7分别记录块体内部和外部的振动情况，高速摄像机8拍摄碎片飞溅的情况，结合监测数据对预应力筋断裂情况进行分析；

拆除破坏的试验块体1，然后按照上述流程进行下一预应力筋的断裂试验。

试验过程中，可能会出现标准块体3损坏的情况，下次试验进行相应的更换调整即可。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种装配式预应力筋断裂试验装置，其特征在于：包括，

试验块体(1)，所述试验块体(1)是用于模拟待试验预应力筋使用环境的钢筋混凝土块体，试验块体(1)上开设有供预应力筋穿过并且与预应力筋一端固连的第一通孔；

张拉结构，所述张拉结构是与预应力筋的另一端连接用于对预应力筋施加张拉作用力的施力结构；

张拉槽块体(2)，所述张拉槽块体(2)是与张拉结构连接的钢筋混凝土块体，张拉槽块体(2)上开设有多个供预应力筋穿过的第二通孔；

多个标准块体(3)，所述多个标准块体(3)固定在试验块体(1)与张拉槽块体(2)之间形成与预应力钢筋长度适配的钢筋混凝土试验体，标准块体(3)上开设有多个供预应力钢筋穿过的第三通孔；

防护结构，所述防护结构设置于钢筋混凝土试验体的两端，用于阻拦试验过程中产生的飞溅碎片；

监测结构，所述监测结构用于对试验过程中的振动、损伤和飞溅情况进行监测；

所述第一通孔、第二通孔和第三通孔在预应力长度方向上一一对应且连通。

2.如权利要求1所述的一种装配式预应力筋断裂试验装置，其特征在于：所述监测结构包括，

内部损伤传感器(4)，所述内部损伤传感器(4)包括浇筑于试验块体(1)、标准块体(3)和张拉槽块体(2)内的线状传感器；浇筑于单个块体内的线状传感器包括多根沿水平方向垂直预应力筋的纵向部分以及连接相邻纵向部分的横向部分；

连接节点(5)，所述连接节点(5)设置于相邻块体之间，用于将从相邻块体内伸出的纵向部分的端部连接起来。

3.如权利要求1所述的一种装配式预应力筋断裂试验装置，其特征在于：所述监测结构包括，

多个外部振动传感器(6)，所述多个外部振动传感器(6)设置于标准块体(3)的上端，包括至少一个设置于邻接试验块体(1)的标准块体(3)上的外部振动传感器(6)、至少一个设置于相邻标准块体(3)接缝处上端的外部振动传感器(6)。

4.如权利要求3所述的一种装配式预应力筋断裂试验装置，其特征在于：所述监测结构包括，

多个内部振动传感器(7)，所述多个内部振动传感器(7)浇筑于标准块体(3)内，包括至少一个设置于邻接试验块体(1)的标准块体(3)内的内部振动传感器(7)、至少一个设置于相邻标准块体(3)接缝内的内部振动传感器(7)。

5.如权利要求4所述的一种装配式预应力筋断裂试验装置，其特征在于：所述外部振动传感器(6)与内部振动传感器(7)在竖向方向上重叠布置。

6.如权利要求1所述的一种装配式预应力筋断裂试验装置，其特征在于：所述监测结构还包括，

高速摄像机(8)，所述高速摄像机(8)位于试验块体(1)与靠近试验块体(1)一侧的防护结构之间，用于对试验过程中的飞溅情况进行监测。

7.如权利要求1所述的一种装配式预应力筋断裂试验装置，其特征在于：所述防护结构包括，

两组挡板(9)，所述两组挡板(9)分置于试验块体(1)远离标准块体(3)一侧和张拉槽块体(2)远离标准块体(3)一侧；

防护沙袋(10)，所述防护沙袋(10)堆叠在挡板(9)面向标准块体(3)的一侧。

8.如权利要求1所述的一种装配式预应力筋断裂试验装置，其特征在于：所述张拉结构包括，

支架(11)，所述支架(11)设置于张拉槽块体(2)和靠近张拉槽块体(2)一侧的防护结构之间；

张拉千斤顶(12)，所述张拉千斤顶(12)安装在支架(11)上，与张拉槽块体(2)上的第二通孔一一对应。

9.一种装配式预应力筋断裂试验方法，其特征在于：所述试验方法采用如权利要求1～8任一所述的一种装配式预应力筋断裂试验装置进行，按照以下步骤进行：

S1、根据预应力筋的长度，选择合适数量的标准块体(3)；

S2、按照试验要求，浇筑试验块体(1)，待试验块体(1)养护完成后在试验块体(1)上进行断裂防护加固；

S3、将试验块体(1)、标准块体(3)和张拉槽块体(2)组合安装成钢筋混凝土试验体；

S4、在钢筋混凝土试验体的两端布置防护结构，安装张拉结构，布置监测结构；

S5、启动张拉结构进行预应力筋的张拉断裂试验，监测结构记录试验数据；

S6、试验完成后，拆除破坏掉的试验块体(1)，按照上述步骤进行下一预应力筋的断裂试验。

10.如权利要求9所述的一种装配式预应力筋断裂试验方法，其特征在于：所述步骤S4中，布置监测结构的方法包括：在试验块体(1)、标准块体(3)和张拉槽块体(2)浇筑过程中，于块体内部预埋用于监测内部损伤情况的线状传感器，在邻近试验块体(1)的标准块体(3)的内部和相邻两块标准块体(3)之间的接缝处内部预埋用于监测内部振动情况的内部振动传感器(7)，在邻近试验块体(1)的标准块体(3)的上端和相邻两块标准块体(3)之间的接缝处上端预埋用于监测外部振动情况的外部振动传感器(6)，待试验块体(1)、标准块体(3)和张拉槽块体(2)组装完成后，使用连接节点(5)将相邻块体之间的线状传感器连接起来。