CN202631363U - 多向应力加载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多向应力加载装置，包括呈环形均布设置并用于向试件施加侧向力的至少三个侧向加压传力机构、用于承受侧向加压传力机构反向作用力的反力装置和与侧向加压传力机构一一对应设置并与试件外周壁贴合的围压板；所述侧向加压传力机构包括由两根传力杆铰接组成的传力支架和用于向传力支架施加弹性力的弹力加压机构；所述传力支架的两端分别铰接在所述反力装置和围压板上；所述反力装置到试件外周壁的径向距离小于所述两传力杆长度之和。本实用新型多向应力加载装置不仅能适用于多种尺寸大小的试件，而且还能对试件同时施加法向围压和切向应力，实现对试件的多向复杂应力加载。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用在土木工程材料应力加载试验中的应力加载装置，特别是一种主要适用于砂浆体、混凝土或岩石等强度较高、弹性模量较大试件的多向应力加载装置。
背景技术
在土木工程领域，常常采用三向加载的方法来进行材性试验，通过对试件施加侧向压力和轴向压力获得试件的强度和变形特征。
三向加压试验机一般带有特制的围压室，试验时将圆柱形试件放入围压室中，根据液压原理，由围压室中的液体对试件施加规定的侧向压力，再通过轴向加压杆施加轴向压力，不断增加轴向压力，直到试件破坏。采用现有的三向加压试验机，主要有以下两点不足：
1、试件的尺寸大小受到围压室的大小的限制，试件通常需加工成规定直径的圆柱形；
2、侧向压力为液体施加，只能施加法向围压，对试件侧面不能施加切向应力，不能实现多向复杂应力加载。
鉴于此，本实用新型旨在探索一种多向应力加载装置，该多向应力加载装置不仅能够对试件施加法向围压和切向应力，实现多向复杂应力加载，而且试件的尺寸大小不受限制。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提出一种多向应力加载装置，该多向应力加载装置不仅能适用于多种尺寸大小的试件，而且还能对试件同时施加法向围压和切向应力，实现对试件的多向复杂应力加载。
要实现上述技术目的，本实用新型的多向应力加载装置，包括呈环形均布设置并用于向试件施加侧向力的至少三个侧向加压传力机构、用于承受侧向加压传力机构反向作用力的反力装置和与侧向加压传力机构一一对应设置并与试件外周壁贴合的围压板；
所述侧向加压传力机构包括由两根传力杆铰接组成的传力支架和用于向传力支架施加弹性力的弹力加压机构；所述传力支架的两端分别铰接在所述反力装置和围压板上；所述反力装置到围压板的径向距离小于所述两传力杆长度之和。
进一步，所述反力装置包括反力筒，所述传力支架铰接安装在反力筒的内周壁上；
进一步，所述反力装置包括底板和固定安装在底板上并呈环形均布设置的反力柱，所述反力柱与所述侧向加压传力机构一一对应设置，且所述传力支架铰接安装在反力柱上；
进一步，所述弹力加压机构包括承托板和安装在承托板上的弹簧，所述承托板安装在所述两传力杆之间的铰接节点上；
进一步，所述传力支架为由两根传力杆铰接组成的人字形传力支架；
进一步，所述侧向加压传力机构设置为六个或八个；
进一步，还包括设置在试件顶部并用于传递轴向力的钢垫板；
进一步，所述围压板与压力试验机的试验台之间间隙配合或接触配合；
进一步，所述围压板与底板之间间隙配合或接触配合。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型的多向应力加载装置通过设置侧向加压传力机构向试件施加法向围压，并通过围压板和试件之间的摩擦力作用，向试件施加切向应力，实现对试件的多向复杂应力加载；另外，通过调整传力支架可方便改变作用在围压板上的集中力的大小，再通过围压板的作用改变试件上侧向作用力；通过改变围压板的曲率半径与试件外周壁相等，即可实现对不同尺寸大小的试件进行多向应力加载试验。
附图说明
图1为本实用新型多向应力加载装置实施例的机构示意图；
图2为图1的俯视图。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型多向应力加载装置实施例的机构示意图；图2为图1的俯视图。本实施例的多向应力加载装置，包括呈环形均布设置并用于向试件施加侧向力的至少三个侧向加压传力机构、用于承受侧向加压传力机构反向作用力的反力装置和与侧向加压传力机构一一对应设置并与试件外周壁贴合的围压板1。
侧向加压传力机构包括传力支架4和用于向传力支架4施加弹性力的弹力加压机构。本实施例的传力支架4为由传力杆2和传力杆3铰接组成的人字形传力支架。本实施例的弹力加压机构包括承托板5和安装在承托板5上的弹簧6，承托板5安装在传力杆2和传力杆3之间的铰接节点上。传力支架4的两端分别铰接在反力装置和围压板1上，反力装置到围压板1外周壁的径向距离小于传力杆2和传力杆3的长度之和，采用该结构的弹力加压机构，通过压缩弹簧向传力支架施加弹性力，在弹性力的作用下，传力杆2和传力杆3张开，由于传力杆2另一端铰接在反力装置上，则通过铰接在传力杆3另一端的围压板1将力传递到试件外周壁上，实现对试件施加径向围压，且通过围压板1与试件外周壁之间的摩擦力作用，实现对试件施加切向应力，即本实施例的多向应力加载装置能对试件同时施加法向围压和切向应力，实现对试件的多向复杂应力加载。
需要说明的是：为了保证切向应力全部施加在试件上，围压板1和试件7之间需要有足够的摩擦力，围压板1的材质要保证能承受这种静摩擦力而不至滑动，可先期测定围压板1与试件7之间的静摩擦系数，选定围压板1的材质；围压板1与试验台之间不接触，保证全部切向应力施加在试件上。
进一步，用于承受侧向加压传力机构反作用力的反力装置可以采用多种机构实现，反力装置可以为包括反力筒8，传力支架4铰接安装在反力筒8的内周壁上，具体的为传力杆2铰接安装在反力筒8的内周壁上；反力装置还可以为包括底板和固定安装在底板上并呈环形均布设置的反力柱，反力柱与侧向加压传力机构一一对应设置，且传力杆2铰接安装在反力柱上。通过设置反力装置来平衡侧向加压传力机构的反作用力，保证通过侧向加压传力机构施加的法向围压能够施加到试件上。本实施例的反力装置采用第一种结构形式，即反力装置为反力筒8，通过将反力装置设置为呈圆柱筒形的反力筒8，侧向加压传力机构向反力筒8施加环形集中反作用力，即反力筒8受到自平衡的反作用力，能够防止反力筒8发生位移。反力筒8有一定的厚度，其自身的刚度保证其变形很小，保证试验的精度。
进一步，侧向加压传力机构一般设置为六个或八个，本实施例的侧向加压传力机构设置为6个，通过设置多个环形均布的侧向加压传力机构，能够向试件7施加均匀的法向围压。
进一步，本实施例的多向应力加载装置还包括设置在试件7顶部并用于传递轴向力的钢垫板9。
需要说明的是，采用本实施例的多向应力加载装置实现多向应力加载时：当反力装置为反力筒8时，围压板1与试件7外周壁之间直接接触配合，保证有足够的摩擦力，并将围压板1与单向压力试验机的试验台10间隙配合，通过围压板1与试件外周壁之间的摩擦力作用，实现对试件施加切向应力，即本实施例的多向应力加载装置能对试件同时施加法向围压和切向应力，实现对试件的多向复杂应力加载；当反力装置为底板和反力柱时，同理，围压板1与试件7外周壁直接接触配合，围压板1与底板间隙配合，可通过围压板1对试件7之间的摩擦力实现对试件施加切向应力，进而实现对试件7的多向复杂应力加载。
需要说明的是，采用本实施例的多向应力加载装置还可实现现有三向加压试验机的三向应力加载。当反力装置为反力筒8时，在围压板1与试件7外周壁之间设置润滑剂，并将围压板1与单向压力试验机的试验台10接触配合，如此，便将围压板1与试件7外周壁之间较小的摩擦力作用在单向压力试验机的试验台10上，即围压板1不对试件7产生切向应力，试件不受表面剪应力作用；当反力装置为底板和反力柱时，同理，在围压板1与试件7外周壁之间设有润滑剂，并将围压板1与底板接触配合，可避免围压板1对试件7产生切向应力，试件不受表面剪应力作用。
本实施例的多向应力加载装置还具有以下优点：
1）制作精度较高：反力筒8可通过无缝钢管切割制作，其它金属部件可通过激光切割，线切割等方式加工，精度可以保证，装置的强度和变形都可以计算得到；
2）自适应解决多组弹簧异步问题：装置的对称性设计可以自动调整适应弹簧的异步问题，当一侧的弹簧先受力时，机构的运动会立即自动调整克服这种差异，使各弹簧同步受力；
3）通过将围压板1分体设置，各块弧形围压板之间留有微小空隙，保证侧向应力完全施加到试件7上；
4）可以适应不同截面形状的柱状试件，只需要改变围压板的内表面形状即可；
5）可以用其它压力源代替弹簧作用，即可采用其他压力源向传力支架4施加力来实现对试件7施加法向围压，如采用液压机构分别向传力支架和钢垫板9施加力，也可实现本实用新型的发明目的。
本实施例的多向应力加载装置能够直接应用到现有的单向压力试验机上，下面通过具体实施例介绍采用本实施例的多向应力加载装置进行多向应力加载试验的具体实施方式。
本实施例的多向应力加载装置的安装过程是：首先将反力筒8放在单向压力试验机的试验台10上，然后把圆柱形试件7放在反力筒8正中，再将弧形围压板1围在试件侧面；将传力支架4铰接连接在反力筒8和围压板1之间，传力支架4的传力杆2和传力杆3之间的节点上放置承托板5，在承托板5上放置弹簧6，形成一个侧向加压传力机构，见图1。
本实施例的多向应力加载装置的工作过程是：单向压力试验机的加压板11向下运动，首先接触弹簧6，弹簧6开始压缩，弹簧6产生的力压在传力支架4上并通过传力支架4转换成两个斜向的轴力，一个作用在围压板1上，另一个作用在反力筒8上，作用在围压板1上的斜向轴力再分解成法向力和切向力，通过围压板1的扩散，均匀的作用于试件7的表面，使试件7受到侧向围压和表面切向应力；通过调整试件7上钢垫板9的高度控制弹簧6的压缩量，可调整侧向压力的大小，当弹簧6压缩到与钢垫板9等高时，压力试验机的加压板11接触钢垫板9，这时记录下试验机的压力读数，通过弹簧6弹性系数和压缩量计算的压力进行比对，互相校核后，可得到弹簧受力，从而计算出侧压和剪应力；再继续加压力，新增的压力将通过钢垫板9直接施加在试件7上，因为砂浆、岩石、或混凝土试件的刚度很大，试件在开始轴向压缩至破坏过程中基本上没有明显压缩变形，在这个过程中，弹簧的力基本保持不变，在精度要求不太高的情况下，可认为侧向应力恒定；在精度要求高的情况下，可通过测量试件变形计算得到准确的实际受力；系统变形也可以通过钢结构理论算出，从而获得更高的精度；持续加力直至试件破坏。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种多向应力加载装置，其特征在于：包括呈环形均布设置并用于向试件施加侧向力的至少三个侧向加压传力机构、用于承受侧向加压传力机构反向作用力的反力装置和与侧向加压传力机构一一对应设置并与试件外周壁贴合的围压板；
所述侧向加压传力机构包括传力支架和用于向传力支架施加弹性力的弹力加压机构；所述传力支架的两端分别铰接在所述反力装置和围压板上；所述反力装置到围压板的径向距离小于所述两传力杆长度之和。
2.根据权利要求1所述的多向应力加载装置，其特征在于：所述反力装置包括反力筒，所述传力支架铰接安装在反力筒的内周壁上。
3.根据权利要求1所述的多向应力加载装置，其特征在于：所述反力装置包括底板和固定安装在底板上并呈环形均布设置的反力柱，所述反力柱与所述侧向加压传力机构一一对应设置，且所述传力支架铰接安装在反力柱上。
4.根据权利要求2或3所述的多向应力加载装置，其特征在于：所述弹力加压机构包括承托板和安装在承托板上的弹簧，所述承托板安装在所述两传力杆之间的铰接节点上。
5.根据权利要求4所述的多向应力加载装置，其特征在于：所述传力支架为由两根传力杆铰接组成的人字形传力支架。
6.根据权利要求5所述的多向应力加载装置，其特征在于：所述侧向加压传力机构设置为六个或八个。
7.根据权利要求6所述的多向应力加载装置，其特征在于：还包括设置在试件顶部并用于传递轴向力的钢垫板。
8.根据权利要求2所述的多向应力加载装置，其特征在于：所述围压板与压力试验机的试验台之间间隙配合或接触配合。
9.根据权利要求3所述的多向应力加载装置，其特征在于：所述围压板与底板之间间隙配合或接触配合。
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