CN206696093U - 轴向受拉试验装置 - Google Patents

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王宁
陈海彬
武立伟
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Abstract

本实用新型涉及一种轴向受拉试验装置。包括反力墙、门架、轴向受拉装置、水平约束装置;轴向受拉装置包括竖向作动器、上连接机构、下连接机构和固定压梁,水平约束装置包括水平作动器、水平加载头、机械千斤顶、三角支撑架、支撑架压梁。本实用新型可用于对需要施加水平约束作用的轴向受拉试件进行加载试验,同时可用于模拟钢管或加密螺旋箍筋等约束作用下,试件的轴向受拉性能试验,该装置具有精度高,受力合理,准确性强等特点,能够准确模拟约束作用下的轴向受拉试验。

Description

轴向受拉试验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及轴向受拉试验技术领域,具体是一种能够提供并维持水平约束应 力或约束位移不变并在约束作用下进行的轴向受拉试验装置。
背景技术
[0002]约束混凝土即在外部施加径向约束,使混凝土在轴向受压时产生的横向变形收到 限制,延缓材料内部裂缝的产生和发展,改善核心混凝土自身原有的受压特性,使其抗压强 度和变形能力得到提高,约束作用越强,混凝土强度提高幅度越大,目前国内外对约束作用 下的混凝土轴向承载力进行了大量试验研宄,但对于其细部受力机理和破坏形式,由于无 法进行直接的观测,只能通过理论分析或数值模拟的方式进行计算,为了能够直观的观测 约束状态下混凝土的破坏形式,需要一种能够提供径向约束应力,且水平接触面应力分布 均匀,具有足够的刚度,维持水平约束位移或约束应力不变的试验装置。 实用新型内容
[0003] 本实用新型旨在解决钢管或加密螺旋箍筋在约束作用下,混凝土或灌浆料内部破 坏形态无法直接观察的难题,从而提供一种能够提供并维持水平约束应力或约束位移不变 并在约束作用下进行的轴向受拉试验装置。
[0004] 本实用新型解决所述问题,采用的技术方案是:
[0005] 一种轴向受拉试验装置,包括反力墙、轴向受拉装置、水平约束装置、固定在地沟 上的门架,轴向受拉装置上安装有试件;
[0006] 轴向受拉装置包括竖向作动器、上连接机构、下连接机构和固定压梁;竖向作动器 悬挂于门架上,上连接机构的上端与竖向作动器固定连接,下连接机构的下端与固定压梁 固定连接,固定压梁固定安装在地沟上,试件的上端和下端分别与上连接机构的下端和下 连接机构的上端铰接; _
[0007] 水平约束装置包括水平作动器、水平加载头、机械千斤顶、三角支撑架、支撑架压 梁,水平作动器固定安装在反力墙上,水平加载头对应试件的一侧固定安装在水平作动器 上,机械千斤顶对应试件的另一侧固定安装在三角支撑架上,三角支撑架通过支撑架压梁 固定安装在地沟上。
[0008] 采用上述技术方案的本实用新型,与现有技术相比,其突出的特点是:
[0009] ①本装置是一种能够提供并维持水平约束应力或约束位移不变的、且水平接触面 应力分布均匀、具有足够的刚度、并进行约束作用下轴向受拉试验置,可用于对需要施 加水平约束作用的轴向受拉试件进行加载试验,同时可用于模拟钢管或加密螺旋箍筋等约 束作用下的试件的轴向受拉性能试验。 一一 、
[0010] ②能够较好的模拟钢管等的环向约束作用,具有测量精度高,受力合理,准确性强 等特点,能够准确模拟约束作用下的轴向受拉试验。
[0011] 作为优选,本实用新型更进一步的技术方案是:
[0012] 固定压梁包括第一固定压梁和第二固定压梁,水平加载头通过加载头固定机构与 第一固定压梁连接,第二固定压梁与下连接机构固定连接,第一固定压梁和第二固定压梁 分别通过锚固螺杆与地沟固定连接。
[0013] 水平加载头和机械千斤顶上分别设置有万向半球机构,两个万向半球机构布置在 试件的两侧,万向半球机构包括半球体和半球形碗,半球体和半球形碗均由厚钢板机加工 而成,半球体可在半球形碗内自由滑动,在试件两侧分别布置一个万向半球机构,可有效解 决由于安装偏差产生附加弯矩的影响。
[0014] 三角支撑架包括竖向支撑、斜支撑和水平支撑,竖向支撑设置在水平支撑上,斜支 撑的两端分别与竖向支撑和水平支撑连接,水平支撑的一端伸出竖向支撑,并在竖向支撑 前后两侧的水平支撑上分别放置一个支撑架压梁,支撑架压梁采用锚固螺杆与地沟相固 定,使三角支撑架在较大弯矩下不发生翘起,水平支撑的另一端与固定墙体之间浇筑有混 凝土,使得水平支撑完全顶住固定墙体,避免三角支撑架发生水平滑移。
[0015] 加载头固定机构包括立柱、连接板、滑板、连杆;两个立柱均由工字钢制作而成,与 第一固定压梁相焊接,起到连接和支撑作用,滑板焊接在两个立柱上,滑板两侧分别焊接有 侧挡板,两个连杆两端分别安装有轴承,连接板焊接在两个连杆上,连杆、轴承和连接板连 接共同构成小车结构,侧挡板高度大于轴承直径,连杆两端的轴承分别置于侧挡板与滑板 连接所形成的凹槽内,轴承可在滑板上滚动,进而使小车仅在滑板上滑动,连接板的上端与 水平加载头焊接,侧挡板两端分别焊接有限位板,以避免小车滑出滑板,同时为侧挡板提供 较大的竖向力,加载头固定机构使得水平加载头只能在水平方向上运动。
[0016] 试件包括中间板、侧板和灌浆料或混凝土,中间板和侧板上分别加工有连接孔;上 连接机构的上部通过螺栓与竖向作动器连接,上连接机构的下部通过销栓与试件的中间板 铰接;下连接机构包括固定板、拉板和双向连接头,固定板焊接在第二固定压梁上,双向连 接头和拉板的上部和下部分别加工有连接孔,双向连接头的上部通过销栓与试件的侧板铰 接,双向连接头的下部通过销栓与拉板的上部铰接,拉板的下部通过销栓与固定板铰接,上 连接机构和下连接机构均能够为试件提供两个方向的自由转动,使试件仅承受轴向拉力, 而不会产生附加弯矩。
[0017] 水平作动器、水平加载头、万向半球机构、机械千斤顶与试件的中心位于同一水平 面内;竖向作动器与试件的中心位于同一垂直平面内。
[0018] 机械千斤顶的内部为齿轮结构,受力时不会发生压缩现象,可维持预定位移不变, 保证装置在水平方向具有足够大的刚度;机械千斤顶通过支撑杆和支撑板进行支撑,支撑 板设置在三角支撑架上,支撑杆设置在支撑板上;机械千斤顶的伸出端焊接有力传递板,力 传递板的底部焊接有用于支撑和固定万向半球机构的托板,机械千斤顶具有自由伸缩性, 可使装置更好地适应不同厚度的试件。
[0019] 水平加载头包括前钢板、后钢板、连接肋板和加劲肋板,两块加劲肋板垂直焊接在 连接肋板上,连接肋板、加劲肋板的两端分别与前钢板、后钢板焊接,万向半球机构设置在 前钢板上,前钢板的底部焊接有用于支撑和固定万向半球机构的托板,后钢板通过高强螺 杆与水平作动器连接。
附图说明 L〇〇2〇」图1是本实用新型实施例结构示意图;
[0021]图2是图1的局部放大结构示意图;
[0022]图3是本实用新型实施例轴向受拉装置安装试件的结构示意图;
[0023]图4是本实用新型实施例加载头固定机构的立体结构示意图;
[0024]图5是本实用新型实施例加载头固定机构的主视结构示意图;
[0025]图6是本实用新型实施例加载头固定机构的侧视结构示意图|
[0026]图7是本实用新型实施例轴向受拉装置局部立体结构示意图1 [0027]图8是本实用新型实施例轴向受拉装置局部主视结构示意图1 [0028]图9是本实用新型实施例轴向受拉装置局部侧视结构示意图1
[0029] 图1〇是本实用新型实施例水平加载头的立体结构示意图;’
[0030] 图n是本实用新型实施例水平加载头的主视结构示意图;
[0031] 图12是本实用新型实施例水平加载头的右视结构示意图;
[0032]图13是本实用新型实施例试件的主视结构示意图;
[0033]图14是本实用新型实施例试件的侧视结构示意图;
[0034]图15是本实用新型实施例水平约束装置的立体结构示意图;
[0035]图16是本实用新型实施例水平约束装置的主视结构示意图;
[0036]图17是本实用新型实施例水平约束装置的俯视结构示意图;
[0037]图18是本实用新型实施例半球体的结构示意图;
[0038]图19是本实用新型实施例半球形碗的结构示意图;
[0039]图中:反力墙1;三角支撑架2;水平作动器3;水平加载头4;加载头固定机构5;第一 固定压梁6;机械千斤顶7;支撑杆8;支撑板9;万向半球机构10;力传递板11;斜支撑12;水平 支撑13;竖向支撑14;支撑架压梁15;锚固螺杆16,上连接机构17;下连接机构18;第二固定 压梁19;托板20;垫板21;竖向作动器22;门架23;立柱24;连接板25;侧挡板26;限位板27;连 杆2S;滑板29;轴承3〇;双向连接头31;拉板32;固定板33;销栓34;地沟35;后钢板36;连接肋 板37;前钢板38;加劲肋板39;试件40;中间板41;侧板似;灌浆料或混凝土43;连接孔44;固 定墙体45;半球体46;半球形碗47。
[0040]具体实施方式:
[0041]下面结合实施例对本实用新型作进一步说明,目的仅在于更好地理解本实用新型 内容,因此,所举之例并不限制本实用新型的保护范围。
[0042] 参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图 15、图16、图17、图18、图19,包括反力墙1、轴向受拉装置、水平约束装置、固定在地沟35上的 门架23,轴向受拉装置上安装有试件40;
[0043] 轴向受拉装置包括竖向作动器22、上连接机构17、下连接机构18和固定压梁;竖向 作动器22悬挂于门架23上,上连接机构17的上端与竖向作动器22固定连接,下连接机构18 的下端与固定压梁固定连接,固定压梁固定安装在地沟上,试件40的上端和下端分别与上 连接机构17的下端和下连接机构18的上端铰接; 、
[0044] 水平约束装置包括水平作动器3、水平加载头4、机械千斤顶7、三角支撑架2、支撑 架压梁15,水平作动器3固定安装在反力墙1上,水平加载头4对应试件40的一侧^定安装在 水平作动器3上,机械千斤顶7对应试件40的另一侧固定安装在三角支撑架2上,三角支撑架 2通过支撑架压梁15固定安装在地沟35上。
[0045] 水平作动器3和竖向作动器22均为电液伺服作动器,并且通过计算机进行控制,试 验中,水平作动器3可保持位移不变,从而得到水平方向的反作用力,以模拟钢管和加密螺 旋箍筋等被动约束作用下试件的轴向受拉性能,也可以保持荷载不变,以模拟均匀围压下 试件的轴向受拉性能。
[0046] 固定压梁包括第一固定压梁6和第二固定压梁19,水平加载头4通过加载头固定机 构5与第一固定压梁6连接,第二固定压梁19与下连接机构1S固定连接,第一固定压梁6和第 二固定压梁19分别通过锚固螺杆16与地沟35固定连接。
[0047] 水平加载头4和机械千斤顶7上分别设置有万向半球机构10,两个万向半球机构1〇 分别布置在试件40的两侧,万向半球机构1〇包括半球体46和半球形碗47,半球体46和半球 形碗47均由厚钢板机加工而成,半球体46可在半球形碗47内自由滑动,在试件40两侧分别 布置一个万向半球机构1〇,可有效解决由于安装偏差产生附加弯矩的影响。
[0048] 三角支撑架2设置两个,分别由槽钢焊接而成,槽钢尺寸不宜过小,以保证三角支 撑架2具有足够大的刚度,三角支撑架2包括竖向支撑14、斜支撑12和水平支撑13,竖向支撑 14设置在水平支撑13上,斜支撑12的两端分别与竖向支撑14和水平支撑13连接,水平支撑 13的一端伸出竖向支撑14 一定长度,并在竖向支撑14前后两侧的水平支撑13上分别放置一 个支撑架压梁15,支撑架压梁15采用锚固螺杆16与地沟35相固定,使三角支撑架2在较大弯 矩下不发生翘起,水平支撑13的另一端与固定墙体45之间浇筑混凝土,使得水平支撑13完 全顶住固定墙体45,避免三角支撑架2发生水平滑移。
[0049] 加载头固定机构5包括立柱24、连接板25、滑板29、连杆28;两个立柱24均由工字钢 制作而成,与第一固定压梁6相焊接,起到连接和支撑作用,滑板29焊接在两个立柱24上,滑 板29两侧分别焊接有侧挡板26,两个连杆28两端分别安装有轴承3〇,连接板25焊接在两个 连杆28上,连杆28、轴承30和连接板25连接共同构成小车结构,侧挡板26高度大于轴承30直 径,连杆28两端的轴承30分别置于侧挡板26与滑板29连接所形成的凹槽内,轴承30可在滑 板29上滚动,进而使小车仅在滑板29上滑动,连接板25的上端与水平加载头4焊接,侧挡板 26两端分别焊接有限位板27,以避免小车滑出滑板29,同时为侧挡板26提供较大的竖向力, 加载头固定机构5使得水平加载头4只能在水平方向上运动。
[0050] 试件40包括中间板41、侧板42和灌浆料或混凝土43,中间板41和侧板42上分别加 工有连接孔44;上连接机构17的上部通过螺栓与竖向作动器22连接,上连接机构17的下部 通过销栓与试件40的中间板41铰接;下连接机构18包括固定板33、拉板32和双向连接头31, 固定板33焊接在第二固定压梁19上,双向连接头31和拉板32的上部和下部分别加工有连接 孔44,双向连接头31的上部通过销栓与试件40的侧板42铰接,双向连接头31的下部通过销 栓与拉板32的上部铰接,拉板32的下部通过销栓与固定板33铰接,中间板41和侧板42要求 具有足够大的刚度,以降低变形带来的影响,上连接机构17和下连接机构18均能够为试件 40提供两个方向的自由转动,使试件40仅承受轴向拉力,而不会产生附加弯矩。
[0051] 水平作动器3、水平加载头4、万向半球机构10、机械千斤顶7与试件40的中心位于 同一水平面内;竖向作动器22与试件40的中心位于同一垂直平面内。
[0052]机械千斤顶7的内部为齿轮结构,受力时不会发生压缩现象,可维持预定位移不 变,保证装置在水平方向具有足够大的刚度;机械千斤顶7通过支撑杆8和支撑板9进行支 撑,支撑板9设置在三角支撑架2上,支撑杆8设置在支撑板9上;机械千斤顶7的伸出端焊接 有力传递板11,力传递板11的底部焊接有用于支撑和固定万向半球机构1〇的托板20,机械 千斤顶7具有自由伸缩性,可使装置更好地适应不同厚度的试件40。
[0053] 水平加载头4由钢板焊接而成,钢板厚度和大小可根据试件40的尺寸进行设计,水 平加载头4包括前钢板38、后钢板36、连接肋板37和加劲肋板39,前钢板38的长度和高度均 要大于试件40中灌浆料或混凝土 43的尺寸,保证试件40在加载过程中处于完全约束状态, 避免产生附加弯矩,两块加劲肋板39垂直焊接在连接肋板37上,连接肋板37、加劲肋板39的 两端分别与前钢板38、后钢板36焊接,万向半球机构10设置在前钢板38上,前钢板38的底部 焊接有用于支撑和固定万向半球机构1〇的托板2〇,后钢板36通过高强螺杆与水平作动器3 连接。
[0054] 以上所述的轴向受拉试验装置的试验方法,按照如下步骤进行:
[0055] (1)安装水平作动器3和竖向作动器22,为便于观察试验现象,水平作动器3高度不 宜过高,保证水平作动器3水平;竖向作动器22与试件40的中心处于同一个垂直平面内,水 平作动器3与试件40的中心处于同一个水平面内。
[0056] (2)调节三角支撑架2的位置,使其中心垂直面与水平作动器3和竖向作动器22的 中心垂直面重合,并根据机械千斤顶7的大小调整三角支撑架2与试件40之间的距离,通过 支撑架压梁15与地沟35进行固定;之后焊接支撑杆8和支撑板9,使机械千斤顶7与水平作动 器3处于同一水平面内。
[0057] (3)安装水平加载头4和加载头固定机构5,调整水平加载头4位置,使之与机械千 斤顶7的中心处于同一水平面内,之后将制作好的加载头固定机构5置于水平加载头4下部, 调整位置,保证水平加载头4具有足够大的加载位移,将第一固定压梁6置于加载头固定机 构5下方并且通过锚固螺杆16与地沟35进行锚固连接,然后将加载头固定机构5的连接板 25、立柱24分别与水平加载头4、第一固定压梁6焊接,使之成为一个整体。
[0058] (4)安装上连接机构17和下连接机构18,上连接机构17与竖向作动器22通过螺栓 连接,下连接机构18的固定板33与第二固定压梁19进行焊接,并用锚固螺杆16将第二固定 压梁19与地沟35进行锚固连接,通过预制好的销栓,将下连接机构18的固定板33、拉板32、 双向连接头31连接成一个整体,拉板32长度可根据试件40尺寸进行调整,保证拉紧时,试件 40中心水平面与水平作动器3、水平加载头4的中心水平面重合。
[0059] (5)安装试件40,向下伸出竖向作动器22,将试件40通过销栓分别与上连接机构17 和下连接机构18进行连接,提升竖向作动器22使试件40处于较小的拉应力状态;在试件40 两侧分别布置一个垫板21,并伸出水平作动器3,水平加载头4和机械千斤顶7上的万向半球 机构10分别作用于试件40两侧的垫板21上,进而使试件40达到预定约束应力。
[0060] (6)试验加载,根据试验需要,保持水平作动器3位移不变或承载力不变,提升竖向 作动器22,观察试件40两侧裂缝产生和发展情况,从而得到约束作用下试件40的破坏形态。 [0061]本装置是一种能够提供并维持水平约束应力或约束位移不变的、且水平接触面应 力分布均匀、具有足够的刚度、并进行约束作用下轴向受拉试验的装置,可用于对需要施加 水平约束作用的轴向受拉试件进行加载试验,同时可用于模拟钢管或加密螺旋箍筋等约束 作用下的试件的轴向受拉性能试验,能够较好的模拟钢管等的环向约束作用,具有测量精 度高,受力合理,准确性强等特点,能够准确模拟约束作用下的轴向受拉试验。
[0062]以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已,并非因此局限本实用新型的权 利范围,凡运用本实用新型说明书及其附图内容所作的等效变化,均包含于本实用新型的 权利范围之内。

Claims (9)

  1. i .一种轴向受拉试验装置,其特征在于:包括反力墙、轴向受拉装置、水平约束装置,固 定在地沟上的门架,轴向受拉装置上安装有试件; 轴向受拉装置包括竖向作动器、上连接机构、下连接机构和固定压梁;竖向作动器悬挂 于门架上,上连接机构的上端与竖向作动器固定连接,下连接机构的下端与固定压梁固定 连接,固定压梁固定安装在地沟上,试件的上端和下端分别与上连接机构的下端和下连接 机构的上端铰接; 、, 水平约束装置包括水平作动器、水平加载头、机械千斤顶、三角支撑架、支撑架压梁,水 平作动器固定安装在反力墙上,水平加载头对应试件的一侧固定安装在水平作动器上,机 械千斤顶对应试件的另一侧固定安装在三角支撑架上,三角支撑架通过支撑架压梁固定安 装在地沟上。 、 、、
  2. 2. 根据权利要求1所述的轴向受拉试验装置,其特征在于:固定压梁包括第一固定压梁 和第二固定压梁,水平加载头通过加载头固定机构与第一固定压梁连接,第二固定压梁与 下连接机构固定连接,第一固定压梁和第二固定压梁分别通过锚固螺杆与地沟固定连接。
  3. 3. 根据权利要求1所述的轴向受拉试验装置,其特征在于:水平加载头和机械千斤顶上 分别设置有万向半球机构,两个万向半球机构分别布置在试件的两侧,万向半球机构包括 半球体和半球形碗,半球体和半球形碗均由厚钢板机加工而成,半球体可在半球形碗内自 由滑动。
  4. 4. 根据权利要求1所述的轴向受拉试验装置,其特征在于:三角支撑架包括竖向支撑、 斜支撑和水平支撑,竖向支撑设置在水平支撑上,斜支撑的两端分别与竖向支撑和水平支 撑连接,水平支撑的一端伸出竖向支撑,并在竖向支撑前后两侧的水平支撑上分别放置一 个支撑架压梁,支撑架压梁采用螺杆与地沟相固定,水平支撑的另一端与固定墙体之间烧 筑有混凝土。
  5. 5. 根据权利要求1所述的轴向受拉试验装置,其特征在于:加载头固定机构包括立柱、 连接板、滑板、连杆;两个立柱均由工字钢制作而成,与第一固定压梁相焊接,滑板焊接在两 个立柱上,滑板两侧分别焊接有侧挡板,两个连杆两端分别安装有轴承,连接板焊接在两个 连杆上,连杆、轴承和连接板连接共同构成小车结构,侧挡板高度大于轴承直径,连杆两端 的轴承分别置于侧挡板与滑板连接所形成的凹槽内,轴承可在滑板上滑动,连接板的上端 与水平加载头焊接,侧挡板两端分别焊接有限位板。
  6. 6. 根据权利要求1所述的轴向受拉试验装置,其特征在于:试件包括中间板、侧板和灌 浆料或混凝土,中间板和侧板上分别加工有连接孔;上连接机构的上部通过螺栓与竖向作 动器连接,上连接机构的下部通过销栓与试件的中间板较接;下连接机构包括固定板、拉板 和双向连接头,固定板焊接在第二固定压梁上,双向连接头和拉板的上部和下部分别加工 有连接孔,双向连接头的上部通过销栓与试件的侧板铰接,双向连接头的下部通过销栓与 拉板的上部铰接,拉板的下部通过销栓与固定板铰接。
  7. 7. 根据权利要求3所述的轴向受拉试验装置,其特征在于:水平作动器、水平加载头、万 向半球机构、机械千斤顶与试件的中心位于同一水平面内;竖向作动器与试件的中心位于 同一垂直平面内。
  8. 8. 根据权利要求3所述的轴向受拉试验装置,其特征在于:机械千斤顶的内部为齿轮结 构;机械千斤顶通过支撑杆和支撑板进行支撑,支撑板设置在三角支撑架上,支撑杆设置在 支撑板上;机械千斤顶的伸出端焊接有力传递板,力传递板的底部焊接有用于支撑和回疋 万向半球机构的托板。
  9. 9.根据权利要求3所述的轴向受拉试验装置,其特征在于:水平加载头包括前钢板、后 钢板、连接肋板和加劲肋板,两块加劲肋板垂直焊接在连接肋板上,连接肋板、加劲肋板的 两端分别与前钢板、后钢板焊接,万向半球机构设置在前钢板上,前钢板的底部焊接有用于 支撑和固定万向半球机构的托板,后钢板通过高强螺杆与水平作动器连接。
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