CN207231907U - 混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置。包括竖向加载机构和变形测量机构，竖向加载机构包括MTS作动器、混凝土反力架、刚性杆、底座、关节轴承、连接板、拉力传感器、加载头，MTS作动器固定于混凝土反力架上，MTS作动器下端连接加载头，底座设在混凝土反力架上，加载头通过刚性杆与底座连接，加载头与底座之间通过关节轴承、拉力传感器、连接板固定有试件，变形测量机构包括LVDT位移计、位移计支架和位移计顶杆。本实用新型的试验加载速率可控，从而可对不同应变率的影响效应进行分析，加载过程中应变率控制稳定，采用刚性杆吸收加载装置集聚的能量，变形小，对混凝土下降段的测量影响小，装置设计合理，测量结果准确。

Description

混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置

技术领域

本实用新型涉及混凝土抗拉检测技术领域，具体是一种混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置。

背景技术

混凝土是一种内部不均匀的脆性材料，具有抗压强度高，抗拉强度低的特性，混凝土单轴受拉应力的应变全曲线分为上升段和下降段两部分，目前，对于普通混凝土在轴向荷载作用下的应力的应变曲线研究较多，国内外学者建立了许多模型，但对于相关试验的研究较少，其主要原因在于在一般材料试验机上进行的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线试验中，由于试验机刚度不足，造成当应力达到最大拉应力后的曲线不能呈现，而出现这一现象的原因是混凝土试件是脆性材料，裂纹扩展直至贯通试件及其短暂，加载装置内部储存的能量瞬间释放，造成试件突然破坏，采集设备无法采集下降段数据，尤其对于高应变率的测量更加困难，为了能够得到混凝土单轴受拉应力的应变全曲线，需要一种能够精确控制加载速率，同时在混凝土达到极限拉应力时，能够瞬间吸收大部分加载装置集聚的能量的试验装置。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述问题，从而提供一种能够精确控制加载速率、同时吸收大部分加载装置集聚的能量的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置。

本实用新型解决所述问题，采用的技术方案是：

一种混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，包括竖向加载机构和变形测量机构；

竖向加载机构包括MTS作动器、混凝土反力架、刚性杆、底座、关节轴承、连接板、拉力传感器、加载头，MTS作动器的上端固定于混凝土反力架上，通过自反力的形式施加竖向荷载，MTS作动器的下端连接加载头，底座设置在混凝土反力架上，加载头通过刚性杆与底座相连接，加载头与底座之间通过关节轴承、拉力传感器、连接板固定有试件；

变形测量机构包括LVDT位移计、位移计支架和位移计顶杆，位移计支架固定安装在试件上，LVDT位移计、位移计顶杆分别固定安装在位移计支架上。

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：

①试验加载速率可控，从而可对不同应变率的影响效应进行分析，加载过程中应变率控制稳定，可达到匀速加载，采用刚性杆吸收加载装置集聚的能量，变形小，对混凝土下降段的测量影响小，装置设计合理，测量结果准确；

②采用刚性杆吸收混凝土达到极限应力时加载装置集聚的能量，受力均匀，变形小，对试件影响较小，对混凝土下降段的测量影响小；

③采用动态加载作动器，可对不同应变率状态下混凝土单轴受拉应力的应变曲线进行测量，并进行对比分析。

作为优选，本实用新型更进一步的技术方案是：

加载头和底座上分别设置有关节轴承，两个关节轴承分别通过销栓与加载头和底座铰接，加载头下端的关节轴承连接拉力传感器，拉力传感器和底座上端的关节轴承分别通过连接板与试件的上端和下端连接。

刚性杆设置四根且呈对称状布置在加载头与底座之间，试验中通过四根刚性杆吸收加载装置集聚的能量，以测量得到混凝土受拉下降段曲线。

位移计支架设置两个且分别通过紧固螺栓固定安装在试件上，位移计顶杆设置四个、LVDT位移计设置两个且分别呈对称状布置在位移计支架上，位移计顶杆、LVDT位移计与位移计支架支架通过紧固螺栓固定连接，四个相同尺寸的位移计顶杆，其作用是调整两个位移计支架的相互位置，位移计支架与试件之间采用紧固螺栓进行固定，LVDT位移计分别布置在试件两侧对称位置，以减少测量带来的误差，位移计顶杆、LVDT位移计与位移计支架之间采用紧固螺栓进行固定，方便快捷。

MTS作动器为244.41S型。

销栓为阶梯型结构，安装时避免出现穿心困难的问题。

拉力传感器与试件上端的连接板之间设置有调节螺杆，调节螺杆为正反螺纹结构，调节螺杆的中间位置上设置有凹槽，以调整装置高度，消除连接装置的缝隙，使试件处于受力和非受力的临界状态。

连接板分别黏贴在试件的上端和下端，连接板与试件接触部分的尺寸与试件端面尺寸相同，试件与连接板采用黏贴的形式进行连接，这种连接方式可有效避免出现应力集中现象，减小试件尺寸，且施工简单，操作方便。

附图说明

图1 是本发明实施例主视结构示意图；

图2 是本发明实施例局部安装试件的结构示意图；

图3 是本发明实施例局部安装试件的主视结构示意图；

图4 是本发明实施例变形测量机构的结构示意图；

图5 是本发明实施例变形测量机构的主视结构示意图；

图6 是本发明实施例销栓的结构示意图；

图7 是本发明实施例连接板的结构示意图；

图中：MTS作动器1；混凝土反力架2；底座3；加载头4；刚性杆5；关节轴承6；拉力传感器7；调节螺杆8；连接板9；销栓10；试件11；第一位移计支架12；第二位移计支架13；位移计顶杆14；第一紧固螺栓15；第二紧固螺栓16；LVDT位移计17；圆垫圈18。

具体实施方式：

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。

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，一种混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，包括竖向加载机构和变形测量机构；竖向加载机构包括MTS作动器1、混凝土反力架2、刚性杆5、底座3、关节轴承6、连接板9、拉力传感器7、加载头4，MTS作动器1的上端固定于混凝土反力架2上，通过自反力的形式施加竖向荷载，MTS作动器1的下端连接加载头4，底座3设置在混凝土反力架2上，加载头4通过刚性杆5与底座3相连接，加载头4与底座3之间通过关节轴承6、拉力传感器7、连接板9固定有试件11；变形测量机构包括LVDT位移计17、位移计支架和位移计顶杆14，位移计支架固定安装在试件11上，LVDT位移计17、位移计顶杆14分别固定安装在位移计支架上。

加载头4和底座3上分别设置有关节轴承6，两个关节轴承6分别通过销栓10与加载头4和底座3铰接，加载头4下端的关节轴承6连接拉力传感器7，拉力传感器7和底座3上端的关节轴承6分别通过连接板9与试件11的上端和下端连接。

刚性杆5设置四根且呈对称状布置在加载头4与底座3之间，试验中通过四根刚性杆5吸收加载装置集聚的能量，以测量得到混凝土受拉下降段曲线。

位移计支架包括第一位移计支架12和第二位移计支架13，且分别通过第二紧固螺栓16固定安装在试件11上，位移计顶杆14设置四个、LVDT位移计17设置两个且分别呈对称状布置在第二位移计支架13和第一位移计支架12上，位移计顶杆14、LVDT位移计17与第二位移计支架13和第一位移计支架12通过第一紧固螺栓15固定连接，四个相同尺寸的位移计顶杆14，其作用是调整第一位移计支架12和第二位移计支架13的相互位置，第一位移计支架12和第二位移计支架13与试件11之间采用第二紧固螺栓16进行固定，LVDT位移计17分别布置在试件11两侧对称位置，以减少测量带来的误差，位移计顶杆14、LVDT位移计17与第二位移计支架13和第一位移计支架12之间采用第一紧固螺栓15进行固定，方便快捷。

MTS作动器1选用244.41S型，MTS作动,1固定于混凝土反力架2上，通过自反力的形式施加竖向荷载，MTS作动器1测得的承载力为刚性杆5和混凝土试件11共同的承载力，而拉力传感器7测得的承载力为混凝土试件11的承载力。

销栓10为阶梯型结构，安装时避免出现穿心困难的问题，销栓10直径较小处设置有圆垫圈18。

拉力传感器7与试件11上端的连接板9之间设置有调节螺杆8，调节螺杆8为正反螺纹结构，调节螺杆8的中间位置上设置有凹槽，调节螺杆8设置成正反扣的形式，并在调节螺杆8的中间位置上设置凹槽，以调整装置高度，消除连接装置的缝隙，使试件11处于受力和非受力的临界状态。

连接板9分别黏贴在试件11的上端和下端，连接板9与试件11接触部分的尺寸与试件11端面尺寸相同，试件11与连接板9采用黏贴的形式进行连接，这种连接方式可有效避免出现应力集中现象，减小试件11尺寸，且施工简单，操作方便。

本装置的试验方法为：

（1）黏贴试件11与连接板9：首先打磨试件11连接面，取出表面砂浆层，直到看到粗骨料为止，并制作深2mm，尺寸为25mm×25mm的方格子，再将连接9板用砂纸打磨，并用无水乙醇将粘结面清洗干净，选用粘钢胶均匀涂抹粘结面，并用重物挤压，静置，待胶强度达到要求后，进行试验。

（2）将连接板9、拉力传感器7、调节螺杆8、关节轴承6连接成一个整体，第一位移计支架12、第二位移计支架13与试件11进行初步固定。

（3）调整加载头4和底座3之间的距离，将连接好的试件11整体通过销栓10固定在加载头4和底座3之间，并调整调节螺杆8，消除连接装置之间的缝隙。

（4）将四根位移计顶杆14分别穿入第一位移计支架12和第二位移计支架13，并用第一紧固螺栓15固定，保证第一位移计支架12和第二位移计支架13处于同一轴心位置；调整第一位移计支架12、第二位移计支架13至试件11中间位置，并用第二紧固螺栓16进行固定，之后调整位移计顶杆14高度，并在对称位移布置两个LVDT位移计17，进行加载。

本实用新型试验加载速率可控，从而可对不同应变率的影响效应进行分析，加载过程中应变率控制稳定，可达到匀速加载；采用刚性杆5吸收加载装置集聚的能量，变形小，对混凝土下降段的测量影响小；装置设计合理、测量结果准确；采用刚性杆5吸收混凝土达到极限应力时加载装置集聚的能量，受力均匀，变形小，对试件11影响较小，对混凝土下降段的测量影响小；试件11与连接板9之间采用黏粘的形式进行连接，使试件11受力更加均匀，有效避免出现应力集中现象；变形测量装置采用四根位移计顶杆14进行调节和固定，保证两侧位移计测量的准确性；采用动态加载作动器，可对不同应变率状态下混凝土单轴受拉应力的应变曲线进行测量，并进行对比分析，本装置可用于测量混凝土棱柱体或圆柱体试件在轴向荷载作用下的受压应力的应变全曲线。

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 (8)

1.一种混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，其特征在于：包括竖向加载机构和变形测量机构；

竖向加载机构包括MTS作动器、混凝土反力架、刚性杆、底座、关节轴承、连接板、拉力传感器、加载头，MTS作动器的上端固定于混凝土反力架上，通过自反力的形式施加竖向荷载，MTS作动器的下端连接加载头，底座设置在混凝土反力架上，加载头通过刚性杆与底座相连接，加载头与底座之间通过关节轴承、拉力传感器、连接板固定有试件；

变形测量机构包括LVDT位移计、位移计支架和位移计顶杆，位移计支架固定安装在试件上，LVDT位移计、位移计顶杆分别固定安装在位移计支架上。

2.根据权利要求1所述的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，其特征在于：加载头和底座上分别设置有关节轴承，两个关节轴承分别通过销栓与加载头和底座铰接，加载头下端的关节轴承连接拉力传感器，拉力传感器和底座上端的关节轴承分别通过连接板与试件的上端和下端连接。

3.根据权利要求1所述的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，其特征在于：刚性杆设置四根且呈对称状布置在加载头与底座之间。

4.根据权利要求1所述的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，其特征在于：位移计支架设置两个且分别通过紧固螺栓固定安装在试件上，位移计顶杆设置四个、LVDT位移计设置两个且分别呈对称状布置在位移计支架上，位移计顶杆、LVDT位移计与位移计支架支架通过紧固螺栓固定连接。

5.根据权利要求1所述的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，其特征在于：MTS作动器为244.41S型。

6.根据权利要求2所述的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，其特征在于：销栓为阶梯型结构。

7.根据权利要求2所述的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，其特征在于：拉力传感器与试件上端的连接板之间设置有调节螺杆，调节螺杆为正反螺纹结构，调节螺杆的中间位置上设置有凹槽。

8.根据权利要求2所述的混凝土单轴受拉应力的应变全曲线测量装置，其特征在于：连接板分别黏贴在试件的上端和下端，连接板与试件接触部分的尺寸与试件端面尺寸相同。