CN218036105U - 一种混凝土楔形劈裂试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种混凝土楔形劈裂试验装置，包括楔形加载系统、劈裂加载系统、预应力系统、试件、支座系统以及测量装置，楔形加载系统顶部同试验机相连、底部同劈裂加载系统相连，预应力系统分别同劈裂加载系统和支座系统相连，试件固定在支座系统上，测量装置固定在试件上；劈裂加载系统包括两带锯齿的矩形钢板，分别为第一矩形钢板和第二矩形钢板，两矩形钢板的锯齿相互咬合，矩形钢板两端通过辊轴各安装有一滚轮，两矩形钢板均放置在试件上且第二矩形钢板的锯齿向下延伸至试件顶部的缺口内，试验机驱动楔形加载系统向下运动，以带动两矩形钢板朝相反方向运动。本实用新型的优点是：减少了错误裂纹路径数量，提高了裂缝面积与试件体积之比。
Description
技术领域
本实用新型涉及混凝土材料强度测量的技术领域，尤其是一种混凝土楔形劈裂试验装置。
背景技术
在现代土木工程中，对建筑材料的性能和行为精确了解对结构的经济和安全设计至关重要。近年来，人们越来越重视对结构峰后性能的评估，即达到极限荷载并发生破坏时的力学响应。
对于准脆性材料，峰值后拉伸行为表现为开裂。在材料的本构模型中，I型断裂能是校准软化材料行为的重要材料参数。与杨氏模量或单轴压缩和拉伸劈裂强度相比，精确的实验确定具体的I型断裂能仍是研究的课题，如三点弯试验，直接拉伸试验，紧凑拉伸试验，楔形劈裂试验等。试验表明，随着断裂面积的增加，实验散点和材料非均质性对所得结果的影响减小，但为了实验方案的经济设计，小体积试件更受欢迎。因此，需要提高断裂面积和高的断裂面积与试件体积的比值。劈裂试验有明显的优势，主要包括断裂面积与试样体积的比值较高，对重力效应几乎不敏感，试验过程误差较小，可对峰后状态进行稳定和控制的研究等。
现有技术下，为了安装试验装置和确定裂纹起始位置，试样需要有凹槽和初始缺口，这大大增加了制造难度，且对脆性材料的适用性降低。
实用新型内容
本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种混凝土楔形劈裂试验装置，通过对劈裂加载系统结构进行改进，仅需在试件上设置缺口，就能实现对试件的断裂能的测量。
本实用新型目的实现由以下技术方案完成：
一种混凝土楔形劈裂试验装置，其特征在于：包括楔形加载系统、劈裂加载系统、预应力系统、顶部带有缺口的试件、支座系统以及测量装置，所述楔形加载系统顶部同试验机相连、底部同所述劈裂加载系统相连，所述预应力系统分别同所述劈裂加载系统和所述支座系统相连，所述试件固定在所述支座系统上，所述测量装置固定在所述试件上；所述劈裂加载系统包括两带锯齿的矩形钢板，分别为第一矩形钢板和第二矩形钢板，两所述矩形钢板的锯齿相互咬合，所述矩形钢板两端通过辊轴各安装有一滚轮，两所述矩形钢板均放置在所述试件上且所述第二矩形钢板的锯齿向下延伸至所述试件顶部的缺口内，所述试验机驱动所述楔形加载系统向下运动，以带动两所述矩形钢板朝相反方向运动。
两所述矩形钢板的锯齿上均开设有弧形切口，其中，所述第一矩形钢板的锯齿上的弧形切口靠近于所述试件的缺口，所述第二矩形钢板的锯齿上的弧形切口与所述试件的缺口顶部边缘接触并远离于所述第一矩形钢板的锯齿上的弧形切口。
所述楔形加载系统包括水平梁和两楔块，所述楔块顶端同所述水平梁端部连接、底端安装在两所述矩形钢板同侧滚轮的中间。
所述预应力系统包括钢索和拉力控制装置，所述钢索两端分别同两所述矩形钢板的辊轴同端部连接且所述钢索缠绕在所述支座系统上，所述拉力控制装置安装在所述钢索上。
所述支座系统包括底座和中心线性支座，所述中心线性支座安装在所述底座内，所述中心线性支座顶部、两端部均延伸至所述底座外。
所述测量装置为线性位移传感器或引伸计。
本实用新型的优点是：在进行劈裂试验时可不在试件中设置凹槽；对试件施加预应力，减少了错误裂纹路径的数量，提高了裂缝面积与试件体积之比，同时利用不同位置的断裂位移关系，求出劈裂位移，简化了断裂能计算公式；更好地研究准脆性材料的裂缝扩展行为。
附图说明
图1为本实用新型装置整体结构图；
图2为本实用新型矩形钢板俯视图；
图3为本实用新型矩形钢板正视图；
图4为现有技术下试件结构图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-4所示，图中标记分别表示为:楔形加载系统1、水平梁1-1、楔块1-2、劈裂加载系统2、矩形钢板2-1、弧形切口2-2、辊轴2-3、滚轮2-4、预应力系统3、钢索3-1、拉力控制装置3-2、试件4、缺口4-1、凹槽4-2、支座系统5、中心线性支座5-1、底座5-2、测量装置6、Fm为试验机测量最大压力、δsc1和δsc2分别为通过测量装置测得的距试件底部l1和l2处的试件位移、a为辊轴到试件底部距离、试件的劈裂荷载Fsp、试件的劈裂位移δsp。
如图4所示，现有技术下，试件4从上至下依次设有相连通的凹槽4-2和缺口4-1，凹槽4-2是为了放置劈裂装置，尺寸大，缺口4-1是为了方便确定裂缝的位置，尺寸小，而设置凹槽4-2，会增加错误裂纹路径的数量，从而降低试件的断裂能的测量精度。
实施例：如图1-3所示，本实施例涉及一种混凝土楔形劈裂试验装置，其主要包括楔形加载系统1、劈裂加载系统2、预应力系统3、顶部带有缺口4-1的试件4、支座系统5以及测量装置6，楔形加载系统1顶部同试验机相连、底部同劈裂加载系统2相连，预应力系统3分别同劈裂加载系统2和支座系统5相连，试件4固定在支座系统5上，测量装置6固定在试件4上。其中，劈裂加载系统2包括两块带锯齿的矩形钢板2-1，分别为第一矩形钢板和第二矩形钢板，两块矩形钢板2-1的锯齿相互咬合，矩形钢板2-1两端通过辊轴2-3各安装有一个滚轮2-4，两块矩形钢板2-1均放置在试件4上，并且第二矩形钢板的锯齿向下延伸至试件4顶部的缺口4-1内，试验机驱动楔形加载系统1向下运动，以带动两块矩形钢板2-1朝相反方向运动，以实现试件4的劈裂。
如图1-3所示，两块矩形钢板2-1的锯齿上均开设有弧形切口2-2，其中，第一矩形钢板的锯齿上的弧形切口2-2靠近于试件4的缺口，便于第一矩形钢板的安装定位，第二矩形钢板的锯齿上的弧形切口2-2与试件4的缺口4-1顶部边缘接触并远离于第一矩形钢板的锯齿上的弧形切口2-2，在第二矩形钢板受力向右侧移动时可避免端部混凝土局部破坏。本实施例中，第一矩形钢板的锯齿上的弧形切口2-2大小为1/4圆，第二矩形钢板的锯齿上的弧形切口2-2大小为3/4圆。
如图1-3所示，楔形加载系统1包括水平梁1-1和两个楔块1-2，楔块1-2的尺寸从上至下逐渐减小，水平梁1-1两端分别同两个楔块1-2的顶端连接，楔块1-2底端安装在两块矩形钢板2-1同侧滚轮2-4的中间，并且滚轮2-4可以转动，试验机驱动两个楔块1-2向下运动，楔块1-2作用在滚轮2-4上，给滚轮2-4及矩形钢板2-1施加水平荷载，以带动两块矩形钢板2-1朝相反方向运动。
如图1-3所示，预应力系统3包括钢索3-1和拉力控制装置3-2，钢索3-1两端分别同两块矩形钢板2-1的辊轴2-3同端部连接，并且钢索3-1缠绕在支座系统5(中心线性支座5-1端部)上，拉力控制装置3-2安装在钢索3-1上，通过拉力控制装置3-2控制钢索3-1拉力的大小，以保证裂缝出现在切口4-1底部并向下发展。
如图1-3所示，支座系统5包括底座5-2和中心线性支座5-1，中心线性支座5-1安装在底座5-2内，中心线性支座5-1顶部、两端部均延伸至底座5-2外，支座系统5除了能固定试件4外，还能为钢索3-1提供缠绕点，保证钢索3-1的正常工作。
本实施例中，测量装置6为线性位移传感器或引伸计，用于测量试件的劈裂位移。
如图1-3所示，本实施例还具有以下测量方法：
1、利用该装置对顶部带有缺口4-1的试件4进行劈裂试验。
2、分别将试件4固定在支座系统5上，将测量装置6固定在试件4上，将两块矩形钢板2-1放置在试件4上并使第二矩形钢板的锯齿的延伸段放置在试件4顶部的缺口4-1内。
3、启动试验机，试验机驱动楔形加载系统1的楔块1-2向下运动，以带动两块矩形钢板2-1朝相反方向运动，直至试件4发生劈裂。
4、计算试件的劈裂荷载
式中，Fm为试验机测量最大压力，φ为楔块与滚轮夹角。计算试件的劈裂位移
式中，δsc1和δsc2分别为通过测量装置测得的距试件底部l1和l2处的试件位移，a为辊轴到试件底部距离，利用不同位置的断裂位移关系，求出劈裂位移，简化了断裂能计算公式。得到试件的断裂能
式中，Af为试件的断裂面积。
本实施例的有益技术效果为：在进行劈裂试验时可不在试件中设置凹槽；对试件施加预应力，减少了错误裂纹路径的数量，提高了裂缝面积与试件体积之比，同时利用不同位置的断裂位移关系，求出劈裂位移，简化了断裂能计算公式；更好地研究准脆性材料的裂缝扩展行为。
虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。
Claims (6)
1.一种混凝土楔形劈裂试验装置，其特征在于：包括楔形加载系统、劈裂加载系统、预应力系统、顶部带有缺口的试件、支座系统以及测量装置，所述楔形加载系统顶部同试验机相连、底部同所述劈裂加载系统相连，所述预应力系统分别同所述劈裂加载系统和所述支座系统相连，所述试件固定在所述支座系统上，所述测量装置固定在所述试件上；所述劈裂加载系统包括两带锯齿的矩形钢板，分别为第一矩形钢板和第二矩形钢板，两所述矩形钢板的锯齿相互咬合，所述矩形钢板两端通过辊轴各安装有一滚轮，两所述矩形钢板均放置在所述试件上且所述第二矩形钢板的锯齿向下延伸至所述试件顶部的缺口内，所述试验机驱动所述楔形加载系统向下运动，以带动两所述矩形钢板朝相反方向运动。
2.如权利要求1所述的一种混凝土楔形劈裂试验装置，其特征在于：两所述矩形钢板的锯齿上均开设有弧形切口，其中，所述第一矩形钢板的锯齿上的弧形切口靠近于所述试件的缺口，所述第二矩形钢板的锯齿上的弧形切口与所述试件的缺口顶部边缘接触并远离于所述第一矩形钢板的锯齿上的弧形切口。
3.如权利要求1所述的一种混凝土楔形劈裂试验装置，其特征在于：所述楔形加载系统包括水平梁和两楔块，所述楔块顶端同所述水平梁端部连接、底端安装在两所述矩形钢板同侧滚轮的中间。
4.如权利要求1所述的一种混凝土楔形劈裂试验装置，其特征在于：所述预应力系统包括钢索和拉力控制装置，所述钢索两端分别同两所述矩形钢板的辊轴同端部连接且所述钢索缠绕在所述支座系统上，所述拉力控制装置安装在所述钢索上。
5.如权利要求1所述的一种混凝土楔形劈裂试验装置，其特征在于：所述支座系统包括底座和中心线性支座，所述中心线性支座安装在所述底座内，所述中心线性支座顶部、两端部均延伸至所述底座外。
6.如权利要求1所述的一种混凝土楔形劈裂试验装置，其特征在于：所述测量装置为线性位移传感器或引伸计。
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| CN202222217878.3U CN218036105U (zh) | 2022-08-23 | 2022-08-23 | 一种混凝土楔形劈裂试验装置 |
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2022
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