專利名稱：荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，具體地說(shuō)是混凝土的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
實(shí)際工程中混凝土的劣化失效通常是多重破壞因素耦合作用的結(jié)果，根據(jù)單一因素作用研究分析混凝土耐久性問(wèn)題難以準(zhǔn)確反應(yīng)工程實(shí)際。因此 ，建立模擬真實(shí)環(huán)境-應(yīng)力狀態(tài)下的多因素耦合試驗(yàn)方法，研究多因素耦合作用下混凝土的性能的退化規(guī)律破壞機(jī)理及防護(hù)措施具有十分重要的意義。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有關(guān)于壓應(yīng)力及多因數(shù)耦合作用下混凝土耐久性試驗(yàn)加載裝置類似的設(shè)計(jì)，并有對(duì)于該技術(shù)研究和分析的文獻(xiàn)報(bào)道；如中國(guó)水利科學(xué)研究院的裝置為研究混凝土受彎應(yīng)力的裝置，采用應(yīng)力扳手?jǐn)Q螺帽給試件加載，而眾所周知，混凝土受拉極限承載力大約為受壓極限承載力的1/20，該裝置如果換成給受壓混凝土加載，螺母受的力要大的多，經(jīng)常松緊螺母必然會(huì)使螺紋磨損從而降低裝置使用壽命和試驗(yàn)精度；哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄒超英公布了一套針對(duì)受壓混凝土設(shè)計(jì)的的裝置，為了使得整個(gè)夾具與試件正好能放入現(xiàn)有的快速凍融循環(huán)機(jī)所配套的試件盒里使用，將壓板的面積設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)試件的截面面積(IOOmmX IOOmm的正方形)，而試件采用了非標(biāo)準(zhǔn)件(截面為4>100的圓)，從而利用多余的空間安放拉桿，所以拉桿直徑受限制，其結(jié)果是要么使用強(qiáng)度高但不可重復(fù)使用的高強(qiáng)螺栓，要么僅適用于設(shè)計(jì)強(qiáng)度較低的受壓混凝土試件；我國(guó)發(fā)明專利CN101979990A公布了一套可以一個(gè)加載裝置對(duì)應(yīng)多個(gè)夾具的裝置，降低了成本，但其仍然僅適用于受彎試件，換成受壓試件時(shí)其加載裝置處螺桿上的螺紋仍會(huì)產(chǎn)生較大的磨損；我國(guó)發(fā)明專利CN2449222Y公布了一種原位壓力機(jī)，其主要通過(guò)千斤頂、高強(qiáng)拉桿及上下兩鋼板的相互作用給置于其內(nèi)的磚砌體加載，從而實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量砌體抗壓強(qiáng)度的作用。但其僅僅是對(duì)于砌體抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量裝置，與混凝土耐久性加載試驗(yàn)并無(wú)關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供便于操作并適于在同時(shí)受壓、受彎及多因數(shù)耦合作用的荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置及試驗(yàn)方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置，其特征是包括壓力機(jī)、夾具、傳感器組件、試件盒，混凝土試件和傳感器組件安裝在夾具里，夾具安裝在壓力機(jī)里，試件盒套在壓力機(jī)外面；壓力機(jī)包括壓力機(jī)上壓板、壓力機(jī)下壓板、壓力機(jī)拉桿、千斤頂，壓力機(jī)拉桿安裝在壓力機(jī)上壓板和壓力機(jī)下壓板之間，千斤頂安裝在壓力機(jī)下壓板上，壓力機(jī)上壓板上設(shè)置第一圓環(huán)狀金屬套筒，千斤頂上設(shè)置第二圓環(huán)狀金屬套筒；夾具主夾具和側(cè)夾具，主夾具包括主夾具上壓板、主夾具下壓板、主夾具拉桿，主夾具拉桿安裝在主夾具上壓板和主夾具下壓板之間，主夾具上壓板上設(shè)置與第一圓環(huán)狀金屬套筒相配合的第一金屬環(huán)，主夾具下壓板上設(shè)置與第二圓環(huán)狀金屬套筒相配合的第二金屬環(huán)，側(cè)夾具包括側(cè)夾具左壓板、側(cè)夾具右壓板、側(cè)夾具拉桿，側(cè)夾具拉桿安裝在側(cè)夾具左壓板和側(cè)夾具右壓板之間，側(cè)夾具左壓板上設(shè)置第一組距離為IOcm的兩個(gè)半圓柱金屬條，側(cè)夾具右壓板上設(shè)置第二組距離為30cm的兩個(gè)半圓柱金屬條，混凝土試件的上下端面緊貼主夾具的上壓板和下壓板，混凝土試件的兩個(gè)側(cè)面緊貼側(cè)夾具的左壓板和右壓板；傳感器組件包括傳感器支架、傳感器，傳感器通過(guò)傳感器支架安裝在夾具上壓板和夾具下壓板之間。本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)方法，采用本發(fā)明所述的荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置，其特征是按四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)規(guī)范在混凝土試件的相應(yīng)受力處畫上記號(hào)，使側(cè)夾具中左壓板和右壓板上的半圓柱金屬條與混凝土試件上相應(yīng)記號(hào)處相互接觸，固定側(cè)夾具拉桿使得混凝土試件的受彎應(yīng)力達(dá)到其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)值，將混凝土試件放入主夾具中央位置，將夾具、混凝土試件整體放入壓力機(jī)內(nèi)，操作千斤頂使主夾具加載到設(shè)計(jì)值，固定主夾具拉桿卸掉千斤頂?shù)膲毫?，再重新用千斤頂加載到傳感器讀數(shù)發(fā)生反向變化以后擰緊螺母卸掉千斤頂?shù)膲毫Γ貜?fù)上述過(guò)程直到卸掉千斤頂?shù)膲毫髠鞲衅髯x數(shù)與第一次加載前的讀數(shù)一樣，然后整體移出壓力機(jī)，取下傳感器，在主夾具拉桿與主夾具壓板、側(cè)夾具拉桿與側(cè)夾具壓板接觸處涂一層密封膠，最后整體移到室外進(jìn)行暴露試驗(yàn)或 放入對(duì)應(yīng)的試件盒中，再全部放入快速凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)內(nèi)進(jìn)行快速凍融循環(huán)試驗(yàn)；卸載時(shí)割掉主夾具及側(cè)夾具上的密封膠，再將主夾具放回壓力機(jī)內(nèi)，然后操作千斤頂使主夾具加載到設(shè)計(jì)值，松開拉桿壓力，再將混凝土試件和側(cè)夾具整體移出壓力機(jī)，取出混凝土試件。本發(fā)明還可以包括I、進(jìn)行暴露試驗(yàn)時(shí)，設(shè)定暴露時(shí)間間隔，每經(jīng)過(guò)一個(gè)暴露時(shí)間間隔后夾具重復(fù)一次卸載和加載混凝土試件的過(guò)程。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，可以模擬實(shí)際工程中應(yīng)力、化學(xué)侵蝕、干濕循環(huán)或凍融循環(huán)共同作用于混凝土構(gòu)件的真實(shí)工況，從而使實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的數(shù)據(jù)更具有工程參考價(jià)值I、加載完成，夾具定位后的試件既可以進(jìn)行室外暴露試驗(yàn)，也可配合對(duì)應(yīng)的試件盒進(jìn)行室內(nèi)的快速凍融循環(huán)試驗(yàn)。2、在配合對(duì)應(yīng)的試件盒進(jìn)行室內(nèi)的快速凍融循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，可與現(xiàn)有的快速凍融循環(huán)機(jī)配套使用。3、能對(duì)試件提供一個(gè)同時(shí)受壓、受彎及多因數(shù)耦合作用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。4、由于拉桿直徑不受限制，故夾具極限承受力可在一定程度上增大，從而能適用與有更高強(qiáng)度設(shè)計(jì)的試件。5、夾具加載時(shí)由壓力機(jī)和傳感器的控制和矯正，增加了加載精度，且一個(gè)壓力機(jī)和傳感器可對(duì)應(yīng)多個(gè)夾具，以便于定期調(diào)整夾具，防止拉桿應(yīng)力松弛，且避免了壓力機(jī)和傳感器受有害物質(zhì)侵蝕，從而提高了裝備使用效率，降低了成本。


圖I是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置的外觀透視圖；圖2是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置中壓力機(jī)的外觀透視圖3是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置中壓力機(jī)的正立面圖；圖4是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置中側(cè)夾具的外觀透視圖；圖5是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置中側(cè)夾具的正立面圖；圖6是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置中主夾具側(cè)夾具和混凝土試件的外觀透視圖；圖7是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置側(cè)夾具和混凝土試件的正立面圖；圖8是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置中試件盒的外觀透 視圖；圖9是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置中試件盒件的正立面圖；圖10是本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置中傳感器組件的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖I 10，本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置由壓力機(jī)I、主夾具2、試件盒3、傳感器組件4、側(cè)夾具5五個(gè)部分組成。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各個(gè)部件的連接方式及其作用闡述如下壓力機(jī)I包括一個(gè)上壓板6，一下個(gè)壓板7，下壓板7中央放置有分離式液壓千斤頂10，兩壓板由四個(gè)拉桿9及8個(gè)螺帽8連接(參見圖2);主夾具2包括兩個(gè)一樣的壓板15，兩壓板由四個(gè)拉桿17及8個(gè)螺帽18連接(參見圖6);側(cè)夾具5包括包括一個(gè)左壓板13，一右個(gè)壓板12，兩壓板由四個(gè)小拉桿11及8個(gè)小螺帽14連接；傳感器組件4由一傳感器支架21及一個(gè)千分表或傳感器20組成。壓力機(jī)I的上下壓板5和7為相同面積的矩形金屬板材制成，壓力機(jī)I的上下壓板6和7為相同面積的矩形金屬板材制成，兩壓板四個(gè)角相應(yīng)位置均做有貫通的孔道，上壓板6中央固定有一個(gè)圓環(huán)狀金屬套筒。(參見圖2、圖3)。主夾具2中兩個(gè)一樣的上下壓板15為相同面積的矩形金屬板材制成，兩壓板四個(gè)角相應(yīng)位置均做有貫通的孔道，主夾具2壓板15的面積比壓力機(jī)I的兩壓板6和7的面積小，且其一個(gè)表面上還設(shè)有四個(gè)螺孔。(參見圖6、圖7)。側(cè)夾具5的左右壓板13和12為相同面積的矩形金屬板材制成，兩壓板四個(gè)角相應(yīng)位置均做有貫通的孔道，左壓板13的一表面中央位置上固定有兩個(gè)與矩形金屬板短邊平行的半圓柱金屬條，兩金屬條相距10cm，右壓板12的一表面中央位置上固定有兩個(gè)與矩形金屬板短邊平行的半圓柱金屬條，兩金屬條相距30cm。拉桿9、17及小拉桿11為圓柱形拉桿，兩端均車有螺紋，其螺紋分別與螺帽8、18及小螺帽14上螺紋相匹配，拉桿上車有螺紋區(qū)域的最大直徑比沒(méi)車螺紋區(qū)域的直徑要略小，拉桿直徑的差異形成了一個(gè)臺(tái)階，從而使得壓力機(jī)I或主夾具2的上壓板在不工作的時(shí)候不會(huì)順著拉桿降下來(lái)(參見圖2)。試件盒3是由電鍍鐵皮或不銹鋼板或橡膠板制成的上不封口的六面體槽，槽的底面積比壓板15的矩形面積稍大，槽高可取41-53cm內(nèi)任意一值(參見圖8、圖9)。傳感器支架21主體為一根方管，其底部固定在一矩形金屬板上，金屬板四個(gè)角上均有圓孔，圓孔大小和位置與主夾具2中壓板15表面螺孔的大小和位置一致，方管頂部側(cè)面向外凸出一部分使其從側(cè)面看呈倒“L”型，凸出部分為實(shí)心金屬制，其上表面設(shè)有一向下貫通的孔道，側(cè)表面設(shè)有一帶螺紋的貫通孔道，孔道上設(shè)有螺栓22 (參見圖10)。本發(fā)明荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)方法使用時(shí)先按四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)規(guī)范在混凝土試件19的相應(yīng)受力處畫上記號(hào)，使側(cè)夾具5中左壓板13和右壓板12上的半圓柱金屬條與混凝土試件19上相應(yīng)記號(hào)處相互接觸，兩側(cè)壓板的四個(gè)角裝上小拉桿11及小螺帽14，使用扭力扳手?jǐn)Q緊小螺帽14使得混凝土試 件19的受彎應(yīng)力達(dá)到其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)值，之后將混凝土試件19放入主夾具2中央位置，將傳感器支架21底部金屬板四個(gè)角上的圓孔與主夾具2中壓板15表面的四個(gè)螺孔對(duì)齊，擰上螺絲將兩者固定，千分表或傳感器20非觸頭的一邊插入傳感器支架上表面的貫通的孔道，另一邊與主夾具2中另一壓板15接觸，在擰緊螺栓22之后將以上整體放入壓力機(jī)I內(nèi)，然后操作油泵帶動(dòng)分離式液壓千斤頂10，使主夾具2加載到設(shè)計(jì)值，擰緊螺母18后卸掉千斤頂10的壓力，觀察千分表或傳感器20的讀數(shù)變化，再重新用千斤頂10加載到千分表或傳感器20讀數(shù)發(fā)生反向變化以后擰緊螺母18卸掉千斤頂10的壓力，重復(fù)此過(guò)程多次只到卸掉千斤頂10的壓力后千分表或傳感器20讀數(shù)與第一次加載前的讀數(shù)一樣，然后整體移出壓力機(jī)1，取下千分表或傳感器20，在拉桿17和螺帽18、小拉桿11和小螺帽14接觸處涂一層密封膠，最后整體可移到室外進(jìn)行暴露試驗(yàn)，也可放入對(duì)應(yīng)的試件盒3中，再全部放入快速凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)內(nèi)進(jìn)行快速凍融循環(huán)試驗(yàn)，卸載時(shí)用工具割掉主夾具2及側(cè)夾具5上的密封膠，再將主夾具2放回壓力機(jī)I內(nèi)，然后操作油泵帶動(dòng)分離式液壓千斤頂10，使主夾具2加載到設(shè)計(jì)值，擰松螺母18后卸掉千斤頂10的壓力，再將混凝土試件19和側(cè)夾具5整體移出壓力機(jī)1，用扳手?jǐn)Q松側(cè)夾具5上的小螺帽14，取出混凝土試件19。進(jìn)行暴露試驗(yàn)時(shí)，每暴露一段時(shí)間主夾具2及側(cè)夾具5要重復(fù)一次卸載和加載的過(guò)程，如有地方出現(xiàn)銹蝕跡象要及時(shí)涂油漆。
權(quán)利要求
1.荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置，其特征是包括壓力機(jī)、夾具、傳感器組件、試件盒，混凝土試件和傳感器組件安裝在夾具里，夾具安裝在壓力機(jī)里，試件盒套在壓力機(jī)外面；壓力機(jī)包括壓力機(jī)上壓板、壓力機(jī)下壓板、壓力機(jī)拉桿、千斤頂，壓力機(jī)拉桿安裝在壓力機(jī)上壓板和壓力機(jī)下壓板之間，千斤頂安裝在壓力機(jī)下壓板上，壓力機(jī)上壓板上設(shè)置第一圓環(huán)狀金屬套筒，千斤頂上設(shè)置第二圓環(huán)狀金屬套筒；夾具主夾具和側(cè)夾具，主夾具包括主夾具上壓板、主夾具下壓板、主夾具拉桿，主夾具拉桿安裝在主夾具上壓板和主夾具下壓板之間，主夾具上壓板上設(shè)置與第一圓環(huán)狀金屬套筒相配合的第一金屬環(huán)，主夾具下壓板上設(shè)置與第二圓環(huán)狀金屬套筒相配合的第二金屬環(huán)，側(cè)夾具包括側(cè)夾具左壓板、側(cè)夾具右壓板、側(cè)夾具拉桿，側(cè)夾具拉桿安裝在側(cè)夾具左壓板和側(cè)夾具右壓板之間，側(cè)夾具左壓板上設(shè)置第一組距離為IOcm的兩個(gè)半圓柱金屬條，側(cè)夾具右壓板上設(shè)置第二組距離為30cm的兩個(gè)半圓柱金屬條，混凝土試件的上下端面緊貼主夾具的上壓板和下壓板，混凝土試件的兩個(gè)側(cè)面緊貼側(cè)夾具的左壓板和右壓板；傳感器組件包括傳感器支架、傳感器，傳感器通過(guò)傳感器支架安裝在夾具上壓板和夾具下壓板之間。
2.荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)方法，采用權(quán)利要求I所述的荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置，其特征是按四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)規(guī)范在混凝土試件的相應(yīng)受力處畫上記號(hào)，使側(cè)夾具中左壓板和右壓板上的半圓柱金屬條與混凝土試件上相應(yīng)記號(hào)處相互接觸，固定側(cè)夾具拉桿使得混凝土試件的受彎應(yīng)力達(dá)到其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)值，將混凝土試件放入主夾具中央位置，將夾具、混凝土試件整體放入壓力機(jī)內(nèi)，操作千斤頂使主夾具加載到設(shè)計(jì)值，固定主夾具拉桿卸掉千斤頂?shù)膲毫?，再重新用千斤頂加載到傳感器讀數(shù)發(fā)生反向變化以后擰緊螺母卸掉千斤頂?shù)膲毫Γ貜?fù)上述過(guò)程直到卸掉千斤頂?shù)膲毫髠鞲衅髯x數(shù)與第一次加載前的讀數(shù)一樣，然后整體移出壓力機(jī)，取下傳感器，在主夾具拉桿與主夾具壓板、側(cè)夾具拉桿與側(cè)夾具壓板接觸處涂一層密封膠，最后整體移到室外進(jìn)行暴露試驗(yàn)或放入對(duì)應(yīng)的試件盒中，再全部放入快速凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)內(nèi)進(jìn)行快速凍融循環(huán)試驗(yàn)；卸載時(shí)割掉主夾具及側(cè)夾具上的密封膠，再將主夾具放回壓力機(jī)內(nèi)，然后操作千斤頂使主夾具加載到設(shè)計(jì)值，松開拉桿壓力，再將混凝土試件和側(cè)夾具整體移出壓力機(jī)，取出混凝土試件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)方法，其特征是進(jìn)行暴露試驗(yàn)時(shí),設(shè)定暴露時(shí)間間隔,每經(jīng)過(guò)一個(gè)暴露時(shí)間間隔后夾具重復(fù)一次卸載和加載混凝土試件的過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供荷載與多因數(shù)耦合作用下混凝土試驗(yàn)加載裝置及試驗(yàn)方法，包括壓力機(jī)、夾具、傳感器組件、試件盒，混凝土試件和傳感器組件安裝在夾具里，夾具安裝在壓力機(jī)里，試件盒套在壓力機(jī)外面。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，可以模擬實(shí)際工程中應(yīng)力、化學(xué)侵蝕、干濕循環(huán)或凍融循環(huán)共同作用于混凝土構(gòu)件的真實(shí)工況，從而使實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的數(shù)據(jù)更具有工程參考價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N3/32GK102778389SQ20121022005
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者劉宗民, 周鵬, 喻虎, 孫超, 毛繼澤, 溫家寶 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)