測(cè)量土工合成材料彈性模量的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料檢測(cè)技術(shù)范疇，具體涉及測(cè)量土工合成材料彈性模量的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，越來越多的材料被廣泛的應(yīng)用于土木工程建設(shè)中。土工合成材料作為一種新型的合成材料，具有輕質(zhì)、反濾、排水、隔離、增強(qiáng)、成本低、耐腐蝕等優(yōu)良性能，被廣泛的應(yīng)用在民用建筑、道路與橋梁、水利工程、巖土工程、環(huán)境工程、交通工程、市政工程及圍海造地工程、核電站與軍事防護(hù)等工程。例如，土工織物用于濾層、隔離和防護(hù);土工格柵、條帶和有紡或編織土工織物用于加筋;土工膜用于防滲土工網(wǎng)和三維植被網(wǎng)墊用于排水和坡面的穩(wěn)定等。我國對(duì)土工合成材料應(yīng)用起步較晚，而且土工材料作為一種復(fù)合材料，其力學(xué)性能指標(biāo)依據(jù)合成材料的不同而有所差異。因此在應(yīng)用材料之前，我們需要詳細(xì)了解到材料的力學(xué)性質(zhì)。傳統(tǒng)的試驗(yàn)機(jī)主要應(yīng)用于混凝土的壓縮和鋼筋的拉伸實(shí)驗(yàn)，如采用該力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)量合成材料的彈性模量，由于其量程過大，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度過低。但是，如果我們應(yīng)用土工合成材料，就需要對(duì)其各力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行精確測(cè)量(例如材料的彈性模量)，然而目前該試驗(yàn)裝置很少有人研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測(cè)量土工合成材料彈性模量的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，可用于對(duì)土工合成材料的彈性模量測(cè)定。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0005]測(cè)量土工合成材料彈性模量的試驗(yàn)裝置，包括在試件上部對(duì)試件施加豎向荷載的豎向加載裝置，所述豎向加載裝置的兩對(duì)側(cè)均設(shè)有反力架，所述反力架的頂部固定有位移傳感器，位移傳感器頂部固定第一試件夾具組件，所述豎向加載裝置底部設(shè)有與第一試件夾具組件相配合的第二試件夾具組件;第一試件夾具組件和第二試件夾具組件相配合直接夾持試件，第一試件夾具組件設(shè)置在豎向加載裝置底部，通過豎向加載裝置自身的伸縮對(duì)試件施加豎向荷載。
[0006]現(xiàn)有傳統(tǒng)裝置將加載裝置放置在下部，且需要連接聯(lián)動(dòng)裝置來調(diào)節(jié)橫梁升降來控制加載，而本發(fā)明中將加載裝置放置在上部，只需控制加載裝置的探頭伸縮來實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的拉伸和調(diào)控加載大小，裝置安裝較為簡(jiǎn)單，無需太多復(fù)雜部件。
[0007]所述豎向加載裝置包括底座，所述底座上端設(shè)有豎梁，豎梁頂部與橫向反力梁固定連接，所述反力梁底部中心處固設(shè)有豎向千斤頂;沿所述底座的豎直軸向設(shè)有用以測(cè)量豎向拉力的拉力傳感器，拉力傳感器與控制器連接，控制器與顯示器連接，顯示器可設(shè)置于底座上或整個(gè)裝置的其他位置;底座可保證試件加載過程中的穩(wěn)定性，采用豎向千斤頂來提供試件所受的拉力。一般的壓力機(jī)拉力大小都是通過電腦顯示，而本發(fā)明直接將拉力傳感器固定在底部，通過顯示器可直接讀出拉力大小。
[0008]傳統(tǒng)的拉伸裝置量程一般為100KN，造成測(cè)量的彈性模量精度較低，而本發(fā)明加載裝置量程較小，測(cè)量的精度較高，更容易獲得材料的精確指標(biāo)。本發(fā)明中拉力傳感器量程為10000N，位移傳感量程為5cm。
[0009]所述第二試件夾具組件固定于豎向千斤頂?shù)撞?其中一個(gè)夾具固定在千斤頂?shù)撞靠梢噪S千斤頂探頭的伸縮來調(diào)節(jié)待拉伸試件的長(zhǎng)度，當(dāng)千斤頂加載后，探頭向上移動(dòng)，與千斤頂固定的夾具也隨之移動(dòng)，提供拉力。另一端探頭與傳感器固定，當(dāng)試件發(fā)生位移時(shí)，傳感器可以顯示試件位移。
[0010]所述拉力傳感器通過拉力傳感器墊片固定于底座上，拉力傳感器頂部與第一試件夾具組件的底部相連接;拉力傳感器測(cè)量試件在被拉過程中所受到的拉力大小。
[0011]所述第一試件夾具組件包括固定于位移傳感器上的夾具底座，所述夾具底座兩側(cè)部均設(shè)有側(cè)壁，側(cè)壁上穿有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端部延伸至側(cè)壁之間并與夾片連接;采用夾片，可以方便試件與夾片充分接觸，保證夾持試件的夾緊力。通過轉(zhuǎn)動(dòng)把手的旋轉(zhuǎn)來控制與試件相連的方形墊片，當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)把手同時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，方形墊片加緊試件；當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)把手同時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，方形墊片松開試件。
[0012]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸另一端部延伸出側(cè)壁并與轉(zhuǎn)動(dòng)把手連接;可通過轉(zhuǎn)動(dòng)把手，快速方便調(diào)節(jié)夾片的位置，以適應(yīng)夾持不同厚度的試件。
[0013]所述第二試件夾具組件包括固定于豎向千斤頂?shù)撞康膴A具底座，所述夾具底座兩側(cè)部均設(shè)有側(cè)壁，側(cè)壁上穿有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端部延伸至側(cè)壁之間并與夾片連接。
[0014]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸另一端部延伸出側(cè)壁并與轉(zhuǎn)動(dòng)把手連接;可通過轉(zhuǎn)動(dòng)把手，快速方便調(diào)節(jié)夾片的位置，以適應(yīng)夾持不同厚度的試件。
[0015]所述反力架底部固定于工字鋼底座上，所述反力架頂部中心處固定有水平剛性支架，所述位移傳感器固定于剛性支架上;位移傳感器與控制器連接，控制器與顯示器連接，顯示器可設(shè)置于底座上或整個(gè)裝置的其他位置。
[0016]優(yōu)選的，所述位移傳感器的個(gè)數(shù)為4個(gè)，4個(gè)位移傳感器分別對(duì)應(yīng)于夾具底座下表面的四個(gè)角處;設(shè)置4個(gè)位移傳感器可以減少測(cè)量誤差。
[0017]測(cè)量土工合成材料彈性模量的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0018]步驟1:按照設(shè)定要求制取設(shè)定長(zhǎng)度、寬度和厚度的試件；
[0019]步驟2:固定試件，將試件用第一夾具組件和第二夾具組件進(jìn)行夾緊固定;試件由土工合成材料制成；
[0020]步驟3:對(duì)所述試件施加豎向荷載，待試件拉直后，停止加載；
[0021]步驟4:間隔設(shè)定時(shí)間檢測(cè)記錄拉力傳感器和位移傳感器的數(shù)據(jù)；
[0022]步驟5:依據(jù)試件受到的拉力、試件的寬度和試件的厚度計(jì)算得出試件所受到的應(yīng)力;依據(jù)試件的長(zhǎng)度和試件在試驗(yàn)過程中的拉伸長(zhǎng)度計(jì)算出試件的應(yīng)變；
[0023 ]步驟6:根據(jù)步驟5計(jì)算出的應(yīng)力與應(yīng)變，繪制應(yīng)力與應(yīng)變曲線，并求出該曲線在直線段處的斜率值，該斜率值即為所測(cè)量的試件的彈性模量。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟2中分別測(cè)量3次試件的長(zhǎng)度、寬度和厚度，取3次測(cè)量值得平均值為最終測(cè)得的試件的長(zhǎng)度、寬度和厚度。
[0025]優(yōu)選的，所述步驟6之后進(jìn)行以下步驟:取相同尺寸的試件重復(fù)多次進(jìn)行步驟1-步驟6的試驗(yàn)過程，取多次試驗(yàn)中獲得的斜率值的平均值為最終所測(cè)量的試件的彈性模量。
[0026]本發(fā)明的工作原理為:
[0027]將試件用第一夾具組件和第二夾具組件夾緊固定后，通過豎向千斤頂在試件上部施加豎向荷載，然后通過拉力傳感器監(jiān)測(cè)試件在試驗(yàn)過程中受到的拉力大小，通過位移傳感器監(jiān)測(cè)試件在試驗(yàn)過程中長(zhǎng)度尺寸的變化，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，得出所測(cè)試件的彈性模量。
[0028]本發(fā)明的有益效果為:
[0029]1、本發(fā)明提出了一種測(cè)量土工合成材料試驗(yàn)裝置及其使用方法，可用于對(duì)各種常見材料的彈性模量測(cè)定。
[0030]2、本發(fā)明模型加工方便，易于拆卸和搬運(yùn)，可以重復(fù)利用。
[0031]3、本發(fā)明可以應(yīng)用于對(duì)不同尺寸試驗(yàn)材料檢測(cè)，對(duì)試驗(yàn)材料的限制極小。
[0032]4、本發(fā)明克服了傳統(tǒng)壓力機(jī)試驗(yàn)精度較低的弊端，可提高試驗(yàn)的精度。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明試驗(yàn)裝置的軸測(cè)圖；
[0034]圖2為本發(fā)明中夾具組件的示意圖；
[0035]圖3為豎向加載裝置中實(shí)現(xiàn)加載的部件示意圖；
[0036]圖4為支撐反力架與位移傳感器配合示意圖；
[0037]圖中，I.底座，2.反力架，3.拉力傳感器墊片，4.拉力傳感器，5.位移傳感器，6 ?夾具組件，7.豎梁，8.豎向千斤頂，9.反力梁，10.夾片，11.夾具底座，12.轉(zhuǎn)動(dòng)軸，13.豎向千斤頂?shù)鬃?4.剛性支架，15.工字鋼底座，16.轉(zhuǎn)動(dòng)把手。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0039]如圖1所示，測(cè)量土工合成材料彈性模量試驗(yàn)裝置，從下到上依次是底座I，反力架2，拉力傳感器4，位移傳感器5，夾具組件6、豎向千斤頂8，反力梁9組成。其中底座1、豎梁7、反力梁9、豎向千斤頂8構(gòu)成對(duì)試件施加豎向荷載的豎向加載裝置，豎向千斤頂8通過向上調(diào)節(jié)長(zhǎng)度來對(duì)試件施加豎向拉力;試件夾持于夾具組件6之間，夾具組件6設(shè)置兩個(gè)，兩個(gè)夾具組件6之間具有一定間距，其中一個(gè)夾具組件6固定于豎向千斤頂8上，另一個(gè)夾具組件6固定于4個(gè)位移傳感器5上，4個(gè)位移傳感器5剛接在與底座I平行的水平剛性支架14上，剛性支架14剛接在反力架2上。
[0040]采用平衡底座放置防止試驗(yàn)材料受力偏心，