CN114112639B - 一种拉压双功能混凝土徐变试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

一种拉压双功能混凝土徐变试验装置及其试验方法，试验装置包括由下至上依次水平设置的底板、活动板、固定板、施力板、传载板和顶板，传载板与顶板之间设置有千斤顶，传载板与施力板之间设置有施力弹簧，固定板与活动板之间安装混凝土试件，混凝土试件的两侧沿形变方向安装位移传感器，施力板、固定板以及活动板之间连接施力杆，且施力杆分别通过活动螺栓与固定板以及活动板相连，固定板以及活动板的位置通过活动螺栓能够进行固定或释放。本发明装置具有操作过程简单，加载过程试件受荷稳定，混凝土试件固定紧密，适用于长期徐变测量，可通过转换加载方向，能实现拉伸和压缩两种徐变测试等优点。

Description

一种拉压双功能混凝土徐变试验装置及其试验方法

技术领域

本发明属于混凝土试验领域，涉及一种拉压双功能混凝土徐变试验装置及其试验方法。

背景技术

徐变是一种混凝土作为粘滞弹性体和时间相关的重要性质，混凝土徐变试验用于测量在长期恒定荷载下，混凝土随时间持续增长的应变数据。近些年对于混凝土在受压状态下徐变特性的研究较为成熟，而对于混凝土受拉状态下的徐变特性研究较少。

已有的测试混凝土徐变的试验装置主要针对混凝土受压徐变，这种测量混凝土受压徐变的实验装置无法对混凝土的拉伸徐变进行测试。对于已有的针对混凝土的拉伸徐变试验装置，例如公开号为CN 110926945 A的专利申请提供了一种针对高强混凝土的拉伸徐变试验装置，采用人工操作施力螺母挤压施力弹簧进行加载，能够实现通过施力弹簧对试件施加拉力，但无法保证多次加载的稳定性和统一性。混凝土试件与两端钢板采用粘合剂进行粘贴，并在钢板上设置拉环嵌入混凝土试件内加强固定，无法保证混凝土试件受载产生拉应力后试件两端与钢板完全固定，容易在试件受拉时产生局部脱空现象。且该试验装置只能对混凝土试件受拉徐变进行测试，无法通过传力系统的转化测量混凝土试件的受压徐变。又如公开号为CN 112067451 A的专利申请提供了一种混凝土拉伸压缩徐变多模式加载装置，采用杠杆支架体系，能够实现多种拉伸徐变和压缩徐变加载，荷载利用效率较高，但该加载系统无法防止偏心加载和试件局部的应力集中问题，且无法保证外荷载的稳定性。

[1]汪剑,方志. 大跨预应力混凝土箱梁桥收缩徐变效应测试与分析[J].土木工程学报，2008，41(1):70-81.

[2]吴韶斌.长期持续荷载下的混凝土徐变破坏研究[D],重庆交通大学，2013.

[3]刘加平，吴义凯，杨果，许弟升.一种针对高强混凝土的拉伸徐变试验装置以及方法[P].中国：CN110926945A，2020-03-27.

[4]张正阳，徐平. 混凝土拉伸压缩徐变多模式加载装置[P].中国：CN112067451A，2020-12-21.

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉压双功能混凝土徐变试验装置及其试验方法，针对解决已有的混凝土徐变测试装置在测试混凝土受压徐变方面较为成熟，而对于混凝土试件在受拉状态下的徐变测试较少的问题，能够方便地转化拉伸徐变与压缩徐变的测试模式。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种拉压双功能混凝土徐变试验装置，包括由下至上依次水平设置的底板、活动板、固定板、施力板、传载板和顶板，所述的传载板与顶板之间设置有千斤顶，传载板与施力板之间设置有施力弹簧，固定板与活动板之间安装混凝土试件，混凝土试件的两侧沿形变方向安装位移传感器，所述的施力板、固定板以及活动板之间连接施力杆，且施力杆分别通过活动螺栓与固定板以及活动板相连，固定板以及活动板的位置通过活动螺栓能够进行固定或释放。

作为本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的一种优选方案，所述的底板、活动板、固定板、施力板、传载板以及顶板通过若干根螺纹杆连接，且底板上开设盲孔，螺纹杆的底部固定安装在底板的盲孔上；所述活动板、固定板、施力板、传载板与顶板上开设贯穿孔，螺纹杆由贯穿孔穿过，且所述的顶板与固定板通过固定螺栓与螺纹杆相连，所述的传载板、施力板以及活动板分别通过活动螺栓与螺纹杆相连。

作为本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的一种优选方案，所述的施力杆焊接固定在施力板上。

作为本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的一种优选方案，所述的施力弹簧的两端分别焊接固定在传载板和施力板上。

作为本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的一种优选方案，所述的千斤顶上安装有荷载传感器。

作为本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的一种优选方案，所述的固定板下表面设置有上限位装置，活动板上表面设置有下限位装置，混凝土试件的两端被上限位装置和下限位装置固定。

作为本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的一种优选方案，所述的上限位装置和下限位装置包括壳体，壳体加工有缩口型的腔体，腔体的一侧面开设试件装入口；混凝土试件的两端具有外扩型底座，外扩型底座能够装入腔体并限位。

本发明还提供一种拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法，包括以下步骤：

拉伸徐变测试：

将混凝土试件安装在固定板与活动板之间；

将位移传感器安装在混凝土试件的两侧；

通过千斤顶加压，荷载通过传载板施加到施力弹簧上，施力弹簧经施力板与施力杆使活动板产生向下位移，对混凝土试件施加拉力；

获取并记录试验数据，以时间的对数坐标为横轴，以混凝土试件受拉应变的数据为纵轴，绘制出混凝土试件的受拉徐变曲线；

受压徐变测试：

将混凝土试件安装在固定板与活动板之间；

将位移传感器安装在混凝土试件的两侧；

通过千斤顶加压，荷载通过传载板施加到施力弹簧上，固定板与施力杆固定，施力弹簧经施力板与施力杆使固定板产生向下的位移，而活动板的位置固定，对混凝土试件施加压力；

获取并记录试验数据，以时间的对数坐标为横轴，以混凝土试件受压应变的数据为纵轴，绘制出混凝土试件的受压徐变曲线。

作为本发明试验方法的一种优选方案，所述通过千斤顶加压之前先进行预加载，即先使用千斤顶进行预加载，根据试验装置整体变形大小判断受力是否稳定，当试验装置受力稳定之后再进行正式加压，开始获取并记录试验数据。

相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：通过在顶板与底板之间分层设置活动板、固定板、施力板和传载板，采用千斤顶作为施力装置，并经过施力弹簧以及由施力杆连接在一起的施力板、固定板以及活动板完成力的传递。待测混凝土试件安装在固定板与活动板之间，由于固定板以及活动板均通过活动螺栓与施力杆相连，固定板以及活动板的位置通过活动螺栓能够选择进行固定或释放，以此实现不同的测试方式，拉伸徐变测试时，施力弹簧经施力板与施力杆使活动板产生向下位移，对混凝土试件施加拉力，受压徐变测试时，施力弹簧经施力板与施力杆使固定板产生向下的位移，而活动板的位置固定，对混凝土试件施加压力。本发明装置具有操作过程简单，加载过程试件受荷稳定，混凝土试件固定紧密，适用于长期徐变测量，可通过转换加载方向，能实现拉伸和压缩两种徐变测试等优点。

进一步的，本发明采用上下两个限位装置，保证混凝土试件的两端固定紧密，从而防止偏心加载和试件局部可能出现的应力集中问题，对混凝土试件中部应变较为稳定的部分进行长标距测试，测试结果准确，采用荷载传感器和位移传感器测量徐变过程。

附图说明

图1 本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的正视结构示意图；

图2 本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的侧视结构示意图；

图3 本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的立体结构示意图；

图4 本发明位移传感器与混凝土试件的装配结构示意图；

图5 本发明的顶板结构示意图；

图6 本发明的底板结构示意图；

图7 本发明限位装置的结构示意图；

附图中：1-螺纹杆；2-固定螺栓；3-顶板；4-底板；5-传载板；6-施力板；7-施力杆；8-通孔；9-荷载传感器；10-千斤顶；11-活动螺栓；12-施力弹簧；13-固定板；14-上限位装置；15-混凝土试件；16-下限位装置；17-活动板；18-位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

现有混凝土徐变测试装置在测试混凝土受压徐变方面较为成熟，而对于混凝土试件在受拉状态下的徐变测试较少。本发明提出一种拉压双功能混凝土徐变试验装置及其试验方法，在测试过程中仅需要通过千斤顶一次加载，使用高强弹簧和固定螺栓紧固加载力。通过调节活动螺栓的锚固位置，可方便地转化拉伸徐变与压缩徐变的测试模式，扩大了装置应用范围。

参见图1，图2，本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置包括由下至上依次水平设置的底板4、活动板17、固定板13、施力板6、传载板5和顶板3，其中，底板4、活动板17、固定板13、施力板6、传载板5以及顶板3均为相等大小的矩形板，通过位于四个角的四根螺纹杆1连接。参见图5和图6，底板4上开设盲孔，螺纹杆1的底部固定安装在底板4的盲孔上，而活动板17、固定板13、施力板6、传载板5与顶板3上开设贯穿孔，螺纹杆1由贯穿孔穿过，且顶板3与固定板13通过固定螺栓2与螺纹杆1相连，传载板5、施力板6以及活动板17分别通过活动螺栓11与螺纹杆1相连，固定螺栓2实现固定作用，而活动螺栓11可以临时固定也可以打开。传载板5与顶板3之间设置有千斤顶10，千斤顶10上安装有荷载传感器9。传载板5与施力板6之间设置有施力弹簧12，施力弹簧12的两端分别焊接固定在传载板5和施力板6上。固定板13与活动板17之间安装混凝土试件15，固定板13下表面设置有上限位装置14，活动板17上表面设置有下限位装置16，混凝土试件15的两端被上限位装置14和下限位装置16固定。参见图7，上限位装置14和下限位装置16包括壳体，壳体加工有缩口型的腔体，腔体的一侧面开设试件装入口。参见图4，混凝土试件15的两端具有外扩型底座，外扩型底座能够装入腔体并限位。混凝土试件15的两侧沿形变方向安装位移传感器18，施力板6、固定板13以及活动板17之间连接施力杆7，施力杆7的一端焊接固定在施力板6上，且施力杆7分别通过活动螺栓11与固定板13以及活动板17相连，所述固定板13以及活动板17的位置通过活动螺栓11能够进行固定或释放。

本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的安装步骤包括：

1）将底板4固定于平整地面上，并将四根螺纹杆1放入底板4对应孔位并临时固定。

2）安装活动板17，并在与螺纹杆1接触部位的上下侧通过活动螺栓11进行临时固定。

3）安装固定板13，并在与螺纹杆1接触部位的上下侧通过固定螺栓2进行固定。活动板17与固定板13之间预留高度L1以保证混凝土试件15安装的空间。

4）将施力杆7安装于活动板17与固定板13对应的孔位并通过活动螺栓11进行临时固定。

5）安装施力板6，并在与螺纹杆1接触部位的上下侧通过活动螺栓11进行临时固定，将施力杆7上侧与施力板6进行焊接。

6）安装传载板5，并在与螺纹杆1接触部位的上下侧通过活动螺栓11进行临时固定。在传载板5与施力板6之间预留高度L2以保证施力弹簧12的安装空间。

7）安装施力弹簧12，将施力弹簧12的上下两端分别与传载板5和施力板6进行焊接，并用角磨机修整。

8）安装顶板3，并在与螺纹杆1接触部位的上下两侧用过固定螺栓2进行永久固定。顶板3与传载板5之间预留高度L3以保证千斤顶10的安装空间。

10）将千斤顶10安装于传载板上部并在千斤顶10上布置荷载传感器9。

11）安装上限位装置14和下限位装置16，将上限位装置14的宽侧与固定板13进行焊接，下限位装置16的宽侧与活动板17焊接。

12）检查焊接部位以及螺栓紧固情况，完成测试装置安装。

本发明拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法包括以下步骤：

1.拉伸徐变测试：

1.1）将成型并且达到龄期的混凝土狗骨形混凝土试件15通过上限位装置14与下限位装置16固定在试验装置中，上下限位装置一侧开孔以方便安装与固定试件，上侧限位装置14与固定板13相连，下侧限位装置16与活动板17相连，此时活动板17与施力杆7通过活动螺栓11固定；

1.2）在混凝土试件15固定好后，将位移传感器18安装到混凝土试件15的两侧，调整好位置后固定。

1.3）使用千斤顶10进行预加载，此时观察试验装置，若结构受力后整体变形小，结构受力稳定，则进行步骤1.4中的正式加载。通过预加载保证传力系统稳定，确保试验数据准确。

1.4）使用千斤顶10加压，荷载通过传载板5施加到施力弹簧12上，施力弹簧12通过施力板6与施力杆7使活动板17产生向下的位移，对混凝土试件15施加拉力。

1.5）在施力弹簧12通过施力板6与施力杆7作用于活动板17上，使活动板17产生向下的位移之前，及时开启混凝土试件15两侧的位移传感器18，保证试验数据的完整性。

1.6）通过试验数据，以时间的对数坐标为横轴，以记录的混凝土试件15受拉应变的数据为纵轴，绘制出混凝土试件受拉徐变曲线。

2.受压徐变测试：

在受压徐变测试中，只需将活动板17与反力架通过活动螺栓11固定，固定板13与施力杆7通过螺栓固定，并解开活动板17与施力杆7的活动螺栓11，解开固定板13与反力架的活动螺栓11，通过以下的测试步骤即可进行混凝土压缩徐变测试。

2.1）将成型并且达到龄期的混凝土狗骨形混凝土试件15通过上限位装置14与下限位装置16固定在试验装置中，上下限位装置一侧开孔以方便安装与固定试件，上侧限位装置14与固定板13相连，下侧限位装置16与活动板17相连，此时活动板17与反力架通过活动螺栓11固定，活动板17与施力杆7之间的活动螺栓11释放，使施力杆7能在活动板17上的通孔内自由上下活动 。

2.2）在混凝土试件15固定好后，将位移传感器18安装到混凝土试件15两侧，调整好位置后固定。

2.3）使用千斤顶10进行预加载，此时观察试验装置，若结构受力后整体变形小，结构受力稳定，则进行步骤2.4中的正式加载。通过预加载保证传力系统稳定，确保实验数据准确。

2.4）使用千斤顶10加压，荷载通过传载板5施加到施力弹簧12上，此时固定板13与施力杆7通过活动螺栓11固定，施力弹簧12通过施力板6与施力杆7使固定板13产生向下的位移，而活动板17与反力架通过活动螺栓11固定，则可对混凝土试件15施加压力。

2.5）在施力弹簧12通过施力板6与施力杆7作用于固定板13上，使固定板13产生向下的位移之前，及时开启混凝土试件15两侧的位移传感器18，保证试验数据的完整性。

2.6）通过试验数据，以时间的对数坐标为横轴，以记录的混凝土试件15受压应变的数据为纵轴，绘制出混凝土试件受压徐变曲线。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法，其特征在于，所述拉压双功能混凝土徐变试验装置包括由下至上依次水平设置的底板(4)、活动板(17)、固定板(13)、施力板(6)、传载板(5)和顶板(3)，所述的底板(4)、活动板(17)、固定板(13)、施力板(6)、传载板(5)以及顶板(3)通过若干根螺纹杆(1)连接，且底板(4)上开设盲孔，螺纹杆(1)的底部固定安装在底板(4)的盲孔上；所述活动板(17)、固定板(13)、施力板(6)、传载板(5)与顶板(3)上开设贯穿孔，螺纹杆(1)由贯穿孔穿过，且顶板(3)与固定板(13)通过固定螺栓(2)与螺纹杆(1)相连，所述的传载板(5)、施力板(6)以及活动板(17)分别通过活动螺栓(11)与螺纹杆(1)相连；所述的传载板(5)与顶板(3)之间设置有千斤顶(10)，传载板(5)与施力板(6)之间设置有施力弹簧(12)，固定板(13)与活动板(17)之间安装混凝土试件(15)，混凝土试件(15)的两侧沿形变方向安装位移传感器(18)，所述的施力板(6)、固定板(13)以及活动板(17)之间连接施力杆(7)，且施力杆(7)分别通过活动螺栓(11)与固定板(13)以及活动板(17)相连，固定板(13)以及活动板(17)的位置通过活动螺栓(11)能够进行固定或释放；

试验方法包括以下步骤：

拉伸徐变测试：

将混凝土试件(15)安装在固定板(13)与活动板(17)之间；

将位移传感器(18)安装在混凝土试件(15)的两侧；

通过千斤顶(10)加压，荷载通过传载板(5)施加到施力弹簧(12)上，施力弹簧(12)经施力板(6)与施力杆(7)使活动板(17)产生向下位移，对混凝土试件(15)施加拉力；

获取并记录试验数据，以时间的对数坐标为横轴，以混凝土试件(15)受拉应变的数据为纵轴，绘制出混凝土试件(15)的受拉徐变曲线；

受压徐变测试：

将混凝土试件(15)安装在固定板(13)与活动板(17)之间；

将位移传感器(18)安装在混凝土试件(15)的两侧；

通过千斤顶(10)加压，荷载通过传载板(5)施加到施力弹簧(12)上，固定板(13)与施力杆(7)固定，施力弹簧(12)经施力板(6)与施力杆(7)使固定板(13)产生向下的位移，而活动板(17)的位置固定，对混凝土试件(15)施加压力；

获取并记录试验数据，以时间的对数坐标为横轴，以混凝土试件(15)受压应变的数据为纵轴，绘制出混凝土试件(15)的受压徐变曲线。

2.根据权利要求1所述基于拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述通过千斤顶(10)加压之前先进行预加载，即先使用千斤顶(10)进行预加载，根据试验装置整体变形大小判断受力是否稳定，当试验装置受力稳定之后再进行正式加压，开始获取并记录试验数据。

3.根据权利要求1所述基于拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述的施力杆(7)焊接固定在施力板(6)上。

4.根据权利要求1所述基于拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述的施力弹簧(12)的两端分别焊接固定在传载板(5)和施力板(6)上。

5.根据权利要求1所述基于拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述的千斤顶(10)上安装有荷载传感器(9)。

6.根据权利要求1所述基于拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述的固定板(13)下表面设置有上限位装置(14)，活动板(17)上表面设置有下限位装置(16)，混凝土试件(15)的两端被上限位装置(14)和下限位装置(16)固定。

7.根据权利要求6所述基于拉压双功能混凝土徐变试验装置的试验方法，其特征在于：所述的上限位装置(14)和下限位装置(16)包括壳体，壳体加工有缩口型的腔体，腔体的一侧面开设试件装入口；混凝土试件(15)的两端具有外扩型底座，外扩型底座能够装入腔体并限位。