專(zhuān)利名稱(chēng)：雙臂式抗剪強(qiáng)度測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試儀器，尤其涉及一種在工程建設(shè)和科學(xué)研究中用于測(cè)試混凝土與加固工程中的纖維布之間粘結(jié)強(qiáng)度的雙臂式抗剪強(qiáng)度測(cè)試儀
背景技術(shù)：
自從纖維布材料用于工程建設(shè)中即將纖維布貼于混凝土表面以增強(qiáng)、加固、修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)，從而大大改善結(jié)構(gòu)受力性能的技術(shù)推廣以來(lái)，圍繞纖維布材料的力學(xué)性能、粘結(jié)方法、纖維布與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度等的試驗(yàn)研究越來(lái)越深入。纖維布材包括碳纖維布CFRP、玻璃纖維布GFRP、芳綸纖維布AFRP、混雜纖維布等。應(yīng)用于加固工程中的纖維布主要是碳纖維布與玻璃纖維布，其抗拉強(qiáng)度大體在2000～4000Mpa之間。
目前國(guó)內(nèi)外研究纖維布與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)主要采用以下的幾種方法1.彎剪法由兩塊同條件澆制的混凝土塊通過(guò)纖維布在底部粘結(jié)，然后通過(guò)試驗(yàn)機(jī)加載。由試驗(yàn)機(jī)上可直接測(cè)出受力荷載。由纖維布與混凝土之間的實(shí)際受力面積可計(jì)算出混凝土的抗剪強(qiáng)度。鄭州大學(xué)等采用此法試驗(yàn)。這種方法比較簡(jiǎn)單，可直接利用試驗(yàn)機(jī)加載。受力各支點(diǎn)位置明確。但實(shí)際操作比較困難，很容易使纖維布與混凝土之間產(chǎn)生剝離，試驗(yàn)成功率低。而且試件受力后由于纖維布的延伸造成試件的撓度增大之后，纖維布與混凝土之間由最初的承受純剪逐漸過(guò)渡到承受壓剪，使得纖維布與混凝土之間的剪力值偏大。以此作基礎(chǔ)的計(jì)算值應(yīng)用于實(shí)際工程中會(huì)造成工程的不安全。
2.單臂拉剪法這種方法在纖維布受拉過(guò)程中，方向一直不變，即纖維布與混凝土之間一直處于純剪狀態(tài)。這樣做受力明確，計(jì)算方便。已見(jiàn)的文獻(xiàn)有大連理工大學(xué)、香港理工大學(xué)等有關(guān)學(xué)者都用這種試驗(yàn)方法。但在這種原理下，試驗(yàn)方法各異。其共同特點(diǎn)是需要的平衡、定位、傳力等附屬裝置比較多，試驗(yàn)裝置費(fèi)用高，而且安裝復(fù)雜，試驗(yàn)難度大，也容易在試驗(yàn)中改變受力條件，試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)因試驗(yàn)方法而異。
3.雙臂式拉剪法這種方法在試驗(yàn)過(guò)程中，混凝土兩邊纖維布受力平衡，且自始至終不改變受力方向，剪切機(jī)理明確，是理想的試驗(yàn)方案。但實(shí)際試驗(yàn)難度大。因?yàn)闊o(wú)論多么嚴(yán)格的施工工藝和試驗(yàn)操作，混凝土上貼纖維布的兩個(gè)面均不會(huì)同時(shí)發(fā)生剪力破壞，總是有先后。這樣在破壞階段，如果沒(méi)有好的防護(hù)措施和裝置，則很容易造成事故，而且兩邊貼布實(shí)際上只能獲取最先破壞一邊的剪力值，另一邊因缺少平衡條件無(wú)法試驗(yàn)而難取其值。所以，至今只能在有關(guān)文獻(xiàn)中查到同濟(jì)大學(xué)趙海東用千斤頂加載的試驗(yàn)。但他這種試驗(yàn)方法需用一個(gè)附屬架吊裝千斤頂。不僅附件多，安裝對(duì)中難度大，而且試件水平方向放置，鉸結(jié)點(diǎn)多。加載時(shí)還會(huì)因支承的摩擦力而使荷載值偏大。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高測(cè)試?yán)w維布與混凝土之間粘結(jié)強(qiáng)度的準(zhǔn)確性和試驗(yàn)的安全性，降低測(cè)試誤差，減少檢測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度和操作麻煩，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、操作方便、安全，測(cè)試數(shù)據(jù)精確、誤差小的雙臂式抗剪強(qiáng)度測(cè)試儀。
本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方式實(shí)現(xiàn)的一種雙臂式抗剪強(qiáng)度測(cè)試儀，它主要包括荷載傳感器、與荷載傳感器連接的剪強(qiáng)承力架，其特征在于剪強(qiáng)承力架有兩個(gè)既便于受力，又可減少自重的變截面支撐臂，在每個(gè)臂的下端頭都有固定被測(cè)試件兩側(cè)纖維布以定位及防滑的專(zhuān)門(mén)夾具，放置試件上面的壓板、與壓板活連接用的定位絲桿、用于支承試件的剪強(qiáng)支座。
剪強(qiáng)支座下有剪強(qiáng)基座支承，定位絲桿為四個(gè)，圍成矩形，每個(gè)絲桿上端通過(guò)螺紋、螺母連接在壓板上，下端螺旋連接在基座上。
為了準(zhǔn)確測(cè)試試件上纖維布承受的拉力，在每個(gè)支撐臂上設(shè)有按惠斯登電橋原理組橋、性能穩(wěn)定的應(yīng)變計(jì)。
本發(fā)明的積極效果是1、利用試驗(yàn)機(jī)加載操作方便，對(duì)中效果好，性能穩(wěn)定，而且一般實(shí)驗(yàn)室都有，可以直接開(kāi)發(fā)其功能。把剪強(qiáng)儀一次性安裝于試驗(yàn)機(jī)的橫梁上，就可省去以后的安裝、對(duì)中等操作，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。荷載控制也比較容易。
2、荷載傳感器既可準(zhǔn)確、高靈敏度地反映各級(jí)荷載，又可與計(jì)算機(jī)連接，直接采樣和處理荷載與試件上其他測(cè)試儀表輸出的關(guān)系曲線。荷載傳感器可根據(jù)試驗(yàn)要求而選用儀器制造廠生產(chǎn)的產(chǎn)品或自己制作。
3、剪強(qiáng)承力架是本發(fā)明的核心部件，試驗(yàn)中，每個(gè)承力臂都主要承受彎壓荷載，但對(duì)試件而言，纖維布受力方向一直不變。為了準(zhǔn)確測(cè)取試件上纖維布承受的拉力，本發(fā)明專(zhuān)門(mén)在每個(gè)承力臂上布設(shè)高靈敏度、高穩(wěn)定性的應(yīng)變計(jì)，從而保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)精確可靠。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明應(yīng)變計(jì)的惠斯登電橋原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明由圖1可以看出本發(fā)明主要包括荷載傳感器1、與荷載傳感器1連接的剪強(qiáng)承力架3、放置試件5上面的壓板4、與壓板活連接用于定位的絲桿6、用于支承試件5的剪強(qiáng)支座8，其剪強(qiáng)承力架3有兩個(gè)既便于受力，又可減少自重的變截面支撐臂，每個(gè)臂的下端設(shè)置固定纖維布的定位及防滑專(zhuān)門(mén)夾具。
由圖1還可以看出剪強(qiáng)支座8下有剪強(qiáng)基座9支承，定位絲桿6圍成長(zhǎng)方體安裝于試件四周。每個(gè)絲桿上端通過(guò)螺紋、螺母連接在壓板4上，下端連接在基座9上。
由圖1、圖2可以看出試驗(yàn)中，每個(gè)臂都主要承受彎壓荷載，但對(duì)試件而言，纖維布受力方向一直不變。為了準(zhǔn)確測(cè)取試件上纖維布承受的拉力，本發(fā)明專(zhuān)門(mén)在每個(gè)臂上布設(shè)按惠斯登電橋原理組橋、性能穩(wěn)定的高靈敏度、高穩(wěn)定性的應(yīng)變計(jì)，當(dāng)試驗(yàn)機(jī)加荷時(shí)，試件上的纖維布就將力傳到剪強(qiáng)支架受力臂，該力通過(guò)支架上橫梁將反力也作用于支架上，并達(dá)到力平衡，從而使支架臂承受彎壓作用，安裝在支架臂上下的兩個(gè)應(yīng)變片分別產(chǎn)生拉伸與壓縮變形。設(shè)應(yīng)變計(jì)未受力前的阻值分別是R1和R2，受力后其阻值分別變?yōu)镽1+ΔR1，R2-ΔR2。由于周?chē)鷾囟鹊淖兓矔?huì)使應(yīng)變計(jì)阻值產(chǎn)生ΔRt1和ΔRt2的變化。為了方便使用，本發(fā)明在臂上貼的應(yīng)變計(jì)是同阻值、同規(guī)格、同工藝的，所以ΔR1＝ΔR2＝ΔR和ΔRt1＝ΔRt2＝ΔRt，這樣在外力和溫度的共同作用下，兩個(gè)應(yīng)變片的阻值分別為R1→R+ΔR+ΔRt，R2→R-ΔR+ΔRt惠斯登電橋輸出的基本公式為ΔU=U4(ΔR1R1-ΔR2R2+ΔR3R3-ΔR4R4)---(2)]]>因?yàn)?amp;Delta;RR=kϵ---(3)]]>所以，當(dāng)單臂工作時(shí)ΔU=U4·ΔRR=Uk4ϵ---(4)]]>本發(fā)明是將兩個(gè)應(yīng)變計(jì)采用半橋連接方式，則其輸出為
ΔU=U4[ΔR+ΔRtR-(-ΔR+ΔRtR)]=U2·ΔRR=Uk2ϵ---(5)]]>比較(4)和(5)可以看出，采用半橋組成的傳感器件比單臂工作時(shí)其靈敏度輸出提高一倍，而且還可進(jìn)行溫度自動(dòng)補(bǔ)償。同時(shí)本發(fā)明不僅使傳感器輸出靈敏度高，而且性能穩(wěn)定。在連續(xù)4小時(shí)測(cè)試中，其溫度變化值不超過(guò)4με，幾乎完全可以省略。
測(cè)試時(shí)，將試件5放置在剪強(qiáng)支座8上，用壓板4和定位絲桿6將試件5定位。傳感器1通過(guò)連接螺絲2與剪強(qiáng)承力架3連接，用剪強(qiáng)承力架3上的兩個(gè)支撐臂下端的專(zhuān)門(mén)夾具將試件5兩側(cè)的纖維布夾緊即可進(jìn)行加載試驗(yàn)。
一般而言，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)備的承載力都要無(wú)條件地超過(guò)試件極限承力的70％以上。本發(fā)明的承力架及每個(gè)支承臂的傳感元件在各級(jí)荷載下的標(biāo)定是在與試驗(yàn)完全相同的受力條件下進(jìn)行的，并且標(biāo)定范圍超出試件估算極限荷載。從試驗(yàn)標(biāo)定曲線可以看出，剪強(qiáng)儀兩個(gè)臂在各級(jí)荷載下的輸出非常接近，同時(shí)儀器的“零飄”值在4小時(shí)內(nèi)小于4με，達(dá)到完全可以忽略的程度。這表明制作精度高，應(yīng)變計(jì)的粘貼工藝好。而且每級(jí)荷載下，兩個(gè)支撐臂應(yīng)變輸出總值與上部荷載傳感器的輸出值非常吻合。說(shuō)明剪強(qiáng)儀的動(dòng)反應(yīng)性能非常好，也說(shuō)明工作中排除了各種干擾因素。因此，試驗(yàn)中的測(cè)試值是準(zhǔn)確可信的。這說(shuō)明剪強(qiáng)儀從設(shè)計(jì)到制作都達(dá)到一個(gè)很高的水平。
權(quán)利要求
1.一種雙臂式抗剪強(qiáng)度測(cè)試儀，它主要包括荷載傳感器(1)、與荷載傳感器(1)連接的剪強(qiáng)承力架(3)，其特征在于剪強(qiáng)承力架(3)有兩個(gè)既便于受力，又可減少自重的變截面支撐臂，在每個(gè)臂的下端頭都有固定被測(cè)試件兩側(cè)纖維布的專(zhuān)門(mén)夾具以定位及防滑，放置試件(5)上面的壓板(4)、與壓板活連接用的定位絲桿(6)、用于支承試件(5)的剪強(qiáng)支座(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙臂式抗剪強(qiáng)度測(cè)試儀，其特征在于剪強(qiáng)支座(8)下有剪強(qiáng)基座(9)支承，定位絲桿(6)為四個(gè)，圍成矩形，每個(gè)絲桿上端通過(guò)螺紋、螺母連接在壓板(4)上，下端螺旋連接在基座(9)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙臂式抗剪強(qiáng)度測(cè)試儀，其特征在于在每個(gè)支撐臂上設(shè)有按惠斯登電橋原理組橋、性能穩(wěn)定的應(yīng)變計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙臂式抗剪強(qiáng)度測(cè)試儀，它主要包括荷載傳感器、與荷載傳感器連接的剪強(qiáng)承力架、放置試件上面的壓板、與壓板活連接的定位絲桿、用于支承試件的剪強(qiáng)支座，其剪強(qiáng)承力架有兩個(gè)既便于受力，又可減少自重的變截面支撐臂，在每個(gè)臂的下端都有固定被測(cè)試件兩側(cè)纖維布的專(zhuān)門(mén)夾具以定位及防滑，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)中效果好，性能穩(wěn)定；其荷載傳感器既可準(zhǔn)確、高靈敏度地反映各級(jí)荷載，又可與計(jì)算機(jī)連接，直接采樣和處理荷載與試件上其他測(cè)試儀表輸出的關(guān)系曲線；剪強(qiáng)承力架是本發(fā)明的核心部件，試驗(yàn)中，每個(gè)臂都主要承受彎壓荷載，但對(duì)試件而言，纖維布受力方向保持不變，試驗(yàn)數(shù)據(jù)精確、誤差小。
文檔編號(hào)G01N19/04GK1696655SQ200510017598
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月23日
發(fā)明者趙廣田, 高丹盈, 李趁趁 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)