專利名稱：一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置及一種試件在壓應(yīng)力下變形量的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塊狀建筑材料耐久性能的研究及測試，尤其涉及一種既能夠加載壓應(yīng)力又能夠進(jìn)行變形測量的加載裝置。該裝置適用于研究凈漿、砂漿、混凝土或其它塊狀建筑材料在荷載與環(huán)境因素耦合作用下的耐久性能破壞規(guī)律及退化機(jī)理。
背景技術(shù)：
混凝土的耐久性能與其服役壽命密切相關(guān)。實(shí)踐證明，混凝土耐久性能的退化是荷載和環(huán)境因素耦合作用的結(jié)果，因此，建立模擬荷載和環(huán)境因素耦合作用的實(shí)驗(yàn)條件、研究混凝土及其原材料在荷載和環(huán)境因素下的耐久性能破壞規(guī)律及退化機(jī)理，對(duì)于增強(qiáng)混凝土耐久性和延長混凝土服役壽命具有非常重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。在現(xiàn)有混凝土耐久性測試和研究中，已公開的加載試驗(yàn)裝置都是實(shí)現(xiàn)彎曲荷載的加載，受載的試樣在中性層兩側(cè)承受壓應(yīng)力和拉應(yīng)力這兩種截然不同的荷載作用，但在試驗(yàn)結(jié)果分析時(shí)一般將兩者均視為同一因素進(jìn)行考慮，使試驗(yàn)結(jié)果并不完全符合事實(shí)，降低了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠度。此外，目前的加載裝置主要關(guān)注于實(shí)現(xiàn)加載裝置操作方便，減少應(yīng)力松弛，增加穩(wěn)定性，節(jié)約設(shè)備投資和減少傳感元件的腐蝕等方面，沒有能夠?qū)崿F(xiàn)測量試樣在壓應(yīng)力與環(huán)境因素作用過程中變形量的加載裝置。由于混凝土材料具有應(yīng)力松弛和蠕變等與變形直接相關(guān)的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是材料特性，能夠反映材料在受力和環(huán)境因素作用后的服役行為?？紤]到大部分環(huán)境因素對(duì)材料性能的破壞作用都會(huì)反應(yīng)到應(yīng)力松弛和蠕變等與變形有關(guān)的現(xiàn)象中來，因此測量應(yīng)力與環(huán)境作用下混凝土材料的變形對(duì)研究混凝土材料的破壞規(guī)律和退化機(jī)理具有重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種壓應(yīng)力加載和變形測量的裝置，消除彎曲荷載因荷載形式不明確所造成的試驗(yàn)誤差。該裝置在實(shí)現(xiàn)壓應(yīng)力加載的同時(shí)，還能夠測量受載試樣在壓應(yīng)力及環(huán)境因素耦合作用下的變形量。基于上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，包括一帶有螺桿的手輪，螺桿旋接于框架上，螺桿的底端連接有一滑桿，滑桿上套設(shè)有一經(jīng)過校正的壓縮彈簧，滑桿的底端帶有平板，壓縮彈簧設(shè)置在螺桿與滑桿的平板之間，平板直接接觸試件的頂部；試件豎直放置在框架中，底部與一承壓接頭頂端粘接，承壓接頭臥設(shè)在所述框架中；在試件上端和下端分別固定套設(shè)一上部夾具和一下部夾具，上部夾具和下部夾具各自帶有一對(duì)對(duì)稱的開孔肋板，上部夾具的開孔肋板上固定有兩千分表，下部夾具的開孔肋板上固定有兩調(diào)節(jié)螺栓，兩調(diào)節(jié)螺栓分別與兩千分表底部測頭保持良好接觸。
上述螺桿、框架、滑桿、承壓接頭、上部夾具、下部夾具、調(diào)節(jié)螺栓均為不膨脹鋼制成，在-80°C 100°C內(nèi)形狀基本不受溫度影響。
上述螺桿可以做成內(nèi)部為空心，底部封閉但有中心小孔，使得所述滑桿從小孔中穿入，并通過螺母旋接。
進(jìn)一步，上述螺桿底部可帶有一橫板，在橫板上開設(shè)有中心小孔，所述滑桿從中心小孔中穿入，壓縮彈簧壓設(shè)在橫板與滑桿平板之間。上述上部夾具和下部夾具分別通過定位螺栓固定在所述試件上，松開定位螺栓可調(diào)節(jié)。上述千分表通過側(cè)向定位螺栓固定在所述上部夾具上，松開定位螺栓可調(diào)節(jié)。進(jìn)一步地，上部夾具的肋板為兩個(gè)，對(duì)稱設(shè)置，在每個(gè)肋板上都設(shè)置有所述千分表；下部夾具的肋板也為兩個(gè)，對(duì)稱設(shè)置，在每個(gè)肋板上都設(shè)置有所述調(diào)節(jié)螺栓。上述承壓接頭的底部為凸出的半球形，與框架底部正中的半球形凹座吻合對(duì)接。本發(fā)明另一目的在于提供一種試件在壓應(yīng)力下變形量的測量方法。該方法，使用前述裝置按以下操作裝載試件，將試件連同加載裝置一同置于侵蝕性溶液、干濕循環(huán)、水溶蝕、碳化等環(huán)境系統(tǒng)中，將下部夾具和調(diào)節(jié)螺栓以及千分表的測頭涂上凡士林，以使其免遭腐蝕，開始測量壓應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下試件的變形量；裝載試件的操作包括第一步將上部夾具套在試件的上部，用四個(gè)定位螺栓固定在試件上，并保持上部夾具與試件垂直；將下部夾具套在試件的下端，旋緊定位螺栓，并保持下部夾具與試件垂直；第二步使承壓接頭的半球端放置在框架的半球凹形中，將完成了第一步中的試件放置在承壓接頭上，將滑桿的底端平板正對(duì)試件，旋轉(zhuǎn)手輪使壓縮彈簧壓縮，保證滑桿、試件和承壓接頭的中心線盡量重合，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)手輪，使壓縮彈簧壓縮到設(shè)定的變形量，至此壓應(yīng)力加載完成；第三步將兩個(gè)千分表放置在上部夾具的肋板開孔中，并旋緊定位螺栓使千分表固定，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓，使調(diào)節(jié)螺栓的頂端與千分表的底端測頭緊密接觸，將千分表清零，即可開始測量試件在壓應(yīng)力下的變形量。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明通過手輪旋進(jìn)螺桿，使壓縮彈簧壓縮，輸出壓應(yīng)力對(duì)試件施壓，應(yīng)力值可以通過校正過的彈簧壓縮量得到。試件整體承受壓應(yīng)力，不存在其他荷載形式，得到的試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，利于分析和研究。2、本發(fā)明在試件的夾具上配備千分表和調(diào)節(jié)螺栓，使調(diào)節(jié)螺栓與千分表觸頭良好碰觸，當(dāng)試件發(fā)生形變時(shí)，便可通過千分表讀數(shù)，測量試件在受力過程中和環(huán)境作用下的變形量，能夠準(zhǔn)確的分析應(yīng)力松弛的大小和環(huán)境作用對(duì)試件耐久性能的影響。3、在研究材料耐久性能時(shí)，本發(fā)明可以方便的配合干濕循環(huán)、化學(xué)侵蝕、凍融循環(huán)碳化等其他環(huán)境作用，亦可單獨(dú)測量材料的蠕變或應(yīng)力松弛，功能多樣，適用范圍廣。


圖IA是本發(fā)明裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖IB是本發(fā)明裝置的側(cè)視圖。圖2是本發(fā)明中上部夾具的俯視圖。圖3是本發(fā)明中下部夾具的俯視圖。
圖中1-手輪；2-螺桿；3-框架；4-滑桿；5-壓縮彈簧；6_試件；7_承壓接頭；8-上部夾具；9_下部夾具；10、13_定位螺栓；11、14_開孔肋板，12-千分表；15_調(diào)節(jié)螺栓。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，但附圖和實(shí)施例都僅是用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中各部件的具體結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換或改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。如圖1A、1B所示，該裝置包括一手輪1，手輪I上連接有螺桿2。螺桿2通過螺紋與框架3連接；螺桿2內(nèi)部為空心，底部封閉但有中心小孔，空心與中心小孔形成上大下小的臺(tái)階式中心孔形式。一比螺桿細(xì)的滑桿4，其上套設(shè)一經(jīng)過校正的壓縮彈簧5 ;滑桿4的頂端通過螺桿2底部的中心小孔插入到螺桿內(nèi)部，露出部分用螺母旋接固定，使其不能從螺桿中脫落；滑桿4的底端帶有平板，壓縮彈簧5設(shè)在螺桿2底端與滑桿4的平板頂端之間。滑桿4的底端帶有平板，與試件6直接接觸，試件6豎直放置在框架中，下端通過環(huán)氧樹脂粘接在承壓接頭7的頂端以防止加載過程中的旋轉(zhuǎn)滑移，承壓接頭7的底部為凸出的半球形，與框架3底部正中的半球形凹座相吻合。如圖IA和圖2、圖3所示，在試件6的上、下端分別固定有上部夾具8和下部夾具
9。上部夾具8套在試件6上，并通過四個(gè)定位螺栓10在前、后、左、右四個(gè)位置固定；上部夾具8擁有一對(duì)對(duì)稱的開孔肋板11，兩千分表12置于開孔中，并由兩個(gè)定位螺栓13從側(cè)面進(jìn)行固定。下部夾具9亦套在試件6上，并通過四個(gè)定位螺栓10在前、后、左、右四個(gè)位置固定；下部夾具9亦擁有一對(duì)對(duì)稱的開孔肋板14，兩調(diào)節(jié)螺栓15旋設(shè)在開孔中，調(diào)節(jié)螺栓15的頂端與千分表12的底部測頭保持良好接觸。本裝置中的主要部件，螺桿2、框架3、滑桿4、承壓接頭7、上部夾具8、下部夾具9、調(diào)節(jié)螺栓15均由不脹鋼制成，在_80°C 100°C內(nèi)裝置形狀基本不受溫度影響。上述裝置中，手輪I用于增大壓縮彈簧5的變形量，提供試件承受壓應(yīng)力的原始驅(qū)動(dòng)力，校正過的壓縮彈簧5，既可以提供穩(wěn)定的荷載輸出，又可以通過變形量獲得應(yīng)力值。上述裝置中，螺桿2底部的封閉可以采用加裝橫板的方式，在橫板上開設(shè)有中心小孔，一方面可以連接滑桿4，另一方面還可以用于壓設(shè)壓縮彈簧5。上述裝置中，上部夾具8套在試件的上端，四個(gè)定位螺栓10用于固定上部夾具的位置，使上部夾具不會(huì)在試件表面滑移，上部夾具擁有兩個(gè)對(duì)稱的開孔肋板11，用于放置千分表12，在開孔肋板的側(cè)面有兩個(gè)定位螺栓13用于固定千分表；下部夾具9套在試件的下端，四個(gè)定位螺栓10用于固定下部夾具的位置，使下部夾具不會(huì)在試件表面滑移，下部夾具擁有兩個(gè)對(duì)稱的開孔肋板14，開孔內(nèi)有調(diào)節(jié)螺栓15可以旋進(jìn)旋出，調(diào)節(jié)螺栓15和千分表12的位置上下對(duì)應(yīng)，當(dāng)千分表12的底部測頭和調(diào)節(jié)螺栓15的位置不合適時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓可以使千分表測頭與調(diào)節(jié)螺栓頂部保持最佳接觸。上述裝置中，承壓接頭7是用于保證試件在受壓應(yīng)力時(shí)不偏心。采用上述設(shè)計(jì)，本發(fā)明裝置中手輪I和校正過的壓縮彈簧5分別用于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的壓應(yīng)力輸出和調(diào)節(jié)試件受力大小，將試件在承壓接頭和滑桿底端的平板之間承受壓應(yīng)力，旋轉(zhuǎn)手輪使彈簧壓縮，使試樣受力逐漸增大直至設(shè)定值，至此完成壓應(yīng)力加載過程。
旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓15，使調(diào)節(jié)螺栓的頂端和固定在上部夾具上的千分表12測頭保持良好接觸，然后將千分表清零，至此完成變形測量前的裝載設(shè)置。以下以實(shí)施例結(jié)合所述裝置說明試件在壓應(yīng)力下變形量的測量過程。實(shí)施例一一個(gè)典型的操作過程如下第一步將上部夾具8套在試件6的上部，用四個(gè)定位螺栓10固定在試件6上，并保持上部夾具8與試件6垂直；將下部夾具9套在試件6的下端，旋緊定位螺栓10，并保持下部夾具9與試件6垂直。第二步使承壓接頭7的半球端放置在框架3的半球凹形中，將完成了第一步中的試件6放置在承壓接頭7上，將滑桿4的底低端平板正對(duì)試件6，旋轉(zhuǎn)手輪I使壓縮彈簧5壓縮，保證滑桿4、試件6和承壓接頭7的中心線盡量重合，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)手輪1，使壓縮彈簧5壓縮到設(shè)定的變形量，至此壓應(yīng)力加載完成。第三步將兩個(gè)千分表12放置在上部夾具8的肋板開孔中，并旋緊定位螺栓13使千分表12固定，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓15，使調(diào)節(jié)螺栓15的頂端與千分表12的底端測頭緊密接觸，將千分表12清零，即可開始測量試件在壓應(yīng)力下的變形量。實(shí)施例二 將完成了實(shí)施例一的試件6連同加載裝置一同置于侵蝕性溶液、干濕循環(huán)、水溶蝕、碳化等環(huán)境作用下，將下部夾具9和調(diào)節(jié)螺栓15以及千分表12的測頭涂上凡士林，以使其免遭腐蝕。此時(shí)可以開始測量壓應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下試件的變形量。
權(quán)利要求
1.一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，其特征在于該裝置包括一帶有螺桿的手輪，螺桿旋接于框架上，螺桿的底端連接有一滑桿，所述滑桿上套設(shè)有一經(jīng)過校正的壓縮彈簧，滑桿的底端帶有平板，所述壓縮彈簧設(shè)置在螺桿與滑桿的平板之間，所述平板接觸試件的頂部；所述試件豎直放置在框架中，底部與一承壓接頭頂端粘接，所述承壓接頭臥設(shè)在所述框架中；在所述試件上端和下端分別套設(shè)一上部夾具和一下部夾具，所述上部夾具和下部夾具各自帶有肋板，上部夾具的肋板上設(shè)置有千分表，下部夾具的肋板上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓與千分表測頭保持良好接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，其特征在于所述螺桿、框架、滑桿、承壓接頭、上部夾具、下部夾具、調(diào)節(jié)螺栓均為不膨脹鋼制成，在-80°C 10(TC內(nèi)不變形。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，其特征在于所述螺桿內(nèi)部為空心，底部封閉但有中心小孔，所述滑桿從小孔中穿入，并通過螺母旋接。
4.如權(quán)利要求3所述的一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，其特征在于所述螺桿底部帶有一橫板，在橫板上開設(shè)有中心小孔，所述滑桿從中心小孔中穿入；所述壓縮彈簧壓設(shè)在此橫板與滑桿平板之間。
5.如權(quán)利要求I至4任一所述的一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，其特征在于所述上部夾具和下部夾具分別通過定位螺栓固定在所述試件上，松開定位螺栓可調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求I至5任一所述的一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，其特征在于所述千分表通過側(cè)向定位螺栓固定在所述上部夾具上，松開定位螺栓可調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求I至6任一所述的一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，其特征在于所述上部夾具的肋板為兩個(gè)，對(duì)稱設(shè)置，在每個(gè)肋板上都設(shè)置有所述千分表；所述下部夾具的肋板也為兩個(gè)，對(duì)稱設(shè)置，在每個(gè)肋板上都設(shè)置有所述調(diào)節(jié)螺栓。
8.如權(quán)利要求I至7任一所述的一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，其特征在于所述承壓接頭的底部為凸出的半球形，與框架底部正中的半球形凹座吻合對(duì)接。
9.一種試件在壓應(yīng)力下變形量的測量方法，使用權(quán)利要求I至8任一所述裝置按以下操作裝載試件，將試件連同加載裝置一同置于侵蝕性溶液、干濕循環(huán)、水溶蝕、碳化等環(huán)境系統(tǒng)中，將下部夾具和調(diào)節(jié)螺栓以及千分表的測頭涂上凡士林，以使其免遭腐蝕，開始測量壓應(yīng)力與環(huán)境耦合作用下試件的變形量； 裝載試件的操作包括 第一步將上部夾具套在試件的上部，用四個(gè)定位螺栓固定在試件上，并保持上部夾具與試件垂直；將下部夾具套在試件的下端，旋緊定位螺栓，并保持下部夾具與試件垂直； 第二步使承壓接頭的半球端放置在框架的半球凹形中，將完成了第一步中的試件放置在承壓接頭上，將滑桿的底低端平板正對(duì)試件，旋轉(zhuǎn)手輪使壓縮彈簧壓縮，保證滑桿、試件和承壓接頭的中心線盡量重合，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)手輪，使壓縮彈簧壓縮到設(shè)定的變形量，至此壓應(yīng)力加載完成； 第三步將兩個(gè)千分表放置在上部夾具的肋板開孔中，并旋緊定位螺栓使千分表固定，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓，使調(diào)節(jié)螺栓的頂端與千分表的底端測頭緊密接觸，將千分表清零，即可開始測量試件在壓應(yīng)力下的變形量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓應(yīng)力加載和變形測量裝置，包括一帶有螺桿的手輪，螺桿旋接于框架上，螺桿的底端連接有一較細(xì)的滑桿；滑桿上套設(shè)有一經(jīng)過校正的壓縮彈簧，滑桿的底端帶有平板，平板直接接觸試件的頂部；試件豎直放置在框架中，底部與承壓接頭頂端粘接，承壓接頭臥設(shè)在框架中；在試件上端和下端分別固定套設(shè)一上部夾具和一下部夾具，上、下部夾具各自帶有千分表和調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓與千分表底部測頭保持良好接觸。該裝置可通過壓縮彈簧輸出壓應(yīng)力，應(yīng)力值由彈簧壓縮量得到。千分表可測量變形量，準(zhǔn)確的分析應(yīng)力松弛的大小和環(huán)境作用對(duì)試件耐久性能的影響。
文檔編號(hào)G01N3/14GK102636394SQ201210140638
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者姚燕, 王玲, 王陣地 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究總院