用于混凝土耐久性试验的自调节持载装置和加载方法制造方法及图纸

用于混凝土耐久性试验的自调节持载装置和加载方法，属于混凝土耐久性试验装置及加载方法。为了解决冻融循环试验过程中持载的应力水平会产生较大波动使试验结果失真的问题，本发明专利技术所述装置包括为混凝土试验件施加轴向载荷的试件加载机构，用以实现载荷调节件在各自滑杆上的轴向移动和锁紧的载荷补偿机构，用于测量每根滑杆上的应力的应力检测机构。本发明专利技术所述方法利用应力检测机构测量出每根高强螺杆上的应力并转化成电信号，在冻融试验过程中载荷补偿机构实时检测持压应力损失，并根据预设荷载值进行实时补偿，当外界环境变化导致试件加载机构所施加的荷载发生变化时，通过载荷补偿机构将施加的荷载校正至预定的荷载，实现持载自补偿。持载自补偿。持载自补偿。

【技术实现步骤摘要】
用于混凝土耐久性试验的自调节持载装置和加载方法

：
[0001]本专利技术属于混凝土耐久性试验装置及加载方法，具体涉及一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的自调节持载装置及加载方法。

技术介绍
：
[0002]混凝土作为最常见的建筑材料，其服役的环境多种多样。北方寒冷地区及高原低温地区的建筑常受到冻融循环的反复侵蚀。目前混凝土材料的冻融耐久性试验大多数是将试验件4放入冻融循环试验箱中进行加速试验以测试其耐久性。然而这样的试验方法与材料真实服役情况有很大区别，大多数混凝土结构中的混凝土在服役过程中往往是处于荷载和环境腐蚀等多种因素共同作用情况。为了获得材料在真实服役环境下的耐久性，对混凝土材料施加持续荷载的同时再对其进行耐久性试验才是符合工程实际的情况。目前持载装置施加持载的方式一般分为两种：一种是利用杠杆放大配重重力从而达到施加持载的效果，例如中国专利“CN215574197U”公开的“一种具有二次杠杆的长期载荷试验架”，利用配重的重力及传力杠杆二次放大后施加到混凝土试验件4上，达到持载效果；另一种是利用弹簧压缩及紧固件来施加预应力，例如中国专利“CN107543755B”公开的“一种荷载与冻融循环耦合下混凝土耐久性试验装置及评价方法”，使用弹簧螺母等组合成的持载装置进行耐久性试验，并用应变片采集混凝土的应变确定施加的持载的大小。但是上述两种方式都无法在长期耐久性试验中稳定维持持载应力水平，常用的持载装置大多采用人工加载的方式，施加荷载误差大，且试验过程中荷载水平波动大，以施加轴心受压荷载为主，无法准确施加偏心荷载。并且在冻融循环试验过程中，往往会伴随环境温度的变化，该变化会使持载装置发生温度变形，伴随材料性能的退化，持载的应力水平会产生较大波动，使试验结果失真，目前的技术尚无法很好的解决该问题。

技术实现思路
：
[0003]为解决上述
技术介绍
中提及的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的自调节持载装置和加载方法。
[0004]一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置，包括试件加载机构、载荷补偿机构和应力检测机构；所述的试件加载机构为混凝土试验件施加轴向载荷，其包括N根滑杆、三块高强钢板、N个载荷调节件、弹性压缩组件和N个锁止件；所述的三块高强钢板横向相对并排设置，所述的混凝土试验件轴向设置在其中相邻的两块高强钢板之间并被夹持，所述的弹性压缩组件设置在另外相邻的两块高强钢板之间并被夹持；N根所述的滑杆围绕混凝土试验件和弹性压缩组件周向均匀设置，并分别与三块高强钢板轴向滑动连接；N个所述的载荷调节件处于高强钢板的一侧，并分别套在N根滑杆的一端，所述的载荷调节件抵接在与其临近的高强钢板的板面上；N个所述的锁止件处于高强钢板的另一侧，并分别套装在N根滑杆的另一端，所述的锁止件锁紧在滑杆上并抵接在与其临近的高强钢板的板面上；所述的载荷补偿机构包括N个驱动端，每个驱动端对应一个载荷调节件，用以实现
载荷调节件在各自滑杆上的轴向移动和锁紧，所述的应力检测机构用于测量每根滑杆上的应力；所述的滑杆、高强钢板、载荷调节件、弹性压缩组件和锁止件的线膨胀系数不同。
[0005]一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置的轴心加载方法，基于所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置实现轴心加载，具体加载过程如下：
[0006]步骤1、安装和调试好装有混凝土试验件的持载装置；
[0007]步骤1.1、将混凝土试验件和若干片碟簧分别置于三块高强钢板之间，保证混凝土试验件和碟簧与高强钢板的同轴度；
[0008]步骤1.2、将N根高强螺杆插在三块高强钢板上，并将2N个高强螺母分别螺接在N根高强螺杆的两端，利用扭矩扳手分别将高强螺杆两端的高强螺母预紧至初始扭矩，初始扭矩为1N
·
m；
[0009]步骤1.3、在作为锁止件的高强螺母上安装止回器，限制高强螺母的转动；
[0010]步骤1.4、在作为载荷调节件的高强螺母上安装载荷补偿机构，使N个螺母套筒分别套在与其对应的高强螺母上；
[0011]步骤1.5、将应变片粘贴在高强螺杆上；
[0012]步骤2、持载装置自动施加轴心预定荷载，具体施加过程如下：
[0013]步骤2.1、在载荷补偿机构中输入初始扭矩T1，设拧紧力矩系数为K，由拧紧力矩计算式T＝KFd，算得每根高强螺杆上的初始预紧力F1＝T1/Kd；其中，F表示高强螺杆上的预紧力，F1为高强螺杆上的初始预紧力；T表示拧紧力矩，T1为初始拧紧力矩；d为高强螺杆直径；
[0014]每根高强螺杆的初始应变其中，σ
’
为螺杆应力；G1为高强螺杆的弹性模量；S1为高强螺杆截面积；
[0015]由上述公式联立，得高强螺母扭矩与高强螺杆应变关系式为：
[0016][0017]其中，γ为高强螺杆应变ε与高强螺母扭矩T的换算系数；
[0018][0019]混凝土试验件初始应力S为试验件截面积；
[0020]步骤2.2、常温20℃时，
[0021]螺杆应变ε与螺杆应力换算关系式为
[0022]螺杆应变ε与螺杆预紧力换算关系式为
[0023]混凝土试验件应力与螺杆预紧力换算关系式为σ表示混凝土试验件应力；
[0024]联立可得螺杆应变与混凝土试验件应力关系式β为轴心
荷载加载过程一根高强螺杆应变ε与混凝土试验件应力σ的换算系数，d为螺杆直径，d7为试验件直径；
[0025]步骤2.3、在载荷补偿机构中输入需要施加的应力σ
e
，启动载荷补偿机构中的轴心荷载加载程序，系统自动计算高强螺杆应变及高强螺母扭矩需要达到的设定值，由步骤2.2推导的换算系数，得高强螺杆应变需要达到的设定值ε
e
＝βσ
e
，σ
e
为混凝土试验件应力设定值；根据步骤2.1推导的换算系数，得高强螺母扭矩需要达到的力矩设定值
[0026]步骤2.4、信号处理器通过电信号控制载荷补偿机构内部的力矩电机以5N
·
m的力矩同时拧动N个螺母套筒，直至力矩电机的力矩达到5N
·
m；
[0027]步骤2.5、此时载荷补偿机构检测高强螺杆的应变值ε，并根据步骤2.1的换算系数换算出当前混凝土试验件应力σ；由步骤2.1中的换算公式可知，高强螺杆的应变值应为ε＝γT，由高强螺杆应变及换算系数计算得当前混凝土试验件应力
[0028]步骤2.6、信号处理器继续控制力矩电机以10N
·
m的力矩轮流拧动N个螺母套筒，直至无法再拧紧高强螺母，载荷补偿机构检测高强螺杆的应变值ε，并根据步骤2.1的换算系数换算出当前混凝土试验件应力σ；
[0029]步骤2.7、依照步骤2.3～步骤2.6的流程，力矩电机以5N
·
m的增幅逐级加载，逐步增加混凝土试验件应力，直到第n次加载，以5n的力矩拧紧螺母施加荷载完成后逐级加载流程完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置，其特征在于：它包括试件加载机构(1)、载荷补偿机构(2)和应力检测机构；所述的试件加载机构(1)为混凝土试验件(4)施加轴向载荷，其包括N根滑杆(1
‑
1)、三块高强钢板(1
‑
2)、N个载荷调节件(1
‑
3)、弹性压缩组件(1
‑
4)和N个锁止件(1
‑
5)；所述的三块高强钢板(1
‑
2)横向相对并排设置，所述的混凝土试验件(4)轴向设置在其中相邻的两块高强钢板(1
‑
2)之间并被夹持，所述的弹性压缩组件(1
‑
4)设置在另外相邻的两块高强钢板(1
‑
2)之间并被夹持；N根所述的滑杆(1
‑
1)围绕混凝土试验件(4)和弹性压缩组件(1
‑
4)周向均匀设置，并分别与三块高强钢板(1
‑
2)轴向滑动连接；N个所述的载荷调节件(1
‑
3)处于高强钢板(1
‑
2)的一侧，并分别套在N根滑杆(1
‑
1)的一端，所述的载荷调节件(1
‑
3)抵接在与其临近的高强钢板(1
‑
2)的板面上；N个所述的锁止件(1
‑
5)处于高强钢板(1
‑
2)的另一侧，并分别套装在N根滑杆(1
‑
1)的另一端，所述的锁止件(1
‑
5)锁紧在滑杆(1
‑
1)上并抵接在与其临近的高强钢板(1
‑
2)的板面上；所述的载荷补偿机构(2)包括N个驱动端，每个驱动端对应一个载荷调节件(1
‑
3)，用以实现载荷调节件(1
‑
3)在各自滑杆(1
‑
1)上的轴向移动和锁紧，所述的应力检测机构用于测量每根滑杆(1
‑
1)上的应力；所述的滑杆(1
‑
1)、高强钢板(1
‑
2)、载荷调节件(1
‑
3)、弹性压缩组件(1
‑
4)和锁止件(1
‑
5)的线膨胀系数不同。2.根据权利要求1所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置，其特征在于：处于外侧的两块高强钢板(1
‑
2)上，其中一侧板面的中心位置处开有一个圆形凹槽(1
‑2‑
1)；处于中间的高强钢板(1
‑
2)上，两侧板面的中心位置处均开有一个圆形凹槽(1
‑2‑
1)；相邻的两块高强钢板(1
‑
2)之间具有圆形凹槽(1
‑2‑
1)的一面相对设置，所述混凝土试验件(4)的两端分别处于两块高强钢板(1
‑
2)的圆形凹槽(1
‑2‑
1)内；所述弹性压缩组件(1
‑
4)的两端分别处于两块高强钢板(1
‑
2)的圆形凹槽(1
‑2‑
1)内；每块所述的高强钢板(1
‑
2)上以圆形凹槽(1
‑2‑
1)为圆心周向均匀开有N个滑孔(1
‑2‑
2)；所述的滑杆(1
‑
1)穿过滑孔(1
‑2‑
2)插在高强钢板(1
‑
2)上，所述的滑杆(1
‑
1)与滑孔(1
‑2‑
2)为间隙配合。3.根据权利要求1所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置，其特征在于：所述的弹性压缩组件(1
‑
4)是由若干个碟簧(1
‑4‑
1)叠加而成，若干个所述的碟簧(1
‑4‑
1)分成数量相同的两组，每组中的碟簧(1
‑4‑
1)以相同的方向叠加在一起，两组碟簧再对向叠加。4.根据权利要求1所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置，其特征在于：所述的载荷补偿机构(2)包括外壳(2
‑
1)、N个力矩电机、N个套筒(2
‑
2)和信号处理器；N个所述的力矩电机安装在外壳(2
‑
1)内，N个所述的套筒(2
‑
2)周向均匀插在外壳(2
‑
1)的同一侧，并相对于外壳(2
‑
1)转动，所述的套筒(2
‑
2)与力矩电机和载荷调节件(1
‑
3)一一对应设置，所述套筒(2
‑
2)的一端与力矩电机的输出端连接，套筒(2
‑
2)的另一端套在载荷调节件(1
‑
3)上，并推动载荷调节件(1
‑
3)的轴向移动；所述的信号处理器安装在外壳(2
‑
1)内，信号处理器的信号接收端与应力检测机构的信号输出端连接，信号处理器的信号输出端分别与N个力矩电机的信号接收端连接。5.根据权利要求1所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置，其特征在于：所述的应力检测机构包括应变采集仪和N片应变片，每根滑杆(1
‑
1)的表面粘贴一片应变片。6.根据权利要求3所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装
置，其特征在于：所述的滑杆(1
‑
1)为高强螺杆，高强螺杆的两端端部开有外螺纹，两段螺纹段之间为光轴段；所述的高强钢板(1
‑
2)处于高强螺杆的光轴段上，所述的载荷调节件(1
‑
3)为高强螺母，高强螺母螺接在高强螺杆的螺纹段上，所述的套筒(2
‑
2)为螺母套筒。7.根据权利要求6所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置，其特征在于：所述的锁止件(1
‑
5)为高强螺母，所述的锁止件(1
‑
5)螺接在高强螺杆的螺纹段上；所述的持载装置还包括一个止回器(3)，所述的止回器(3)包括中心连接部(3
‑
1)和N个内六角扳手头(3
‑
2)，N个所述的内六角扳手头(3
‑
2)安装在中心连接部(3
‑
1)上，并与锁止件(1
‑
5)一一对应设置，所述的内六角扳手头(3
‑
2)套在锁止件(1
‑
5)上。8.根据权利要求7所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置，其特征在于：高强螺杆、高强钢板(1
‑
2)、高强螺母、碟簧(1
‑4‑
1)与混凝土试验件(4)之间存在以下关系，即可保证持载装置在温度变化下实现温度变形自平衡：其中，α1与L分别为高强螺杆的线膨胀系数和长度，α2与t1分别为高强钢板的线膨胀系数和厚度、α2与t3分别为高强螺母的线膨胀系数和厚度，α3与t4分别为碟簧的线膨胀系数和厚度，α4与L5分别为混凝土试验件的线膨胀系数和轴向长度。9.一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置的轴心加载方法，其特征在于：基于权利要求8所述的一种用于冻融循环下混凝土耐久性试验的应力自调节持载装置实现轴心加载，具体加载过程如下：步骤1、安装和调试好装有混凝土试验件(4)的持载装置；步骤1.1、将混凝土试验件(4)和若干片碟簧(1
‑4‑
1)分别置于三块高强钢板(1
‑
2)之间，保证混凝土试验件(4)和碟簧与高强钢板(1
‑
2)的同轴度；步骤1.2、将N根高强螺杆插在三块高强钢板(1
‑
2)上，并将2N个高强螺母分别螺接在N根高强螺杆的两端，利用扭矩扳手分别将高强螺杆两端的高强螺母预紧至初始扭矩，初始扭矩为1N
·
m；步骤1.3、在作为锁止件的高强螺母上安装止回器(3)，限制高强螺母的转动；步骤1.4、在作为载荷调节件的高强螺母上安装载荷补偿机构(2)，使N个螺母套筒分别套在与其对应的高强螺母上；步骤1.5、将应变片粘贴在高强螺杆上；步骤2、持载装置自动施加轴心预定荷载，具体施加过程如下：步骤2.1、在载荷补偿机构(2)中输入初始扭矩T1，设拧紧力矩系数为K，由拧紧力矩计算式T＝KFd，算得每根高强螺杆上的初始预紧力F1＝T1/Kd；其中，F表示高强螺杆上的预紧力，F1为高强螺杆上的初始预紧力；T表示拧紧力矩，T1为初始拧紧力矩；d为高强螺杆直径；每根高强螺杆的初始应变其中，σ
’
为螺杆应力；G1为高强螺杆的弹性模量；S1为高强螺杆截面积；由上述公式联立，得高强螺母扭矩与高强螺杆应变关系式为：
其中，γ为高强螺杆应变ε与高强螺母扭矩T的换算系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯华，符康燊，桑源，吴庭锐，谢金威，余晓晴，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：