一种拉应力加载和变形测量装置及混凝土试件在拉应力下变形量的测量方法

摘要

本发明涉及一种拉应力加载和变形测量装置，包括一带有螺杆的手轮，螺杆旋接在带有横梁的框架上，螺杆的底端连接有一滑杆，所述滑杆上套设有一经过校正的压缩弹簧，压缩弹簧设置在螺杆底部与横梁之间，滑杆底端带有凹形接头且穿过横梁，所述凹形接头与一球形铰接头连接；所述球形铰接头的底端通过环氧树脂粘接在试件上，试件竖直设立在框架中，底端通过环氧树脂粘接在底部接头上，所述底部接头固定在框架上；所述试件上套设一带有肋板的定位夹具，肋板上安装有调节螺栓，与安装在横梁上的千分表测头保持良好接触。本发明可通过手轮和弹簧输出拉应力，千分表可测量变形量，准确的分析应力松弛的大小和环境作用对试件耐久性能的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及浆、土型建筑材料耐久性能的研究及测试，尤其涉及一种既能够加载拉应力又能够进行变形测量的加载装置。该装置适用于研究净浆、砂浆、混凝土或其它块状建筑材料在荷载与环境因素耦合作用下的耐久性能破坏规律及退化机理。 

背景技术

混凝土的耐久性能与其服役寿命密切相关。实践证明，混凝土耐久性能的退化是荷载和环境因素耦合作用的结果，因此，建立模拟荷载和环境因素耦合作用的实验条件、研究混凝土及其原材料在荷载和环境因素下的耐久性能破坏规律及退化机理，对于增强混凝土耐久性和延长混凝土服役寿命具有非常重要的社会和经济意义。 

在现有混凝土耐久性测试和研究中，已公开的加载试验装置都是实现弯曲荷载的加载，受载的试样在中性层两侧承受压应力和拉应力这两种截然不同的荷载作用，但在试验结果分析时一般将两者均视为同一因素进行考虑，使试验结果并不完全符合事实，降低了试验的准确性和可靠度。 

此外，目前的加载装置主要关注于实现加载装置操作方便，减少应力松弛，增加稳定性，节约设备投资和减少传感元件的腐蚀等方面，没有能够实现测量试样在拉应力与环境因素作用过程中变形量的加载装置。由于混凝土材料具有应力松弛和蠕变等与变形直接相关的现象，这些现象是材料特性，能够反映材料在受力和环境因素作用后的服役行为。考虑到大部分环境因素对材料性能的破坏作用都会反应到应力松弛和蠕变等与变形有关的现象中来，因此测量应力与环境作用下混凝土材料的变形对研究混凝土材料的破坏规律和退化机理具有重要的指导意义。 

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供一种拉应力加载和变形测量装置，消除弯曲荷载因荷载形式不明确所造成的试验误差。该装置在实现拉应力加载的同时，还能够测量受载试样在拉应力及环境因素耦合作用下的变形量。 

基于上述目的，本发明采取的技术方案为：一种拉应力加载和变形测量装置，其特征在于：该装置包括一带有螺杆的手轮，螺杆旋接在带有横梁的框架上，螺杆的底端连接有一滑杆，所述滑杆上套设有一经过校正的压缩弹簧，压缩弹簧设置在螺杆底部与横梁之间，滑杆底端带有凹形接头且穿过横梁，所述凹形接头与一球形 铰接头连接；所述球形铰接头的底端通过环氧树脂粘接在试件上，试件竖直设立在框架中，底端通过环氧树脂粘接在底部接头上，所述底部接头固定在框架上；所述试件上套设一带有肋板的定位夹具，肋板上安装有调节螺栓，与安装在横梁上的千分表测头保持良好接触。 

所述螺杆、框架、横梁、滑杆、凹形接头、球形铰接头、定位夹具、调节螺栓均为不膨胀钢制成，在-80℃～100℃内不变形。 

所述螺杆内部为空心，底部封闭但有中心小孔，所述滑杆从小孔中穿入，并通过螺母固定。进一步地，所述螺杆底部带有一横板，在横板上开设有中心小孔，所述滑杆从中心小孔中穿入后用螺母固定。 

所述定位夹具通过定位螺栓固定在试件上，松开螺栓可调节。 

所述千分表通过定位螺栓固定在横梁上，松开螺栓可调节。 

所述肋板有两个，对称设置在定位夹具的两侧，两肋板上各安装一调节螺栓，分别与安装在横梁上的两个千分表测头保持良好接触，旋转螺栓可调节千分表读数用以清零。 

本发明另一目的在于提供一种混凝土试件在拉应力下变形量的测量方法。 

该方法首先按下述操作将试件装载于前述装置中，再将试件连同加载装置一同置于具有侵蚀性的溶液、干湿循环、冻融循环、碳化等环境体系中，进行环境因素与拉应力作用下混凝土试件的变形测量；所述操作包括： 

第一步：将定位夹具套在试件上，用环氧树脂将试件的一端粘接在底部接头的顶端，用螺母将底部接头固定在框架上；用环氧树脂将试件的另一端粘接在球形铰接头的底端； 

第二步：旋转手轮使压缩弹簧压缩，从而使滑杆伸出合适的距离，将球形铰接头带有球形的一端塞入滑杆底部的凹形接头中；然后反方向旋转手轮，使压缩弹簧升起到合适的变形量，至此拉应力加载完成； 

第三步：将定位夹具放置在试件的顶端靠近球形铰接头的地方，旋紧定位螺栓，将定位夹具固定在试件上，保证定位夹具和试件之间没有滑移；定位夹具的肋板上设置有可旋转的调节螺栓。 

第四步：将两个千分表放在横梁两侧的孔中，旋紧定位螺栓将千分表固定在横梁上，旋转调节螺栓，使千分表的测头与调节螺栓的顶端良好接触，将千分表清零，即可开始测量试件在拉应力下的变形量。 

本发明由于采取以上技术方案为，其具有以下优点：1、本发明通过手轮旋进旋出螺杆，使压缩弹簧压缩或拉伸，对试件施加拉应力，应力值可以通过校正过的弹 簧压缩量得到。试件整体承受拉应力，不存在其他荷载形式，得到的试验结果准确、可靠，利于分析和研究。2、本发明配备千分表和调节螺栓，使调节螺栓与千分表触头良好碰触，当试件发生形变时，便可通过千分表读数，测量试件在受力过程中和环境作用下的变形量，能够准确的分析应力松弛的大小和环境作用对试件耐久性能的影响。3、在研究材料耐久性能时，本发明可以方便的配合干湿循环、化学侵蚀、冻融循环碳化等其他环境作用，亦可单独测量材料的蠕变或应力松弛，功能多样，适用范围广。 

附图说明

图1A是本发明装置的整体结构示意图。 

图1B是本发明装置的侧视图。 

图2是本发明中定位夹具的俯视图。 

图中：1-手轮；2-螺杆；3-框架；4-横梁；5-滑杆；6-压缩弹簧；7-螺母；8-凹形接头；9-球形铰接头；10-试件；11-底部接头；12-定位夹具；13、17-定位螺栓；14-肋板；15-调节螺栓；16-千分表。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但附图和实施例都仅是用于说明本发明的技术方案，其中各部件的具体结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换或改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。 

如图1A、1B所示，本装置包括一手轮1，手轮1上连接有螺杆2，螺杆2通过螺纹与一框架3连接，框架3内部带有一横梁4。螺杆2内部为空心，底部封闭但有中心小孔，空心与中心小孔形成上大下小的台阶式中心孔形式。一比螺杆细的滑杆5，其上套设一经过校正的压缩弹簧6，压缩弹簧6压设在螺杆2与横梁4之间；滑杆5的顶端通过螺杆2底部的中心小孔插入到螺杆内部，穿出的部分用螺母7旋接固定，使其不能从螺杆中脱落；滑杆5的底端穿过横梁4，穿出的端部带有一凹形接头8，凹形接头8与一球形铰接头9连接。球形铰接头9的底端通过环氧树脂粘接在试件10上，试件10竖直设立在框架中，底端也是通过环氧树脂粘接在一底部接头11上，底部接头11通过螺母固定在框架3上。 

如图1A和图2所示，在试件10上，套设一定位夹具12，定位夹具12通过四个定位螺栓13在前、后、左、右四个位置与试件固定；定位夹具12拥有一对对称的开孔肋板14，肋板上开有螺纹孔，两个调节螺栓15通过螺纹孔连接在肋板上。 

横梁4上共开设有五个孔，其中中心孔使滑杆5可以自由移动；中心孔两侧有 两个孔，用于放置两千分表16；这两个孔的侧面各有一个带有螺纹的孔，定位螺栓17通过螺纹孔拧入，用于将千分表16固定在横梁上。 

两个调节螺栓15分别与两个千分表16上、下对应设置，旋转调节螺栓15，可以使得调节螺栓15的顶端和千分表16的测头良好接触。 

本装置中的主要部件，螺杆2、框架3、横梁4、滑杆5、压缩弹簧6、螺母7、凹形接头8、球形铰接头9、底部接头11、定位夹具12、定位螺栓13、17、调节螺栓15等均由不胀钢制成，在-80℃～100℃内装置形状基本不受温度影响。 

上述装置中，螺杆2底部的封闭可以采用加装横板的方式，在横板上开设中心小孔，一方面可以连接滑杆5，另一方面还可以用于压设压缩弹簧6。 

上述装置中，千分表165固定在横梁4上，定位夹具12固定在试件10上，调节螺栓15在定位夹具上旋进旋出，当千分表16的底部测头和调节螺栓15的位置不合适时，通过旋转调节螺栓可以使千分表测头与调节螺栓顶部保持最佳接触。 

上述装置中，校正过的压缩弹簧6，可以通过变形量获得应力值。手轮和压缩弹簧分别用于实现准确的拉应力输出和调节试件受力大小，将试件在底部接头和球铰接头之间粘接牢固后，旋进手轮使弹簧压缩，保证凹形接口和球铰接头相连接，反方向旋转手轮使试样受力逐渐增大直至设定值，至此完成拉应力加载过程。旋转调节螺栓，使调节螺栓的顶端和固定在横梁上的千分表底端良好接触，然后将千分表清零，至此完成变形测量前的装置设置。 

以下结合实施例说明如何利用上述装置进行混凝土试件在拉应力下变形量的测量。

实施例一 

一个典型的操作过程如下： 

第一步：将定位夹具12套在试件10上，用环氧树脂将试件10的一端粘接在底部接头11的顶端，用螺母将底部接头11固定在框架2上；用环氧树脂将试件10的另一端粘接在球形铰接头9的底端。 

第二步：旋转手轮1使压缩弹簧6压缩，从而使滑杆5伸出合适的距离，将球形铰接头9带有球形的一端塞入滑杆5底部的凹形接头8中；然后反方向旋转手轮1，使压缩弹簧6升起到合适的变形量，至此拉应力加载完成。 

第三步：将定位夹具12放置在试件10的顶端靠近球形铰接头9的地方，旋紧定位螺栓13，将定位夹具12固定在试件10上，保证定位夹具12和试件10之间没有滑移；定位夹具的肋板上旋入调节螺栓15。 

第四步：将两个千分表16放在横梁4两侧的孔中，旋紧定位螺栓17将千分表 16固定在横梁4上，旋转调节螺栓15，使千分表16的测头与调节螺栓15的顶端良好接触，将千分表16清零，即可开始测量试件在拉应力下的变形量。 

实施例二 

与实施例一不同之处在于，将完成实施例一全部步骤的试件10连同加载装置一同置于具有侵蚀性的溶液、干湿循环、冻融循环、碳化等环境因素作用下，然后开始环境因素与拉应力作用下混凝土的变形测量。