專利名稱：基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬土木工程領(lǐng)域，具體涉及一種可以給受彎構(gòu)件施加持續(xù)荷載的試驗裝置，為研究受彎構(gòu)件在不同環(huán)境與荷載耦合作用下的耐久性能提供了可行的加載工具。
背景技術(shù)：
受彎構(gòu)件持續(xù)加載裝置的開發(fā)有助于以下兩類試驗的進行一是受彎構(gòu)件長期性能試驗；二是荷載與環(huán)境共同作用下受彎構(gòu)件耐久性試驗。受彎構(gòu)件的長期性能試驗常用加載方式有堆載法、杠桿法、千斤頂加載法和螺桿法。堆載法荷載穩(wěn)定，但受空間限制，需要大量重物，加載水平有限。千斤頂加載法和螺桿法依靠反力裝置提供加載，采用力傳感器控制荷載大小，缺點是隨時間變化荷載水平會降低。杠桿法加載優(yōu)點是荷載穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)力臂長度可以方便控制荷載大小，實現(xiàn)較大的荷載等級。環(huán)境作用下受彎構(gòu)件性能退化的研究多采用先劣化后加載的方法，與實際工程中兩者共同作用不符。以混凝土中鋼筋銹蝕為例，在實際工程中，鋼筋銹蝕是在結(jié)構(gòu)承受荷載的過程發(fā)生的，荷載作用下混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，氧氣、水及侵蝕介質(zhì)會更容易進入，與沒有持續(xù)荷載作用下的構(gòu)件相比銹蝕加快，鋼筋截面銹蝕率沿縱向的分布也不同。此外，持續(xù)荷載下銹蝕鋼筋混凝土梁裂縫、變形的發(fā)展也不同于先銹蝕后加載的梁。為此，近年來國內(nèi)外學者開始關(guān)注荷載與環(huán)境共同作用下結(jié)構(gòu)的耐久性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種組裝方便，適用性強，加載性能穩(wěn)定，可方便地應(yīng)用于受彎構(gòu)件長期性能試驗和荷載與環(huán)境共同作用下受彎構(gòu)件耐久性試驗的受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，其特征在于，該裝置包括斜撐al，嵌固梁2，螺桿3，杠桿梁b4，杠桿梁a5，分配梁6，砝碼吊盤7，鋼板b8，百分表支架9，斜撐b 10，受彎試件11，鋼板al2，反力梁13和靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述的鋼板b8和鋼板al2頂部通過斜撐al連接，底部設(shè)有反力梁13，所述的杠桿梁b4 —端懸掛砝碼吊盤7，另一端固定在鋼板b8上，所述的杠桿梁a5設(shè)置在鋼板b8和鋼板al2之間，所述的受彎試件11設(shè)置在反力梁13上，受彎試件11側(cè)面設(shè)有百分表支架9，頂部設(shè)有分配梁6，所述的斜撐blO連接百分表支架9和鋼板b8，所述的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接受彎試件11底部加載端，重物端砝碼產(chǎn)生的豎向力，經(jīng)杠桿梁b4，杠桿梁a5和反力梁13兩次杠桿力傳遞放大。所述的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括壓力傳感器14、數(shù)據(jù)采集儀15和PC機16，所述的壓力傳感器設(shè)置在受彎試件11底部加載端，并通過導(dǎo)線17連接數(shù)據(jù)采集儀15，數(shù)據(jù)采集儀15連接PC機16。所述的鋼板b8呈U型框狀，其上部固定杠桿梁b4。
所述的鋼板al2呈U型框狀，其上部兩端通過嵌固梁2和螺桿3連接。所述的分配梁6設(shè)置在鋼板al2上，其上表面連接杠桿梁a5，下表面連接受彎試件11。所述的受彎試件11設(shè)有3 18根，通過百分表支架9設(shè)置在反力梁13上。所述的杠桿梁b4懸掛砝碼吊盤7的一端依次設(shè)有三個水平排列的懸掛孔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)螺桿加載裝置荷載不穩(wěn)定的缺點。通過二次杠桿作用實現(xiàn)加載端荷載放大，裝置作為自平衡體對試件施加持續(xù)荷載，對外部不產(chǎn)生影響。逐級增大吊載，采用壓力傳感器測試加載端力的實際值，獲取吊載-力標定曲線。標定曲線呈線性，其實測杠桿放大倍數(shù)與理論值一致，放大倍數(shù)可達72 90倍，通過調(diào)整吊載大小和放大倍數(shù)控制加載端力。該裝置組裝方便，適用性強，加載性能穩(wěn)定，可方便地應(yīng)用于受彎構(gòu)件長期性能試驗和荷載與環(huán)境共同作用下受彎構(gòu)件耐久性試驗。同時該裝置荷載穩(wěn)定，荷載水平可調(diào)，放大倍數(shù)高，可用于不同幾何尺寸構(gòu)件的加載，且可同時進行多根試 件的加載。


圖I為本發(fā)明受彎構(gòu)件持續(xù)加載裝置示意圖；圖2為圖I的側(cè)視圖；圖3為杠桿梁b4，杠桿梁a5力傳遞放大示意圖；圖4為反力梁13力傳遞示意圖；圖5為靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖；圖6為實施例中試驗機加載標定曲線圖；圖7為銹蝕鋼筋混凝土梁的長期撓度發(fā)展圖。圖中1_斜撐a, 2_嵌固梁,3_螺桿,4_杠桿梁b, 5_杠桿梁a, 6_分配梁,7_ $去碼吊盤，8-鋼板b, 9-百分表支架，10-斜撐b, 11-受:彎試件，12-鋼板a, 13-反力梁，14-壓力傳感器，15-數(shù)據(jù)采集儀，16-PC機，17-導(dǎo)線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例I如圖I 2、5所示，基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，該裝置包括斜撐al，嵌固梁2，螺桿3，杠桿梁b4，杠桿梁a5，分配梁6，砝碼吊盤7，鋼板b8，百分表支架9，斜撐blO，受彎試件11，鋼板al2，反力梁13，和靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括壓力傳感器14、數(shù)據(jù)采集儀15和PC機16。鋼板b8呈U型框狀，鋼板al2呈U型框狀，鋼板b8和鋼板al2組成一個支架，的鋼板b8和鋼板al2頂部通過斜撐al連接，底部設(shè)有反力梁13，鋼板al2上部兩端通過嵌固梁2和螺桿3連接，鋼板b8上部固定向外伸出的杠桿梁b4，杠桿梁b4 —端懸掛砝碼吊盤
7,另一端固定在鋼板b8上，杠桿梁a5設(shè)置在鋼板b8和鋼板al2之間，受彎試件11設(shè)有6根，通過百分表支架9設(shè)置在反力梁13上，受彎試件11頂部設(shè)有分配梁6，分配梁6設(shè)置在鋼板al2上，其上表面連接杠桿梁a5，下表面連接受彎試件11，斜撐blO連接百分表支架9和鋼板b8，壓力傳感器設(shè)置在受彎試件11底部加載端，并通過導(dǎo)線17連接數(shù)據(jù)采集儀15，數(shù)據(jù)采集儀15連接PC機16。整個裝置長2500mm，寬 450mm，高 1800mm，重量約 500kg。重物端砝碼放置在砝碼吊盤7上，產(chǎn)生的豎向力，經(jīng)杠桿梁b4，杠桿梁a5和反力梁13兩次杠桿力傳遞放大，持續(xù)加載裝置荷載的傳遞部分主要包括杠桿梁b4，杠桿梁a5和反力梁13。杠桿力傳遞過程如圖3。右端E處懸掛重為G的砝碼，經(jīng)第一次杠桿作用，C處加載放大I1倍，N = I1 G，N為C處所受的力，將砝碼吊于E處三個不同吊孔處，I1可分別取
8、9、10。經(jīng)第二次杠桿作用，B處加載再放大I2倍，I2取9，F(xiàn) = I2 N，F(xiàn)為B處所受的力。經(jīng)過兩次杠桿作用，F(xiàn) = I2 I1 G = n G，加載放大72、8 1、90倍。反力梁力傳遞過程如圖4所示杠桿端部的反力1\、T2CT1 = (1「1) G、T2 =(I2-I) -I1-G)通過鋼板b8和鋼板al2傳遞到底部反力梁13，F(xiàn)通過試件傳遞到底部反力梁，反力梁保持平衡，對地面不產(chǎn)生額外影響。其中T1為杠桿b反力；T2為杠桿a反力丨為加載端壓力而為吊盤砝碼重。逐級增大杠桿端砝碼重量，采用壓力傳感器對加載端力進行測試，通過數(shù)據(jù)采集儀讀取傳感器力大小，獲取砝碼-力標定曲線，見圖6?？紤]杠桿放大倍數(shù)較大，加工誤差的存在也會引起杠桿放大倍數(shù)與理論倍數(shù)的差異，加載前對加載裝置做調(diào)試標定，以了解誤差并嘗試改進。圖6是改進前后標定曲線，其實測標定曲線基本呈線性，如圖中實線所示，說明改進后放大倍數(shù)能維持恒定。改進前后標定曲線擬合方程分別為F = 77. 8 G+3. 3⑴F = 80. 8 G+2. 6(2)理論加載放大倍數(shù)為81，后面常數(shù)項為杠桿自重引起的初始力?？芍倪M后加載倍數(shù)與理論值相符。采用自主開發(fā)的四臺試驗裝置對18根銹蝕鋼筋混凝土梁進行長期加載，實現(xiàn)荷載與混凝土中鋼筋銹蝕過程的共同作用。其中一臺加載裝置下6根試件加載實體見圖6。圖7給出了一組不同銹蝕速率下鋼筋混凝土梁的撓度發(fā)展曲線。梁的材料、配筋、尺寸均相同，荷載水平為計算極限荷載的33%，C-33-0、C-33-25、C-33-50和C-33-100對應(yīng)的外加電流密度分別為 0、25 y A/cm2>50 u A/cm2、100 u A/cm2。由以上試驗，上述加載裝置可成功實現(xiàn)受彎構(gòu)件的持續(xù)加載，可用于研究受彎構(gòu)件長期性能試驗和荷載與環(huán)境共同作用下受彎構(gòu)件耐久性試驗。為進行受彎構(gòu)件長期性能試驗或荷載與環(huán)境共同作用下受彎構(gòu)件耐久性試驗，本發(fā)明可按照下列步驟完成加載任務(wù)(I)測試持續(xù)加載裝置加載放大倍數(shù)(加載端力的大小與砝碼重量比值)>根據(jù)試驗需求選定初步加載倍數(shù)，如圖I將砝碼盤選放于杠桿梁b某加載孔處；>將壓力傳感器放于加載端處，與靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，測試壓力大??；>逐級增大杠桿端砝碼重量，對加載端力進行測試，通過數(shù)據(jù)采集儀讀取傳感器力大小，獲取破碼-力標定曲線；>根據(jù)砝碼-力標定曲線和理論加載倍數(shù)，確定本試驗加載裝置的放大倍數(shù)。(2)受彎構(gòu)件長期性能試驗或荷載與環(huán)境共同作用下受彎構(gòu)件耐久性試驗的實現(xiàn)
>根據(jù)試件尺寸和數(shù)量，確定豎向和水平加載點，調(diào)節(jié)豎向螺桿和水平鋼墊板的位置；>運用龍門吊將試件吊入試驗裝置，以 背梁式結(jié)合；>按試驗要求，將整個加載裝置和試件放入相應(yīng)環(huán)境中，實現(xiàn)受彎構(gòu)件長期性能試驗或荷載與環(huán)境共同作用下受彎構(gòu)件耐久性試驗。
權(quán)利要求
1.基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，其特征在于，該裝置包括斜撐a(l)，嵌固梁(2)，螺桿(3)，杠桿梁b (4)，杠桿梁a(5)，分配梁(6)，砝碼吊盤(7)，鋼板b (8)，百分表支架(9)，斜撐b (10)，受彎試件(11)，鋼板a (12)，反力梁(13)和靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述的鋼板b (8)和鋼板a (12)頂部通過斜撐a (I)連接，底部設(shè)有反力梁(13)，所述的杠桿梁b(4) —端懸掛砝碼吊盤(7)，另一端固定在鋼板b (8)上，所述的杠桿梁a(5)設(shè)置在鋼板b(8)和鋼板a(12)之間，所述的受彎試件(11)設(shè)置在反力梁(13)上，受彎試件(11)側(cè)面設(shè)有百分表支架(9)，頂部設(shè)有分配梁￠)，所述的斜撐b(10)連接百分表支架(9)和鋼板b (8)，所述的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接受彎試件(11)底部加載端，重物端砝碼產(chǎn)生的豎向力，經(jīng)杠桿梁b(4)，杠桿梁a(5)和反力梁(13)兩次杠桿力傳遞放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，其特征在于，所述的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括壓力傳感器(14)、數(shù)據(jù)采集儀(15)和PC機(16)，所述的壓力傳感器設(shè)置在受彎試件(11)底部加載端，并通過導(dǎo)線(17)連接數(shù)據(jù)采集儀(15)，數(shù)據(jù)采集儀(15)連接PC機(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，其特征在于，所述的鋼板b (8)呈U型框狀，其上部固定杠桿梁b (4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，其特征在于，所述的鋼板a(12)呈U型框狀，其上部兩端通過嵌固梁⑵和螺桿(3)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，其特征在于，所述的分配梁(6)設(shè)置在鋼板a (12)上，其上表面連接杠桿梁a (5)，下表面連接受彎試件(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，其特征在于，所述的受彎試件(11)設(shè)有3 18根，通過百分表支架(9)設(shè)置在反力梁(13)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，其特征在于，所述的杠桿梁b (4)懸掛砝碼吊盤(7)的一端依次設(shè)有三個水平排列的懸掛孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于二次杠桿作用的新型受彎構(gòu)件持續(xù)加載試驗裝置，該裝置包括斜撐a(1)，嵌固梁(2)，螺桿(3)，杠桿梁b(4)，杠桿梁a(5)，分配梁(6)，砝碼吊盤(7)，鋼板b(8)，百分表支架(9)，斜撐b(10)，受彎試件(11)，鋼板a(12)，反力梁(13)和靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述的杠桿梁b(4)一端懸掛砝碼吊盤(7)，另一端固定在鋼板b(8)上，所述的杠桿梁a(5)設(shè)置在鋼板b(8)和鋼板a(12)之間，所述的受彎試件(11)設(shè)置在反力梁(13)上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有組裝方便，適用性強，加載性能穩(wěn)定，可方便地應(yīng)用于受彎構(gòu)件長期性能試驗和荷載與環(huán)境共同作用下受彎構(gòu)件耐久性試驗等優(yōu)點。
文檔編號G01N3/20GK102749252SQ20111010006
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者劉偉, 張偉平, 顧祥林, 黃慶華 申請人:同濟大學