偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁，載荷施加裝置，兩個力傳感器和與兩力傳感器相連的應(yīng)變儀，反力剛架由兩個剛架立柱和固定橫梁組成，待測的試驗(yàn)柱安裝于固定橫梁與移動式剛性橫梁之間，移動式剛性橫梁設(shè)置于兩個剛架立柱之間；試驗(yàn)柱與其上端的固定橫梁之間以及試驗(yàn)柱與其下端的移動式剛性橫梁之間均設(shè)置單向刀鉸和壓力分布板，壓力分布板均與試驗(yàn)柱柱端端面接觸；所述試驗(yàn)裝置還包括安裝在試驗(yàn)柱的柱端處成對配制的緊箍件，所述緊箍件由兩個半圓形鋼板和螺栓構(gòu)成。本實(shí)用新型可控性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，可避免柱端局部混凝土在試件整體破壞之前被壓碎，從而使得試驗(yàn)失敗。
【專利說明】偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于試驗(yàn)裝置，具體涉及一種偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 正在投入使用的受壓構(gòu)件，若需要加固，應(yīng)先進(jìn)行卸載才能使加固層的作用得到 充分發(fā)揮，但實(shí)際工程中很難做到這一點(diǎn)，只能做到部分卸載或根本就不卸載，即原構(gòu)件在 加固前已承受了荷載作用，稱為第一階段受荷，在加固后，只有當(dāng)外荷載繼續(xù)增加，稱為第 二階段受荷，構(gòu)件的變形也繼續(xù)增大，加固層才會協(xié)助原構(gòu)件承擔(dān)新增外荷載的作用，這使 得原構(gòu)件的應(yīng)力和應(yīng)變都超前于加固層。
[0003] 目前，受壓構(gòu)件非卸載加固的試驗(yàn)通常是在液壓長柱試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，即當(dāng)柱穩(wěn)壓 在"第一階段受荷"的情況下在試驗(yàn)機(jī)上對柱制作加固層，養(yǎng)護(hù)到相應(yīng)齡期，再完成"第二階 段加荷"直至加固柱破壞。這種方式存在的弊端是顯而易見的，包括因加固層養(yǎng)護(hù)期長而導(dǎo) 致占用機(jī)時太多，長時間過熱對試驗(yàn)機(jī)損耗大，液壓機(jī)高載荷下穩(wěn)壓效果差而導(dǎo)致"第一階 段受荷"對應(yīng)的應(yīng)力水平指標(biāo)β失真變小(定義β =乂/1隊(duì)為"第一階段受荷"穩(wěn)定后 的實(shí)際荷載值，Ν為原柱的極限破壞荷載)，或者為了維持應(yīng)力水平指標(biāo)β所作的多次補(bǔ)壓 操作可能使加固層中的膠凝材料與原柱混凝土剛建立的粘結(jié)作用完全消失，此外，在長柱 試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行加固施工操作也很不方便。鋼筋混凝土偏心受壓柱受力性能的試驗(yàn)研究作為 受壓構(gòu)件非卸載加固的試驗(yàn)的重要方面，進(jìn)行符合工程實(shí)際情況的大比例偏心受壓柱非卸 載加固的試驗(yàn)研究具有重要意義。
[0004] 目前，在進(jìn)行制筋混凝土柱或鋼管混凝土柱的偏壓試驗(yàn)時，由于加載端制作不平 整或局部受荷不均勻，常常發(fā)生試件在沒有達(dá)到極限承載力之前，柱端局部混凝土被壓碎 導(dǎo)致整個試驗(yàn)失敗的現(xiàn)象，使得試驗(yàn)過程半途而廢，試驗(yàn)結(jié)果不理想，從而造成了科研基金 利時問的浪費(fèi)。而實(shí)際上，在建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過程中，要想保證試件端部絕對平整和加載絕對 均勻是非常困難的，甚至是不可能的。因此，尋求保證柱端不先于整體構(gòu)件的破壞方法是建 筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的穩(wěn)壓效果差，機(jī)器損耗大，使用不便以 及試件在沒有達(dá)到極限承載力之前，柱端局部混凝土被壓碎導(dǎo)致整個試驗(yàn)失敗的問題，提 供一種偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，且高載荷下穩(wěn)壓 效果好，保證試件達(dá)到極限承載力之前加載的柱端不先發(fā)生破壞。
[0006] 通過對國內(nèi)外大量的文獻(xiàn)閱讀與現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于模擬足尺加固柱"兩階段受 荷"的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法問題未能得到較好解決，使得近年來國內(nèi)外采用各種方法加 固鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的試驗(yàn)研究中，都是進(jìn)行的不符合工程實(shí)際情況的一次受荷加固研 究，即實(shí)驗(yàn)柱原柱在沒有承載的情況下完成加固層的制作，然后將其置于壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行 破壞試驗(yàn)。至于固層應(yīng)變與應(yīng)力比原柱滯后的這一工程實(shí)際問題，則統(tǒng)一采用一折減系數(shù) 予以考慮，但其實(shí)際情況往往會因"第一階段受荷"下的應(yīng)力水平指標(biāo)β的不同、柱構(gòu)件類 型的不同、加固層材料種類等的不同而變化。可見這種折減系數(shù)法帶有很大的粗略性，自然 導(dǎo)致了加固設(shè)計(jì)的不真實(shí)性和不可靠性。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，采用的技術(shù)方案如下：
[0008] 偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁， 載荷施加裝置，兩個力傳感器和與兩力傳感器相連的應(yīng)變儀，反力剛架由兩個剛架立柱和 固定橫梁組成，待測的試驗(yàn)柱安裝于固定橫梁與移動式剛性橫梁之間，其特殊之處在于：所 述移動式剛性橫梁設(shè)置于兩個剛架立柱之間；試驗(yàn)柱與其上端的固定橫梁之間以及試驗(yàn)柱 與其下端的移動式剛性橫梁之間均設(shè)置單向刀鉸和壓力分布板，壓力分布板均與試驗(yàn)柱柱 端端面接觸；所述試驗(yàn)裝置還包括安裝在試驗(yàn)柱的柱端處成對配制的緊箍件，所述緊箍件 由兩個半圓形鋼板和螺栓構(gòu)成。
[0009] 進(jìn)一步，所述載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂和一個液壓式千斤頂，液壓式 千斤頂設(shè)置于兩個螺旋式千斤頂之間。
[0010] 進(jìn)一步，所述移動式剛性橫梁為鋼結(jié)構(gòu)箱型截面梁，移動式剛性橫梁的長寬比為 4,移動式剛性橫梁內(nèi)設(shè)置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁兩端各設(shè)置四個小輪；所述 剛架立柱的內(nèi)側(cè)面設(shè)置可使小輪自由上下滾動的槽道。
[0011] 進(jìn)一步，所述螺旋式千斤頂為額定噸位為l〇〇〇kN螺旋式機(jī)械千斤頂；所述液壓式 千斤頂為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的高壓電 動油泵連接。
[0012] 進(jìn)一步，所述試驗(yàn)裝置還包括用于保護(hù)試驗(yàn)柱的安全鋼繩。
[0013] 本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：
[0014] 1.該試驗(yàn)裝置其施荷能力及量測范圍能滿足與工程實(shí)際情況一致的足尺試驗(yàn)柱 加固后最大承壓能力的測試要求。
[0015] 2.該試驗(yàn)裝置的加載穩(wěn)壓效果能滿足在持荷期間使新制做的未直接受壓的且牢 固粘結(jié)在原柱表面加固層一直處于〇應(yīng)力狀態(tài)。
[0016] 3.該試驗(yàn)裝置在各時刻及在各荷載等級下，能精確測定其構(gòu)件實(shí)際受荷大小與變 形值，滿足測量精度要求。
[0017] 4.該試驗(yàn)裝置滿足安全性要求。
[0018] 5.該試驗(yàn)裝置可控性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。
[0019] 6.在軸壓或偏壓試驗(yàn)中，使用該裝置可避免由于加載端的加載板制作不平整或局 部受荷不均勻?qū)е轮司植炕炷猎谠嚰w破壞之前被壓碎，從而使得試驗(yàn)失敗。
[0020] 7.有利于節(jié)約科研資金與時間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是圖1中緊箍件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 其中，1、固定橫梁；2-單向刀鉸；3、壓力分布板；4、試驗(yàn)柱；5、緊箍件；5-1、半圓 形鋼板；5-2、螺栓；6、移動式剛性橫梁；7、力傳感器；8、液壓式千斤頂；9、螺旋式千斤頂； 10、剛架立柱；11-安全鋼繩。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本 實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用 新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0025] 圖1示出了本實(shí)用新型提供的偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)。為了便于說 明，僅僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分。
[0026] 本實(shí)用新型的偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，包括：反力剛架，可上下移動的移 動式剛性橫梁6,載荷施加裝置，兩個力傳感器7和與兩力傳感器相連的應(yīng)變儀，反力剛架 由兩個剛架立柱10和固定橫梁1組成，待測的試驗(yàn)柱安裝于固定橫梁1與移動式剛性橫梁 6之間，移動式剛性橫梁6設(shè)置于兩個剛架立柱10之間；試驗(yàn)柱4與其上端的固定橫梁1之 間以及試驗(yàn)柱4與其下端的移動式剛性橫梁6之間均設(shè)置單向刀鉸2和壓力分布板3,壓力 分布板均與試驗(yàn)柱柱端端面接觸；該試驗(yàn)裝置還包括安裝在試驗(yàn)柱的柱端處成對配制的緊 箍件5,所述緊箍件由兩個半圓形鋼板5-1和螺栓5-2構(gòu)成。
[0027] 作為本實(shí)用新型實(shí)施例的一優(yōu)化方案，載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂9和 一個液壓式千斤頂8,液壓式千斤頂8設(shè)置于兩個螺旋式千斤頂9之間。
[0028] 作為本實(shí)用新型實(shí)施例的一優(yōu)化方案，移動式剛性橫梁6為鋼結(jié)構(gòu)箱型截面梁， 移動式剛性橫梁6的長寬比為4,移動式剛性橫梁6內(nèi)設(shè)置有密集型加勁肋板，移動式剛性 橫梁6兩端各設(shè)置四個小輪；所述剛架立柱10的內(nèi)側(cè)面設(shè)置可使小輪自由上下滾動的槽 道。
[0029] 作為本實(shí)用新型實(shí)施例的一優(yōu)化方案，螺旋式千斤頂9為額定噸位為1000kN螺旋 式機(jī)械千斤頂；所述液壓式千斤頂8為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與 裝有高精度液壓表的高壓電動油泵連接。
[0030] 作為本實(shí)用新型實(shí)施例的一優(yōu)化方案，該試驗(yàn)裝置還包括用于保護(hù)試驗(yàn)柱的安全 鋼繩11。
[0031] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0032] 如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，包括： 反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁6,載荷施加裝置，兩個力傳感器7和與兩力傳感 器相連的應(yīng)變儀，反力剛架由兩個剛架立柱10和固定橫梁1組成，待測的試驗(yàn)柱安裝于固 定橫梁1與移動式剛性橫梁6之間，移動式剛性橫梁6設(shè)置于兩個剛架立柱10之間；試驗(yàn) 柱4與其上端的固定橫梁1之間以及試驗(yàn)柱4與其下端的移動式剛性橫梁6之間均設(shè)置單 向刀鉸2和壓力分布板3,壓力分布板均與試驗(yàn)柱柱端端面接觸；該試驗(yàn)裝置還包括安裝在 試驗(yàn)柱的柱端處成對配制的緊箍件5,參見圖2,該緊箍件由兩個半圓形鋼板5-1和螺栓5-2 構(gòu)成，兩個半圓形鋼板5-1的兩端分別通過螺栓5-2進(jìn)行緊固連接，實(shí)際制作時，可在半圓 形鋼板上開設(shè)若干帶絲扣的小孔，同時在小孔上配合緊固螺栓。
[0033] 載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂9和一個液壓式千斤頂8,液壓式千斤頂8設(shè) 置于兩個螺旋式千斤頂9之間。螺旋式千斤頂9為額定噸位為1000kN螺旋式機(jī)械千斤頂； 液壓式千斤頂8為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的 高壓電動油泵連接。
[0034] 移動式剛性橫梁6為鋼結(jié)構(gòu)箱型截面梁，移動式剛性橫梁6的長寬比為4,移動式 剛性橫梁6內(nèi)設(shè)置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁6兩端各設(shè)置四個小輪；剛架立柱 10的內(nèi)側(cè)面設(shè)置可使小輪自由上下滾動的槽道。
[0035] 該試驗(yàn)裝置還包括用于保護(hù)試驗(yàn)柱的安全鋼繩11。
[0036] 本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置在制作時，全面考慮到大噸位長柱試驗(yàn)機(jī)具有加載和測試 方便且精度高的特點(diǎn)，但長時間穩(wěn)壓效果差，機(jī)器本身磨耗大，長時間持荷加壓會減低機(jī)器 的壽命；油壓千近頂加載范圍大，不需要像機(jī)械千斤頂那樣需要人工搖壓，但長時間內(nèi)的穩(wěn) 壓效果差，有滲油漏油現(xiàn)象；單臺機(jī)械千斤頂由于大多靠人工操作，最大加載噸位偏小，滿 足不了足尺柱的量程要求，但長時間內(nèi)的穩(wěn)壓效果極好。在綜合考慮加載設(shè)備各自的優(yōu)缺 點(diǎn)后，并考慮安全因素和操作的方便性和可控性后，研發(fā)出了如圖1所示的本實(shí)用新型的 偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，該裝置各部分工作協(xié)調(diào)，能很好的滿足量程范圍、穩(wěn)壓效 果、測量精度、安全性、可控性、易操作性等各方面的要求。通過該裝置，可完成偏心受壓的 模型柱的科學(xué)試驗(yàn)和工程實(shí)際柱構(gòu)件試驗(yàn)檢測，為研究和分析提供大量寶貴可靠的測試數(shù) 據(jù)。
[0037] 本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置在進(jìn)行偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)時，通過柱上下端的單 向刀鉸施加給柱的堅(jiān)向受壓荷載，這個堅(jiān)向荷載沿刀鉸長度以線荷載形式分布，是一個相 對于柱截面形心軸線有一定偏心距的偏壓荷載。
[0038] 試驗(yàn)方法：根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，在精準(zhǔn)的長柱油壓試驗(yàn)機(jī)上對 本試驗(yàn)裝置的液壓式千斤頂及與之配套使用高壓電動油泵進(jìn)行標(biāo)定，對置于兩臺螺旋式機(jī) 械千斤頂上的力傳感器及與之配套使用的應(yīng)變儀進(jìn)行標(biāo)定；依次將3臺千斤頂、上下移動 式剛性橫梁、柱上下端刀鉸、壓力分布板、試驗(yàn)柱按圖1位置就位，上好緊箍件和安全鋼繩， 并進(jìn)行各部分的幾何對中。本實(shí)用新型的緊箍件通過擰緊緊箍件上的螺栓，使半圓形鋼板 對柱端表面產(chǎn)生局部水平壓力，來達(dá)到提高柱端混凝土局部抗壓強(qiáng)度的目的。在各部分就 位、對中、校準(zhǔn)等準(zhǔn)備工作完成后，應(yīng)檢查安全鋼繩是否處于非受力狀態(tài)。通過觀察與兩力 傳感器相連的應(yīng)變儀上的應(yīng)變變化，指揮兩操作員同時搖壓兩螺旋式千斤頂，使其對稱均 勻地頂推移動式橫梁，從而對柱施加軸向荷載，當(dāng)荷載值達(dá)到"第一階段受荷"的設(shè)計(jì)荷載 值(對應(yīng)的應(yīng)力水平指標(biāo)為β)時，停止搖壓。在第一階段荷載值作用下的初期，鋼筋混凝 土柱將發(fā)生彈性壓縮變形使柱實(shí)際壓應(yīng)力比會逐步低于β。故應(yīng)在第1周內(nèi)應(yīng)觀察應(yīng)變 儀上應(yīng)變的變化，必要時適當(dāng)作補(bǔ)壓操作，當(dāng)應(yīng)變值不再下降或僅有幾個微應(yīng)變的變化，則 說明已基本達(dá)到穩(wěn)壓水平。這一過程正是利用了機(jī)械千斤頂穩(wěn)壓效果好的特點(diǎn)。"第一階 段受荷"對應(yīng)的荷載值一般不會超過加固柱的極限破壞荷載的60%，盡管人工操作的機(jī)械千 斤頂具有額定噸位相對較小的特點(diǎn)，但裝置中并列使用兩臺l〇〇〇kN螺旋式機(jī)械千斤頂便 可滿足要求。對已穩(wěn)定承受大小為隊(duì)的軸向荷載作用且完成了加固施工預(yù)處理了的試驗(yàn) 柱進(jìn)行加固施工，并養(yǎng)護(hù)或固結(jié)到相應(yīng)的齡期。經(jīng)過相應(yīng)齡期的養(yǎng)護(hù)或固結(jié)，加固層本身的 強(qiáng)度及其與原柱結(jié)合面的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開始啟用高壓油泵和位于移動式剛性 橫梁下部的5000kN油壓千斤頂，并通過觀察液壓表讀數(shù)對其加載速度及荷載等級進(jìn)行操 控，即實(shí)現(xiàn)和完成對加固柱的"第二階段受荷"試驗(yàn)過程，直至試驗(yàn)柱達(dá)到最大承載力后破 壞。在"第二階段受荷"過程中，兩機(jī)械式千斤頂逐漸退出工作，油壓千斤頂逐步承受越來 越大乃至全部的受壓荷載(故各級荷載下的柱軸力應(yīng)為三臺千斤頂施加的軸向荷載之和)。 加固柱達(dá)到最大承載力后，油壓表指針開始回退，荷載值回退到最大承載力的80%后，停止 實(shí)驗(yàn)，關(guān)閉液壓設(shè)備并回油，試驗(yàn)結(jié)束。由于加固柱大多發(fā)生的是預(yù)兆明顯的延性破壞，所 以油壓表指針回退緩慢，由于還有安全鋼繩的防護(hù)，安全性得到了很好的保障。
[0039] 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁 (6)，載荷施加裝置，兩個力傳感器（7)和與兩力傳感器相連的應(yīng)變儀，反力剛架由兩個剛架 立柱（10)和固定橫梁（1)組成，待測的試驗(yàn)柱安裝于固定橫梁（1)與移動式剛性橫梁（6) 之間，其特征在于：所述移動式剛性橫梁（6)設(shè)置于兩個剛架立柱（10)之間；試驗(yàn)柱（4)與 其上端的固定橫梁（1)之間以及試驗(yàn)柱（4)與其下端的移動式剛性橫梁（6)之間均設(shè)置單 向刀鉸（2)和壓力分布板（3)，壓力分布板均與試驗(yàn)柱柱端端面接觸；所述試驗(yàn)裝置還包括 安裝在試驗(yàn)柱的柱端處成對配制的緊箍件（5)，所述緊箍件由兩個半圓形鋼板（5-1)和螺 栓（5-2)構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述載荷施 加裝置包括兩個螺旋式千斤頂（9 )和一個液壓式千斤頂（8 )，液壓式千斤頂（8 )設(shè)置于兩個 螺旋式千斤頂（9)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述移動式 剛性橫梁（6)為鋼結(jié)構(gòu)箱型截面梁，移動式剛性橫梁（6)的長寬比為4,移動式剛性橫梁（6) 內(nèi)設(shè)置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁（6)兩端各設(shè)置四個小輪；所述剛架立柱（10) 的內(nèi)側(cè)面設(shè)置可使小輪自由上下滾動的槽道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述螺旋式 千斤頂（9)為額定噸位為1000kN螺旋式機(jī)械千斤頂；所述液壓式千斤頂（8)為額定噸位為 5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的高壓電動油泵連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述試驗(yàn)裝 置還包括用于保護(hù)試驗(yàn)柱的安全鋼繩（11)。
【文檔編號】G01N3/12GK203849110SQ201420095005
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】蔣隆敏, 施棉軍 申請人:湖南工業(yè)大學(xué)