本发明涉及一种钢筋与混凝土的性能测试装置及方法，尤其是涉及一种建筑工程领域的钢筋与混凝土的性能测试装置及方法。
背景技术：
在建筑工程领域，钢筋与混凝土是最常见的两种材料，其各自的性能和它们的粘结性能的优劣直接影响建筑工程的工程质量。目前，对于钢筋与混凝土的粘结性能测试，一般采用中心拉拔的测试方法。该方法采用单端拉拔的加载方法，并且在万能测试机上进行。为了方便测试顺利进行，测试时将试件放在一个特定的夹具内，该夹具由上面板、下底板及四根钢辊组成，四根钢辊上下端部加工有螺纹，用螺母将其与上面板、下底板连接，这样也便于试件的装卸。但是，该方法的问题在于：四根钢辊经过多次测试后，会出现不同程度的松弛现象，导致试件发生偏心受拉而出现撕裂。
梁式测试方法采用手动液压千斤顶、分配横梁对称加载，液压千斤顶上部连接压力传感器用以测试施加给分配横梁的荷载。为了便于分析钢筋产生滑移后的粘结滑移关系，该测试方法采用先荷载、后位移方法控制加载的方案。加载初期按照荷载控制加载，当钢筋端部出现滑移(即梁两侧自由端滑移)后按照相对滑移控制加载。当一侧构件粘结滑移破坏或滑移达到规定数值后，整个测试结束。但是，该方法的问题在于：液压千斤顶存在卸荷现象(即荷载减小现象)，尤其是荷载越大，卸荷越快。此外，手动液压千斤顶加载很难精确控制加载值，持荷时间也较难保证。
因此，目前迫切需要一种钢筋与混凝土的性能测试装置及方法，其能做到一机多能，并且可以防止采用常规装置进行中心拉拔测试时钢筋的偏心破坏现象的出现。此外，其最好能够消除液压千斤顶卸荷现象，并可以解决实验室普遍存在的使用面积不足的问题。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种钢筋与混凝土的性能测试装置，其为一机多能，并且可以防止采用常规装置进行中心拉拔测试时钢筋的偏心破坏现象的出现。本发明的进一步目的在于提供一种钢筋与混凝土的性能测试装置，其可以消除液压千斤顶卸荷现象，并可以减小装置的占地面积。
本发明的另一目的在于提供一种钢筋与混凝土的性能测试方法，其可以测试钢筋与混凝土的多种性能。
本申请发现如下技术方案可以实现上述目的。
本发明提供一种钢筋与混凝土的性能测试装置，包括上梁、第一支承杆、第二支承杆、卡爪、上部压头、下部压头、第一丝杠、第二丝杠、加载架和底座；
其中，所述上梁、第一支承杆、第二支承杆和底座可拆卸地连接成框状；
其中，第一丝杠和第二丝杠均经由轴承与所述上梁和所述底座连接，第一丝杠和第二丝杠均能够旋转；
其中，所述加载架可拆卸地套装在第一丝杠和第二丝杠上，并设置在所述上梁和所述底座之间的位置，用于拉伸或压缩待测试样品；所述加载架设置为随着第一丝杠和第二丝杠旋转而上下移动；
其中，所述加载架与所述上梁之间设置为拉力测试区，用于测试待测试样品的拉伸性能；所述加载架与所述底座之间设置为压力测试区，用于测试待测试样品的压缩性能；
其中，所述卡爪可拆卸地连接在所述上梁上，用于固定待测试样品；和
其中，所述上部压头固定连接在所述加载架的下方；所述下部压头固定连接在所述底座上，并且设置在所述上部压头的垂直下方；所述上部压头和所述下部压头相互配合，用于固定待测试样品。
在本发明中，所述上梁、第一支承杆、第二支承杆和底座可拆卸地连接成框状，例如方框结构。第一支承杆、第二支承杆分别与上梁、底座固定连接以形成一个支承框架。固定连接的方式并没有特别限定，例如可以是螺栓连接或者卡扣连接。
在本发明中，第一丝杠和第二丝杠均经由轴承与所述上梁和所述底座连接，第一丝杠和第二丝杠均能够旋转。根据本发明的一个具体实施方式，第一丝杠和第二丝杠通过电机驱动来实现旋转。这样可以消除液压千斤顶存在卸荷现象，同时不存在手动液压千斤顶加载很难精确控制加载值和持荷时间也较难保证的问题。在本发明中，所述电机驱动的传动方式为减速机传动。这样可以较为精确地控制转速，并精确地控制转矩。本发明的减速机可根据需要加载的动力情况适当选用。
根据本发明的装置，优选地，本发明的第一丝杠、第二丝杠可以为螺杆或滚珠丝杠，更优选为滚珠丝杠。在本发明中，所述的第一丝杠和第二丝杠之间的距离可以为300～700mm，优选为400～600mm；所述的第一丝杠和第二丝杠的长度可以均为2000～3000mm，优选为2300～2700mm。
在本发明中，只要能满足受力要求，本发明的轴承的具体种类不作具体限定。作为优选，本发明的轴承可以为径向轴承或轴向推力轴承，优选为径向轴承。
在本发明中，所述加载架可拆卸地套装在第一丝杠和第二丝杠上，并设置在所述上梁和所述底座之间的位置。本发明的加载架设置为随着第一丝杠和第二丝杠旋转而上下移动，用于拉伸或压缩待测试样品。所述的加载架的两端分别设置有第一开孔和第二开孔，第一丝杠和第二丝杠分别穿入第一开孔和第二开孔，从而完成套装。随着第一丝杠和第二丝杠的旋转，本发明的加载架可以随之产生位移。这样的结构可以采用本领域熟知的那些，这里不再赘述。
在本发明中，所述加载架与所述上梁之间设置为拉力测试区，用于测试待测试样品的拉伸性能；所述加载架与所述底座之间设置为压力测试区，用于测试待测试样品的压缩性能。这样，本发明的装置既可以测试钢筋与混凝土的粘接性能，也可以测试混凝土的力学性能。在本发明中，拉力测试区可以是由加载架、上梁、第一丝杠和第二丝杠围成的区域；压力测试区可以是由加载架、底座、第一丝杠和第二丝杠围成的区域。待测试样品在上述区域内完成相应测试。
根据本发明的装置，优选地，所述的装置还包括半开式夹具，其可拆卸地连接在所述加载架的上方，用于固定待测试样品。可拆卸地连接的方式并没有特别限定，例如可以是螺栓连接、螺纹连接或者卡扣连接。根据本发明的一个具体实施方式，所述半开式夹具可以选自前面具有敞开结构的箱形结构。敞开结构的好处在于可以明显观察待测试样品在测试过程的形态变化。本发明的箱形结构并不限制于方形箱体，只要其可以容纳和固定待测试样品即可，例如可以是不规则的多边形箱体。作为优选，本发明的箱形结构可以为长方形的箱形结构。本发明的半开式夹具可以包括上面板、下面板、左面板、右面板和后面板。由于为本发明的箱形结构具有敞开结构，前面板可以省略，也可以采用带有敞开结构(例如开孔)的前面板。本发明的上面板开设有供钢筋穿过的开口，所述下面板可拆卸地连接在所述加载架上。在本发明中，开口的形状以及可拆卸地连接方式并没有特别限制。
根据本发明的装置，优选地，所述半开式夹具的上面板与所述卡爪的下端之间相对运动的最大垂直距离为1000～1500mm，优选为1200～1350mm。上述最大垂直距离有时也称之为有效拉伸空间。将最大垂直距离控制在上述范围，有利于准确测定钢筋与混凝土粘结性能。
本发明也提供利用上述装置进行钢筋与混凝土性能测试的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)钢筋与混凝土粘结性能的中心拉拔测试：将钢筋与混凝土试件作为所述待测试样品放置在所述半开式夹具中，将所述钢筋与混凝土试件的上端部采用所述卡爪夹持住，旋转第一丝杠和第二丝杠以使所述加载架向下移动，同时带动所述半开式夹具向下加载，从而测试钢筋与混凝土粘结性能；
(2)混凝土的力学性能测试：将混凝土试件作为所述待测试样品放置在上部压头与下部压头之间，旋转第一丝杠和第二丝杠以使所述加载架向下移动，同时带动所述上部压头向下加载，从而测试混凝土的力学性能。
在本发明中，所述的“加载”表示载荷的加载。
在本发明中，所述的步骤(1)和步骤(2)的操作顺序选自以下顺序之一：A、先进行步骤(1)，后进行步骤(2)；B、先进行步骤(2)，后进行步骤(1)；C、步骤(1)和步骤(2)同时进行。根据本发明的一个具体实施方式，所述的步骤(1)和步骤(2)的操作顺序按照顺序C进行，这样可以同时测定粘结性能和力学性能。
在测试过程中，为了提高测试效率并保证数据准确性，加载架的位移速率精度的控制如下：(1)位移速率为1mm/min以下时，精度控制在±0.005mm/min，优选为±0.002mm/min；(2)位移速率大于1mm/min时，精度控制在位移速率设定值的±0.5％，优选为±0.2％以内。
此外，采用本发明的上述装置还可以进行钢筋与混凝土性能测试的其他测试。例如，将加载架拆卸后安装钢筋卡具就可以在拉力测试区进行钢筋的力学性能测试。又如，在压力测试区安装钢筋与混凝土测试梁的支座之后就可以进行钢筋与混凝土粘结性能的梁式测试。
本发明的装置和方法采用两侧丝杠进行加载的结构，可以防止采用常规装置进行中心拉拔测试时钢筋的偏心破坏现象的出现，可以消除液压千斤顶卸荷现象。本发明的装置分为拉力测试区和压力测试区，可以测试钢筋与混凝土的多种性能；并且许多部件具有可拆卸功能，因而可以实现一机多用。根据本发明优选的技术方案，采用电机驱动丝杠旋转，并带动加载架运动，其可以解决手动液压千斤顶加载很难精确控制加载值以及持荷时间也较难保证的问题。此外，本发明的装置占地面积小，可以解决实验室拥挤的问题。
附图说明
图1为本发明的一种钢筋与混凝土的性能测试装置的整体结构示意图。
附图标记说明：
1-上梁；21-第一支承杆；22-第二支承杆；3-卡爪；41-第一丝杠；42-第二丝杠；5-加载架；6-底座；7-半开式夹具；81-上部压头；82-下部压头；A-拉力测试区；B-压力测试区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
图1为本发明的一种钢筋与混凝土的性能测试装置的整体结构示意图。如图1所示，本发明的装置包括上梁1、第一支承杆21、第二支承杆22、卡爪3、第一丝杠41、第二丝杠42、加载架5、底座6，其中，上梁1、第一支承杆21、第二支承杆22和底座6可拆卸地连接成框状，卡爪3可拆卸地连接在上梁1上，第一丝杠41、第二丝杠42经由轴承(未图示)与上梁1和底座6连接并且被电机(未图示)驱动而旋转，加载架5可拆卸地套装在第一丝杠41、第二丝杠42上，第一丝杠41、第二丝杠42旋转时加载架5上下移动而完成加载。第一丝杠和第二丝杠之间的距离为580mm。
上梁1、第一丝杠41、第二丝杠42和加载架5围成拉力测试区A，其位于钢筋与混凝土的性能测试装置的上部。底座6、第一丝杠41、第二丝杠42和加载架5围成压力测试区B，其位于钢筋与混凝土的性能测试装置的下部。实施例1中的电机驱动的传动方式为减速机传动；第一丝杠41、第二丝杠42为滚珠丝杠；轴承为径向轴承。
本发明的装置还包括半开式夹具7，其可拆卸地连接在加载架5上。半开式夹具7为前面为敞开结构的箱形结构，其包括上面板、下面板、左面板、右面板和后面板，不包含前面板；所述上面板开设有供钢筋穿过的开口，所述下面板可拆卸地连接在所述加载架5上。半开式夹具7的上面板与所述卡爪3的下端之间相对运动的最大垂直距离为1300mm。
本发明的装置还包括上部压头81、下部压头82。上部压头81固定连接在所述加载架5的下方；下部压头82固定连接在所述底座6上，并且设置在上部压头81的垂直下方；上部压头81和下部压头82相互配合，用于固定待测试样品。
采用上述装置进行性能测试的方法依次包括如下步骤：
(1)钢筋与混凝土粘结性能的中心拉拔测试：将钢筋与混凝土试件作为所述待测试样品放置在半开式夹具7中，将钢筋与混凝土试件的上端部采用卡爪3夹持住，旋转第一丝杠21和第二丝杠22以使加载架5向下移动，同时带动半开式夹具7向下加载，从而测试钢筋与混凝土粘结性能；
(2)混凝土的力学性能测试：将混凝土试件作为所述待测试样品放置在上部压头81与下部压头82之间，旋转第一丝杠21和第二丝杠22以使加载架5向下移动，同时带动上部压头81向下加载，从而测试混凝土的力学性能。
在测试过程中，为了提高测试效率并保证数据准确性，加载架5的位移速率精度的控制如下：(1)位移速率为1mm/min以下时，精度控制在±0.005mm/min；(2)位移速率大于1mm/min时，精度控制在位移速率设定值的±0.5％。
实施例2
除了将实施例1中的第一丝杠41、第二丝杠42由滚珠丝杠替换为螺杆之外，其余部件和参数与实施例1相同。
实施例3
除了将实施例1中的轴承由径向轴承替换为轴向推力轴承之外，其余部件和参数与实施例1相同。
实施例4
除了将实施例1中的半开式夹具7替换为如下结构之外，其余部件和参数与实施例1相同：
半开式夹具7选自前面为敞开结构的箱形结构，其包括上面板、下面板、左面板、右面板、后面板和带有开孔的前面板；所述上面板开设有供钢筋穿过的开口，所述下面板可拆卸地连接在所述加载架5上。
实施例5
除了将实施例1中的步骤(1)和(2)的先后顺序替换为步骤(2)、(1)之外，其余部件和参数与实施例1相同。
实施例6
除了将实施例1中的步骤(1)和(2)的顺序替换为步骤(1)和(2)同时进行之外，其余部件和参数与实施例1相同。
在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。