一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及土木建筑技术领域，尤其是涉及一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构。
【背景技术】
[0002]混凝土是土木工程领域中应用最为广泛的工程材料，而在混凝土一些关键科学问题研究中，混凝土受力本构方面的研究一直以来都是比较突出的难题，特别是受拉动力本构方面的试验研究，在国内外真正有较好结果更是极少。因此，研究混凝土受拉动力本构最重要的试验方法之一就是对混凝土试块进行动力拉伸试验。
[0003]关于混凝土的动力拉伸试验，一般来说分为轴拉试验、劈拉试验和弯拉试验三类。通过对这几类试验结果的分析，可以得到应变率对混凝土抗拉强度特性的影响，但对于上面所提到的三类试验方法，黄承奎等进行了对比后发现，劈裂法不适合动态试验，并且用劈裂法也无法研究混凝土受拉时的应力应变全曲线；对于轴拉法，尽管实现较为困难，但它特别适合于动力试验，不仅因为试验中可以得到明确的应力应变关系，而且利用引伸计，测量起来十分方便，同时，通过改变加载程序，可以对应变率进行很好的控制，此外，在加载过程中也没有类似摩擦等其它机械原因所造成的误差。
[0004]而对于传统的单轴受拉动力本构试验装置研究分析，发现大多存在试验装置刚度不够、对中困难和试验操作复杂等问题。随着新的分析方法与设计理念的革新，混凝土自身的应力应变关系受到更多的关注。为了准确成功得到试验数据，并完整全面地反应混凝土在动力加载过程中的力学性能，非常有必要改进现有的试验装置。本实用新型加载机构正是在前人试验的改进下得到的，基本解决了试验装置刚度足够、对中简单和操作方面三大问题。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，结构简单，能准确快速与准备好的试块连接对中，又可以很好地保护试验机。
[0006]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]—种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，包括两个用于连接试验机的加载头，所述两个加载头均分别包括球头座、球头盖和球头螺杆，所述球头座和球头盖固定连接，球头座和球头盖之间形成球头槽，所述球头螺杆的球头位于球头槽中，两个球头螺杆的螺杆分别连接试验机，两个球头座上下对称设置在试块两端，下部的球头盖上设有用于保护试验机的接盘。
[0008]所述球头座设有用于连接试块端部的螺栓孔。
[0009]所述球头盖通过螺栓和球头座固定连接。
[0010]所述球头盖上设有多个沿圆周均布、用于连接球头座的螺栓孔。
[0011]所述球头螺杆的螺杆上设有用于调节加载头高度的螺母。
[0012]所述球头盖为圆柱体。
[0013]所述球头座的两端为直径不同的圆柱体，球头座中与球头盖对应的圆柱体的直径小于与试块对应的圆柱体的直径。
[0014]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0015]1)转动能力强，加载头刚度足够:采用了万向球头，可以方便灵活地调整球头角度，通过加入润滑油可以很方便地转动上下加载头，从而保证试块与加载头、试验机的对接对中。同时，由于此加载头采用了厚重的钢板加工形成，有较大的刚度，加载头在试验过程中自身的变形极小，可以非常好地实现混凝土单轴受拉动力应力应变全曲线试验，能够较好地得到混凝土试块在快速加载过程中的应力应变全曲线。
[0016]2)传力能力强:采用了较厚的钢板制成的加载头，能分散集中力，使试块不至于出现局部受压破坏。球头座与试块之间契合良好，接触面足够大，有较高的传力能力，能实现百吨级的传力。
[0017]3)操作简单:加载头只需将准备好地试块与上下加载头通过螺栓连接对中就可以实现主试验，操作简单方便。
[0018]4)安全可靠:采用了特殊的精加工工艺保证加载头强度，采用了接盘以保证安全性，接盘在动力加载过程中使用，防止混凝土试块在破坏过程中砸坏力学试验机，保证试验的正常进行。
[0019]5)可重复利用，经济性高:球头座、球头盖、球头螺杆、螺母和接盘均是可拆卸部件，能实现在不同试块中的重复利用，节约试验成本。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型加载机构立体示意图；
[0021]图2为本实用新型加载机构局部剖视示意图。
[0022]图中:1、上球头座，2、下球头座，3、上球头盖，4、下球头盖，5、上球头螺杆，6、下球头螺杆，7、上螺母，8、下螺母，9、接盘，10、试块。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0024]在混凝土试块单轴受拉应力应变全曲线试验中，保证试验成功最关键的两个因素是:a)加载头有足够的刚度；b)混凝土试块10能够与加载头快速准确对中。基于对以上两个因素的考虑，设计了一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，并在实际试验中验证了其可靠性与实用性。如图1所示，该加载机构包括两个用于连接试验机的加载头，两个加载头分别上下对称设置在试块10两端，其中，对应连接试块10顶端的为上加载头，对应连接试块10底端的为下加载头，下加载头上还设有用于保护试验机的接盘9。该加载机构适用于普通混凝土试块10在不同加载速度下的试验。
[0025]如图2所示，上加载头包括上球头座1、上球头盖3和上球头螺杆5。上球头盖3上设有多个沿圆周均布、用于连接上球头座1的螺栓孔，图1中可以看出本实施例中上球头盖3上设有十个螺栓孔，上球头盖3通过螺栓穿过螺栓孔和上球头座1固定连接，上球头座1和上球头盖3之间形成球头槽，上球头螺杆5的球头包裹并固定于球头槽中，上球头座1设有用于连接试块10顶端的螺栓孔，由上球头螺杆5的万向球头可以任意调整加载机构上部分的位置，此结构能够保证有足够的转动能力。上球头螺杆5与试验机上部螺孔连接，上球头螺杆5上设有上螺母7，通过上螺母7可以调整上加载头在试验机中的高度位置。
[0026]如图2所示，下加载头与上加载头结构相同，包括下球头座2、下球头盖4和下球头螺杆6。下球头盖4上设有多个沿圆周均布、用于连接下球头座2的螺栓孔，本实施例中下球头盖4上设有十个螺栓孔，下球头盖4通过螺栓穿过螺栓孔和下球头座2固定连接，下球头座2和下球头盖4之间形成球头槽，下球头螺杆6的球头包裹并固定于球头槽中，下球头座2设有用于连接试块10底端的螺栓孔，由下球头螺杆6的万向球头可以任意调整加载机构下部分的位置，此结构能够保证有足够的转动能力。下球头螺杆6与试验机下部螺孔连接，下球头螺杆6上设有下螺母8，通过下螺母8可以调整下加载头在试验机中的高度位置。同时接盘9通过螺栓设置在下加载头的下球头盖4底端，可以保护试验机在混凝土试块10的加载快速破坏过程中不被砸坏。
[0027]本实施例中，两个球头盖均为圆柱体，两个球头座的两端均为直径不同的圆柱体，球头座中与球头盖对应的圆柱体的直径与球头盖的直径一致，但小于与试块10对应的圆柱体的直径，构成两阶梯圆柱台结构，球头座也可以采用圆台型等结构实现。
[0028]本实用新型在实际加工制作过程中，除接盘9之外，加载头均采用厚钢板机械加载制成，其中，球头座、球头盖和球头螺杆均经过热处理，用以保证强度。根据实际需要，所选原材料的厚度要保证各部件在加载过程中处于弹性范围内。本实施例中球头座、球头盖和球头螺杆由55#优质碳素钢加工形成，螺母和接盘9由普通碳素钢加工形成。球头螺杆的螺杆可根据实际加载行程来调整其与力学试验机的连接长度。且球头座、球头盖、球头螺杆、螺母和接盘9均是可拆卸部件，便于重复利用，节约制作成本。
[0029]工作原理:
[0030]通过建筑结构胶将混凝土试块10与两块附加钢板连接，经过24小时达到足够强度后将连接有钢板的试块10通过螺栓分别与上加载头和下加载头相连接。球头螺杆的螺杆长度足够，由足够的行程用于对接调整，球头螺杆的球头有足够的转动能力，可以很好得保证试块10对中以试验轴拉受力状态。通过自由转动万向球头来调整位置，使加载头与试块10连接对中后，并将通过螺母将加载头与力学试验机固定连接，用以保证加载点在试验过程中不会发生改变，并拧紧螺栓。
[0031]加载头经过特殊的热处理，保证了百吨级的传力能力。接盘9有足够的空间覆盖面积，能够很好地防止试块10破坏后砸坏力学试验机，保证了试验的安全性。
[0032]整个安装过程简洁又不失准确。通过试验机预拉，使试块10处于轴拉状态。随后则可进行主试验，获得混凝土试块10在快速加载过程中的应力应变全曲线。
【主权项】
1.一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，包括两个用于连接试验机的加载头，其特征在于，所述两个加载头均分别包括球头座、球头盖和球头螺杆，所述球头座和球头盖固定连接，球头座和球头盖之间形成球头槽，所述球头螺杆的球头位于球头槽中，两个球头螺杆的螺杆分别连接试验机，两个球头座上下对称设置在试块两端，下部的球头盖上设有用于保护试验机的接盘。2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，其特征在于，所述球头座设有用于连接试块端部的螺栓孔。3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，其特征在于，所述球头盖通过螺栓和球头座固定连接。4.根据权利要求3所述的一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，其特征在于，所述球头盖上设有多个沿圆周均布、用于连接球头座的螺栓孔。5.根据权利要求1所述的一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，其特征在于，所述球头螺杆的螺杆上设有用于调节加载头高度的螺母。6.根据权利要求1所述的一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，其特征在于，所述球头盖为圆柱体。7.根据权利要求1所述的一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，其特征在于，所述球头座的两端为直径不同的圆柱体，球头座中与球头盖对应的圆柱体的直径小于与试块对应的圆柱体的直径。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于混凝土试块单轴受拉试验的加载机构，包括两个用于连接试验机的加载头，所述两个加载头均分别包括球头座、球头盖和球头螺杆，所述球头座和球头盖固定连接，球头座和球头盖之间形成球头槽，所述球头螺杆的球头位于球头槽中，两个球头螺杆的螺杆分别连接试验机，两个球头座上下对称设置在试块两端，下部的球头盖上设有用于保护试验机的接盘。与现有技术相比，本实用新型能准确快速与准备好的试块连接对中，又可以很好地保护试验机，具有结构简单、节约试验成本、安全可靠、转动能力强、传动能力强等优点。
【IPC分类】G01N3/08
【公开号】CN205157320
【申请号】CN201520213167
【发明人】周来军, 任晓丹, 李 杰
【申请人】同济大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年4月9日