加载装置及混凝土梁荷载与环境耦合试验装置的制作方法

本实用新型涉及力学试验装置技术领域，是一种加载装置及混凝土梁荷载与环境耦合试验装置。

背景技术：

为更加符合混凝土结构服役期间的受力状态，在研究混凝土结构受环境侵蚀作用的同时，需用一种加载装置对其施加持续荷载。现有混凝土梁加载装置包括杠杆类加载装置、螺母类加载装置、弹簧类加载装置、机械自动化类加载装置四类，这些加载装置在使用过程中存在如下问题：杠杆类加载装置的试件尺寸不能过大，否则会占用很大的平面空间。如果采取缩短杠杆臂的长度或增加配重的措施以提高施力的大小，会造成试验结果不精确，且杠杆臂的减少程度有限。杠杆类加载装置一般通过调整杠杆长度或者配重的大小控制施加力的大小，加载精度不高，加载大小需要依据计算得出。在持力的同时，易受人为因素的干扰。安装工序较复杂，所需配件尺寸较大，拆卸后的存放有一定困难；螺母类加载装置，有的研究为了保持施力后荷载不变，通常在混凝土受弯构件端部预留孔洞，安装对拉丝杆持力，这样不仅会损伤试件的截面，造成应力集中，而且与混凝土梁实际受力不符。为判断施力的大小，一般需配套使用应力传感器，但耐久性试验所需时间长且一般需连续工作，传感器的工作寿命达不到使用要求，每套加载装置安装一套传感器成本较高，或者通过应力扳手的扭矩大小、贴于丝杆上的电阻应变片的读数控制加载力的大小，但精准程度都没有传感器高，且都需要公式换算得到施加力的大小。同时螺母类加载装置由于紧固件应力松弛和混凝土徐变现象（其中混凝土的徐变影响较小），需要定期调节以保持加载的稳定性。并且在使用过程中，螺母类加载装置丝杆的丝口位置在反复施力过程中保护层会被破坏。螺母类加载装置不能适用于冻融箱，因为用扳手拧固的螺栓在冻融循环中可能会浸入水或者溶液，将引起螺栓摩擦系数的变化，摩擦系数微小的变化会造成很大的荷载变化；有的弹簧类加载装置也会在混凝土受弯构件端部预留孔洞，安装对拉丝杆持力，不仅会损伤试件的截面，造成应力集中，而且与混凝土梁实际受力不符。目前研究使用的弹簧多为压缩弹簧，这种弹簧在使用过程中可能会出现刚度退化，产生塑性应变，弹簧压缩量与荷载不再呈线性变化，造成持力稳定的程度不高；机械自动化类加载装置普遍采用千斤顶，千斤顶内的油缸微小的体积变化就会造成力的较大变化，因此，在持载过程中，千斤顶内油缸体积的微小减少会损失很大的力，持载稳定性不高，一般一个千斤顶只能对一个试件进行加载，效率较低，成本较高。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种加载装置及混凝土梁荷载与环境耦合试验装置，克服了上述现有技术之不足，能有效解决现有混凝土加载装置存在的损伤构件的截面、与混凝土梁实际受力不符、试件尺寸受限制、占用空间大、施力不准确、持力不稳定、耐久性差、成本较高的问题。

本实用新型的第一种技术方案是通过以下措施来实现的：一种加载装置，包括第一夹板、第二夹板、第三夹板、第一丝杆、第二丝杆、第一碟形弹簧组、第二碟形弹簧组，第一丝杆由上至下依次穿过第一夹板、第一碟形弹簧组、第二夹板、第三夹板，第一夹板上侧的第一丝杆上安装有第一螺母，第三夹板下侧的第一丝杆上安装有第二螺母，第二丝杆由上至下依次穿过第一夹板、第二碟形弹簧组、第二夹板、第三夹板，第一夹板上侧的第二丝杆上安装有第三螺母，第三夹板下侧的第二丝杆上安装有第四螺母，第一丝杆与第二丝杆平行设置。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述还包括企口咬合结构，企口咬合结构包括第一上筒体、第一下筒体、第二上筒体、第二下筒体，第一上筒体的外径、第一下筒体的外径与第一碟形弹簧组的内径相同，第二上筒体的外径、第二下筒体的外径与第二碟形弹簧组的内径相同，第一上筒体的下部侧壁设有沿周向均布的至少两个凸起和至少两个凹槽，第一下筒体的上部侧壁设有沿周向均布的至少两个凸起和至少两个凹槽，第一上筒体的凸起数量与第一下筒体的凹槽数量相等，第一上筒体的外径与第一下筒体的外径相同，第一上筒体的内径与第一下筒体的内径相同，第一上筒体的上端固定安装在第一夹板的下端面上，第一夹板上设有安装第一丝杆的第一螺栓孔、安装第二丝杆的第二螺栓孔，第二夹板上设有安装第一丝杆的第三螺栓孔、安装第二丝杆的第四螺栓孔，第一上筒体的轴心与第一螺栓孔的轴心重合，第一下筒体的下端固定安装在第二夹板的上端面上，第一下筒体的轴心与第三螺栓孔的轴心重合；第一上筒体和第一下筒体均位于第一碟形弹簧组的内部，第一上筒体和第一下筒体分别安装在第一丝杆的外壁上，第一上筒体位于第一下筒体的上方，第一上筒体上的凸起与第一下筒体上的凹槽插接配合，第一上筒体上的凹槽与第一下筒体上的凸起插接配合，形成齿状咬合；第二上筒体的下部侧壁设有沿周向均布的至少两个凸起和至少两个凹槽，第二下筒体的上部侧壁设有沿周向均布的至少两个凸起和至少两个凹槽，第二上筒体的凸起数量与第二下筒体的凹槽数量相等，第二上筒体的外径与第二下筒体的外径相同，第二上筒体的内径与第二下筒体的内径相同，第二上筒体的上端固定安装在第一夹板的下端面上，第二上筒体的轴心与第二螺栓孔的轴心重合，第二下筒体的下端固定安装在第二夹板的上端面上，第二下筒体的轴心与第四螺栓孔的轴心重合；第二上筒体和第二下筒体均位于第二碟形弹簧组的内部，第二上筒体和第二下筒体分别安装在第二丝杆的外壁上，第二上筒体位于第二下筒体的上方，第二上筒体上的凸起与第二下筒体上的凹槽插接配合，第二上筒体上的凹槽与第二下筒体上的凸起插接配合，形成齿状咬合。

上述第一碟形弹簧组与第二碟形弹簧组相同，第一碟形弹簧组为单片碟簧，或第一碟形弹簧组为N个同规格叠合组合碟簧，或第一碟形弹簧组为N个同规格对合组合碟簧，或第一碟形弹簧组为N个同规格叠合与M个同规格对合组成复合组合碟簧，N、M为不小于2的自然数，N、M不必相同。

上述第二夹板的下端面固定安装有轴向沿左右方向的辊轴，第三夹板的上端面固定安装有轴向沿左右方向的辊轴。

本实用新型的第二种技术方案是通过以下措施来实现的：一种混凝土梁荷载与环境耦合试验装置，除包括以上所述的加载装置，还包括第一待试验混凝土梁和第二待试验混凝土梁，第一待试验混凝土梁位于第二待试验混凝土梁的上方，第一待试验混凝土梁和第二待试验混凝土梁背对上下叠放，一套加载装置夹持在第一待试验混凝土梁和第二待试验混凝土梁的前端，另一套加载装置夹持在第一待试验混凝土梁和第二待试验混凝土梁的后端，第一待试验混凝土梁与第二待试验混凝土梁在加载点之间净跨的三分点处设有两个辊轴，第一待试验混凝土梁和第二待试验混凝土梁位于第一丝杆、第二夹板、第二丝杆、第三夹板围成的框体内。

本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，属于弹簧类加载装置，采用的弹簧为碟形弹簧组，可以对较大尺寸的试件乃至构件进行加载，不占用较大空间，使用碟形弹簧组加载后不卸载，依靠弹簧持力，对试件没有损伤；通过测量碟形弹簧组的压缩量，利用胡克定律计算施力的大小；碟形弹簧组的荷载、压缩量关系曲线事先通过压力试验机测得，再根据游标卡尺测量碟形弹簧组的压缩量判断施加力的大小，误差较小；与螺母类加载装置相比，弹簧类加载装置出现紧固件应力松弛的程度要小很多，持力稳定性较高；本实用新型提供的加载装置适用范围较广，混凝土梁的尺寸变化幅度较大；刚度退化幅度小，试验过程中可忽略不计；另外，可以改变碟形弹簧组的组成方式，包括碟形弹簧的个数和叠合方式（对叠/重叠），来调整施加荷载的大小，或者施加相同力时压缩量的变化，在施加较小力时可保证施力的精准程度，也可为施加较大力提供可能，具有安全、省力、简便、高效的特点。

附图说明

附图1为本实用新型实施例二的主视结构示意图。

附图2为附图1中所示结构的左视结构示意图。

附图3为附图1中企口咬合结构的示意图。

附图中的编码分别为：1为第一夹板，2为第二夹板，3为第三夹板，4为第一丝杆，5为第二丝杆，6为第一碟形弹簧组，7为第二碟形弹簧组，8为第一螺母，9为第二螺母，10为第三螺母，11为第四螺母，12为第一上筒体，13为第一下筒体，14为第二上筒体，15为第二下筒体，16为辊轴，17为第一待试验混凝土梁，18为第二待试验混凝土梁，19为第一螺栓孔，20为第二螺栓孔，21为第三螺栓孔，22为第四螺栓孔。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图2的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

实施例一：如附图1、2所示，该加载装置包括第一夹板1、第二夹板2、第三夹板3、第一丝杆4、第二丝杆5、第一碟形弹簧组6、第二碟形弹簧组7，第一丝杆4由上至下依次穿过第一夹板1、第一碟形弹簧组6、第二夹板2、第三夹板3，第一夹板1上侧的第一丝杆4上安装有第一螺母8，第三夹板3下侧的第一丝杆4上安装有第二螺母9，第二丝杆5由上至下依次穿过第一夹板1、第二碟形弹簧组7、第二夹板2、第三夹板3，第一夹板1上侧的第二丝杆5上安装有第三螺母10，第三夹板3下侧的第二丝杆5上安装有第四螺母11，第一丝杆4与第二丝杆5平行设置，且第一丝杆4位于第二丝杆5的左侧。本实用新型属于弹簧类加载装置，采用的弹簧为碟形弹簧组，可以对较大尺寸的试件乃至构件进行加载，不占用较大空间，使用碟形弹簧组加载后不卸载，依靠弹簧持力，对试件没有损伤；通过测量碟形弹簧组的压缩量，利用胡克定律计算施力的大小；碟形弹簧组的荷载、压缩量关系曲线事先通过压力试验机测得，再根据游标卡尺测量碟形弹簧组的压缩量判断施加力的大小，误差较小；与螺母类加载装置相比，弹簧类加载装置出现紧固件应力松弛的程度要小很多，例如，加载后两者都认为螺母拧死摩擦系数很大，视为固端，对于螺母类加载装置，假设丝杆弹性模量为210GPa，长度为500mm，直径为20mm，则丝杆变形1mm所损失的力为132KN，对于弹簧类加载装置，如果使用压缩弹簧，则弹簧变形1mm所损失的力不到10KN，在同样变形下，螺母类加载装置力的损失情况是弹簧类加载装置的10倍多，故弹簧类加载装置的持力稳定性较高；本实用新型提供的加载装置适用范围较广，混凝土梁的尺寸变化幅度较大；目前研究使用的弹簧多为压缩弹簧，这种弹簧在使用过程中可能会出现刚度退化，产生塑性应变，弹簧压缩量与荷载不再呈线性变化，但碟形弹簧刚度较大，刚度退化幅度小，试验过程中可忽略不计；另外，可以改变碟形弹簧组的组成方式，包括碟形弹簧的个数和叠合方式（对叠/重叠），来调整施加荷载的大小，或者施加相同力时压缩量的变化，在施加较小力时可保证施力的精准程度，也可为施加较大力提供可能。

可根据实际需要，对上述混凝土加载装置作进一步优化或/和改进：

如附图1、2、3所示，上述还包括企口咬合结构，企口咬合结构包括第一上筒体12、第一下筒体13、第二上筒体14、第二下筒体15，第一上筒体12的外径、第一下筒体13的外径与第一碟形弹簧组6的内径相同，以保证第一碟形弹簧组6在一个平面内压缩，第二上筒体14的外径、第二下筒体15的外径与第二碟形弹簧组7的内径相同，以保证第二碟形弹簧组7在一个平面内压缩，第一上筒体12的下部侧壁设有沿周向均布的至少两个凸起和至少两个凹槽，第一下筒体13的上部侧壁设有沿周向均布的至少两个凸起和至少两个凹槽，第一上筒体12的凸起数量与第一下筒体13的凹槽数量相等，第一上筒体12的外径与第一下筒体13的外径相同，第一上筒体12的内径与第一下筒体13的内径相同，第一上筒体12的上端固定安装在第一夹板1的下端面上，第一夹板1上设有安装第一丝杆4的第一螺栓孔19、安装第二丝杆5的第二螺栓孔20，第二夹板2上设有安装第一丝杆4的第三螺栓孔21、安装第二丝杆5的第四螺栓孔22，第一上筒体12的轴心与第一螺栓孔19的轴心重合，第一下筒体13的下端固定安装在第二夹板2的上端面上，第一下筒体13的轴心与第三螺栓孔21的轴心重合；第一上筒体12和第一下筒体13均位于第一碟形弹簧组6的内部，第一上筒体12和第一下筒体13分别安装在第一丝杆4的外壁上，第一上筒体12位于第一下筒体13的上方，第一上筒体12上的凸起与第一下筒体13上的凹槽插接配合，第一上筒体12上的凹槽与第一下筒体13上的凸起插接配合，形成齿状咬合；第二上筒体14的下部侧壁设有沿周向均布的至少两个凸起和至少两个凹槽，第二下筒体15的上部侧壁设有沿周向均布的至少两个凸起和至少两个凹槽，第二上筒体14的凸起数量与第二下筒体15的凹槽数量相等，第二上筒体14的外径与第二下筒体15的外径相同，第二上筒体14的内径与第二下筒体15的内径相同，第二上筒体14的上端固定安装在第一夹板1的下端面上，第二上筒体14的轴心与第二螺栓孔20的轴心重合，第二下筒体15的下端固定安装在第二夹板2的上端面上，第二下筒体15的轴心与第四螺栓孔22的轴心重合；第二上筒体14和第二下筒体15均位于第二碟形弹簧组7的内部，第二上筒体14和第二下筒体15分别安装在第二丝杆5的外壁上，第二上筒体14位于第二下筒体15的上方，第二上筒体14上的凸起与第二下筒体15上的凹槽插接配合，第二上筒体14上的凹槽与第二下筒体15上的凸起插接配合，形成齿状咬合。由于碟形弹簧组的内径大于丝杆的直径，在施加力时会导致碟形弹簧组错位，施力不准确，在碟形弹簧组内部设置企口咬合结构，既可以提供导向杆的作用，又不影响碟形弹簧组的压缩量。

如附图1、2所示，上述第一碟形弹簧组6与第二碟形弹簧组7相同，第一碟形弹簧组6为单片碟簧，或第一碟形弹簧组6为N个同规格叠合组合碟簧，或第一碟形弹簧组6为N个同规格对合组合碟簧，或第一碟形弹簧组6为N个同规格叠合与M个同规格对合组成复合组合碟簧，N、M为不小于2的自然数，N、M不必相同。根据试验需求，可以改变碟形弹簧组的组成方式，包括碟形弹簧的个数和叠合方式（对叠/重叠），来调整施加荷载的大小，或者施加相同力时压缩量的变化，在施加较小力时可保证施力的精准程度，也可为施加较大力提供可能，比如，当施加荷载大时，可以增加碟形弹簧组的碟形弹簧的重叠数量，使得碟形弹簧组具备较大的刚性；当施加荷载较小时，可以增加碟形弹簧组的碟形弹簧的对叠数量，使碟形弹簧组具备较小的刚性，增大碟形弹簧组的变形量，保证施力的精准程度。

如附图1、2所示，上述第二夹板2的下端面固定安装有轴向沿左右方向的辊轴16，第三夹板3的上端面固定安装有轴向沿左右方向的辊轴16。采用辊轴16与待试验混凝土梁线型接触，更加符合混凝土梁受线荷载的实际情况。

实施例二：如附图1、2、3所示，一种混凝土梁荷载与环境耦合试验装置，除包括上述实施例一所述的加载装置，还包括第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18，第一待试验混凝土梁17位于第二待试验混凝土梁18的上方，第一待试验混凝土梁和第二待试验混凝土梁背对上下叠放，一套加载装置夹持在第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18的前端，另一套加载装置夹持在第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18的后端，，第一待试验混凝土梁17与第二待试验混凝土梁18在加载点之间净跨的三分点处设有两个辊轴16，第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18位于第一丝杆4、第二夹板2、第二丝杆5、第三夹板3围成的框体内，第一丝杆4位于第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18的左侧，第二丝杆5位于第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18的右侧。第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18背对上下叠放，更有利于空间的利用，第一待试验混凝土梁17与第二夹板2之间、第二待试验混凝土梁18与第三夹板3之间通过辊轴16接触，第一丝杆4和第二丝杆5均未穿过第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18，因此对试件没有损伤，通过均匀对称拧紧第一螺母8和第三螺母10，施加的荷载通过第一夹板1、第一碟形弹簧组6、第二碟形弹簧组7、第二夹板2、第三夹板3传递到第一待试验混凝土梁17和第二待试验混凝土梁18上，使用碟形弹簧组加载后不卸载，依靠碟形弹簧组持力，对试件没有损伤。

以上技术特征构成了本实用新型的实施例，具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，满足不同情况的需求。

本实用新型实施例的使用过程：本实用新型提供的加载装置属于弹簧类加载装置，采用的弹簧为碟形弹簧组，可以对较大尺寸的试件乃至构件进行加载，不占用较大空间，加载后不卸载，依靠弹簧持力，对试件没有损伤，适用范围较广，混凝土梁的尺寸变化幅度较大；

碟形弹簧组刚度较大，刚度退化幅度小，试验过程中可忽略不计，可以改变碟形弹簧的个数和叠合方式（对叠/重叠），调整施加荷载的大小，或者施加相同力时压缩量的变化，在施加较小力时可保证施力的精准程度，也可为施加较大力提供可能；

使用内部企口咬合结构，由于碟形弹簧组的内径大于丝杆的直径，在施加力时会导致碟形弹簧组错位，施力不准确，内部设置企口咬合结构，既可以提供导向杆的作用，又可保证碟形弹簧组有一定的压缩量；

使用辊轴16，符合混凝土梁受线荷载的实际情况。

可根据需要改变碟形弹簧组的个数、型号及叠合方式，改变企口咬合结构凸起的长度，从而改变施力的大小。注意事项：使用前对加载装置进行防锈处理：碟形弹簧组、丝杆、螺母刷油，第一夹板1、第二夹板2、第三夹板3、辊轴16、内部企口咬合结构进行喷漆处理。