栓钉拉剪试验装置及试验方法与流程

本发明涉及用机械应力测试固体材料的强度特性，确切地说是一种栓钉拉剪试验装置及试验方法。

背景技术：

栓钉以其制作简单、施工快捷，价格低廉的优点被广大工程技术人员选用于建筑领域的连接件。

目前，对栓钉的研究工作主要集中在抗剪连接方面，未考虑栓钉的实际工作环境，即栓钉处于混凝土中，并受到拉应力和剪应力的同时作用，为了能准确得到栓钉的拉剪承载力，需要一种既能提供拉应力又能提供剪应力的试验装置及试验方法。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，从而提供一种结构紧凑、操作方便、精准度高，受力合理，准确性强的栓钉拉剪试验装置及试验方法。

本发明解决所述问题，采用的技术方案是：

一种栓钉拉剪试验装置，包括轴向受拉装置、水平剪切装置，所述的轴向受拉装置设有竖向作动器、上连接机构、下连接机构，上连接机构的上部与竖向作动器连接，上连接机构的底部连接夹具，夹具设有呈对称状态分布两个夹体，夹具的两个夹体相邻处设有夹持卡槽；

下连接机构设置在上连接机构的正下方，下连接机构的顶部连接固定试件，试件设有混凝土底座和锚固在混凝土中的栓钉；

栓钉的钉帽部分由夹持卡槽卡套连接，竖向作动器轴线与栓钉的轴线重合；

水平剪切装置设有水平加载头，水平加载头与水平作动器连接，水平加载头，水平加载头设有竖向连接钢板、水平连接钢板，水平连接钢板的一端与竖向连接钢板垂直连接，水平连接钢板的另一端与竖向滚轴装置固定连接，水平作动器的轴线、水平加载头的轴心、水平连接钢板的轴心、竖向滚轴的轴心及栓钉钉帽的轴心位于同一水平面内；

竖向作动器沿栓钉的轴线竖直向上拉栓钉的同时，水平作动器沿水平方向通过竖向连接钢板、水平连接钢板及竖向滚轴装置推挤夹具。

进一步的优选技术方案如下：

所述的上连接机构设有下连接板，下连接板通过调节螺杆、调节螺母与竖向作动器连接，下连接板中部设有试验安装缺口，夹具上部与试验安装缺口卡接连接。

通过设置下连接板，方便利用下连接板的安装缺口连接固定夹具，同时，便于通过调节螺杆、调节螺母调节夹具的高度。

所述的下连接机构设有立柱、立柱与立柱之间设有连接板、立柱的顶端与底端分别设有上钢板、下钢板，上钢板预留连接孔，连接孔连接固定试件。

通过设置立柱，并设置连接板对立柱进行加强固定，保证试件固定的稳定性。通过设置上钢板、下钢板，便于立柱的顶部连接固定试件，同时便于立柱的底部的连接固定。

所述的下钢板上方的立柱之间设有固定压梁，固定压梁通过锚固螺杆与地沟固定连接，固定压梁夹持固定下钢板。

通过设置固定压梁，提高了立柱固定的稳定性，保证试验的精度。

所述的竖向连接钢板上设有竖向设置的调节孔。

通过在竖向连接钢板上设置竖向设置的调节孔，便于利用竖向连接孔调节竖向连接钢板的位置，从而调整水平水平连接钢板的高度，保证水平方向上的剪切力的方向。

所述的水平剪切装置在水平连接钢板处设有剪切固定机构，剪切固定机构设有水平间隔设置的水平滚轴装置，水平连接钢板夹持在水平滚轴装置中间。

通过设置水平滚轴装置，进一步保证水平连接钢板沿水平方向运动，保证水平方向施加剪切力。

所述的剪切固定机构设有间隔设置的水平支撑钢板，水平滚轴装置水分别固定在水平支撑钢板的内表面。

通过设置水平支撑钢板，便于连接固定水平滚轴装置，进一步保证水平连接钢板沿水平方向运动。

所述的竖向滚轴装置由板架和固定在板架上的滚轴构成，板架卡套在夹具两侧使滚轴沿夹具上表面滚动。

通过上述设置，当竖向滚轴装置受驱动力向夹具一方运动推挤夹具时，竖向作动器沿栓钉的轴线竖直向上拉栓钉，此时滚轴在夹具接触面发生滚动，确保水平剪切装置处于水平状态。

所述的竖向作动器垂直悬挂于门架上，上连接机构、下连接机构设置在门架正下方；水平作动器一端固定安装在反力墙上，水平作动器的另一端与水平加载头连接，门架与反力墙均连接固定在安装座上。

通过设置门架，便于上连接机构的连接固定；反力墙的设置，便于连接固定水平动作器。

一种如上所述的栓钉拉剪试验装置的试验方法，包括以下下步骤：

（1）将安装轴向受拉装置的竖向作动器安装固定于门架上，将水平剪切装置的水平作动器安装固定于反力墙上，为便于观察试验现象，水平作动器的高度不宜过高，严格保证水平作动器处于水平状态和竖向作动器轴心、试件轴心重合；

（2）安装轴向受拉装置的上连接机构、下连接机构和试件，上连接机构通过高强螺栓与竖向作动器固定连接，将提前预制好的试件下连接机构置于竖向作动器下方，然后将试件放置于下连接机构的上部，并固定连接，调整位置，严格保证试件轴心和竖向作动器的轴心重合，并借助固定压梁通过锚固螺杆与地沟进行锚固连接；

（3）安装水平作动器的水平加载头，提升竖向作动器使轴向受拉装置处于拉紧状态时，调节水平加载头的竖向连接钢板位置，使竖向滚轴装置的轴心与栓钉钉帽轴心处于同一水平面内；

（4）试验加载，提升竖向作动器并伸出水平作动器，观察栓钉的拉剪性能状况。

进一步的优选技术方案如下：

所述的栓钉拉剪试验装置的试验方法，上述步骤（3）还包括以下下步骤：在试件顶部安装固定两个平行设置的水平支撑钢板、两个水平支撑钢板之间设置层叠设置的两个水平滚轴装置，两个水平滚轴装置夹持固定水平连接钢板。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

（1）通过设置夹具，可以针对不同拉应力下的栓钉、不同剪应力下的栓钉、不同强度等级的混凝土中的栓钉和不同锚固长度的栓钉进行加载试验。

（2）通过设置下连接机构便于对试件上的栓钉进行固定。

（3）通过设置上连接机构，便于对栓钉沿轴向施力测试拉应力。

（4）通过设置水平剪切装置，便于对栓钉进行剪应力的测试，且可以方便调节水平剪切装置的高度，便于保证水平剪切应力的方向。

（5）该装置具有结构紧凑、操作方便、精准度高，受力合理，准确性强等特点，能够准确模拟混凝土栓钉的实际受力状态。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的上连接机构、下连接机构及水平加载头的结构示意图。

图3是本发明的水平剪切装置的结构示意图。

图4是本发明上连接机构、下连接机构的结构示意图。

图5是本发明上连接机构的结构示意图。

图6是夹具的结构示意图。

图7是水平加载头和剪切固定机构的结构示意图。

图8是水平滚轴装置的结构示意图。

图9是试件的结构示意图。

附图标记说明：1-反力墙；2-水平作动器；3-水平加载头；4-门架；5-竖向作动器；6-上连接机构；7-下连接机构；8-固定压梁；9-地沟；10-下钢板；11-立柱；12-连接板；13-上钢板；14-混凝土底座；15-高强螺栓；16-竖向连接钢板；17-水平连接钢板；18-水平支撑钢板；19-夹具；20-内六角螺栓；21-锚固螺杆；22-调节螺母；23-试验安装缺口；24-调节螺杆；25-水平滚轴装置,；26-竖向滚轴装置；27-滚轴限位杆；28-滚轴；29-栓钉；30-夹持卡槽；31-上固定板；32-下连接板。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

参见图1、图2、图9可知，本发明的一种栓钉拉剪试验装置，由轴向受拉装置、水平剪切装置组成；轴向受拉装置设有竖向作动器5、上连接机构6、下连接机构7，上连接机构6的上部与竖向作动器5连接，上连接机构6的底部连接夹具19，夹具19设有呈对称状态分布两个夹体，夹具19的两个夹体相邻处设有夹持卡槽30；下连接机构7设置在上连接机构6的正下方，下连接机构7的顶部连接固定试件，试件设有混凝土底座14和锚固在混凝土中的栓钉29；栓钉29的钉帽部分由夹持卡槽30卡套连接，竖向作动器5轴线与栓钉29的轴线重合，水平剪切装置设有水平加载头3，水平加载头3与水平作动器2连接，水平加载头3，水平加载头3设有竖向连接钢板16、水平连接钢板17，水平连接钢板17的一端与竖向连接钢板16垂直连接，水平连接钢板17另一端与竖向滚轴装置26固定连接，水平作动器2的轴线、水平加载头3的轴心、水平连接钢板17的轴心、竖向滚轴26的轴心及栓钉29钉帽的轴心位于同一水平面内；竖向作动器5沿栓钉29的轴线竖直向上拉栓钉29的同时，水平作动器2沿水平方向通过竖向连接钢板16、水平连接钢板17及竖向滚轴装置26推挤夹具19。竖向滚轴装置26保证水平加载头3处于水平状态。混凝土底座14留有与试件固定机构的上钢板相对应的连接孔。

竖向作动器5垂直悬挂于门架4上，上连接机构6、下连接机构7设置在门架正下方；水平作动器2一端通过高强螺栓15固定安装在反力墙1上，水平作动器2的另一端与水平加载头3连接，门架4与反力墙1均连接固定在安装座上。

参见图2、图3可知，下连接机构7设有立柱11、立柱11与立柱11之间设有连接板12、立柱11的顶端与底端分别设有上钢板、下钢板10，上钢板预留连接孔，连接孔连接固定试件。立柱11由两个槽钢制作而成，两个槽钢通过连接板12焊接固定，四个连接孔通过四条螺栓与混凝土底座14相连接。

参见图4可知，下钢板10上方的立柱11之间设有固定压梁8，固定压梁8通过锚固螺杆21与地沟9固定连接，固定压梁8夹持固定下钢板10。

参见图5可知，上连接机构6设有下连接板，下连接板32通过调节螺杆24、调节螺母22与竖向作动器5连接，下连接板32中部设有试验安装缺口23，夹具19上部与试验安装缺口23卡接连接。

参见图6可知，夹具19的两个夹体通过内六角螺栓20连接固定在一起。夹具19的夹持卡槽30分为相连通的横向卡槽，竖向卡槽，竖向卡槽容纳栓钉29的栓身，横向卡槽容纳栓帽。夹具19上部设有两个槽形垫板，通过槽形垫板与上连接机构6的下连接板32设有的试验安装缺口23相卡接，

参见图2、图7可知，竖向连接钢板16上设有竖向设置的调节孔。通过调节孔调节竖向连接钢板16位置，进而调节竖向滚轴装置26作用于夹具19的位置。水平剪切装置在水平连接钢板17处设有剪切固定机构，剪切固定机构设有水平间隔设置的水平滚轴装置25，水平连接钢板17夹持在水平滚轴装置25中间。剪切固定机构设有间隔设置的水平支撑钢板18，水平滚轴装置25水分别固定在水平支撑钢板18的内表面。混凝土底座14、水平支撑钢板18通过调节螺杆24连接，保证水平加载头3稳定滑动。

参见图8可知，水平滚轴装置25设有2个滚轴限位杆27，2个滚轴限位杆27平行设置，滚轴限位杆27连接固定滚轴28，固定滚轴28间隔设置。

栓钉拉剪试验装置的试验方法，包括以下下步骤：

（1）将安装轴向受拉装置的竖向作动器5安装固定于门架4上，将水平剪切装置的水平作动器2安装固定于反力墙1上，为便于观察试验现象，水平作动器2的高度不宜过高，严格保证水平作动器2处于水平状态和竖向作动器5轴心、试件轴心重合；

（2）安装轴向受拉装置的上连接机构6、下连接机构7和试件，上连接机构6通过高强螺栓15与竖向作动器5固定连接，将提前预制好的试件下连接机构7置于竖向作动器5下方，然后将试件放置于下连接机构7的上部，并固定连接，调整位置，严格保证试件轴心和竖向作动器5的轴心重合，并借助固定压梁8通过锚固螺杆21与地沟9进行锚固连接；

（3）安装水平作动器2的水平加载头3，提升竖向作动器5使轴向受拉装置处于拉紧状态时，调节水平加载头3的竖向连接钢板16位置，使竖向滚轴装置26的轴心与栓钉29钉帽轴心处于同一水平面内；

（4）试验加载，提升竖向作动器5和伸出水平作动器2，观察栓钉29的拉剪性能状况。

栓钉拉剪试验装置的试验方法，步骤（3）还包括以下下步骤：在试件顶部安装固定两个平行设置的水平支撑钢板18、两个水平支撑钢板18之间设置层叠设置的两个水平滚轴装置25，两个水平滚轴装置25夹持固定水平连接钢板17。

本实施例与现有技术相比，突出的特点是：

（1）该装置能够准确对不同拉应力下的栓钉、不同剪应力下的栓钉、不同强度等级的混凝土中的栓钉和不同锚固长度的栓钉进行加载试验。

（2）该装置具有结构紧凑、操作方便、精准度高，受力合理，准确性强等特点，能够准确模拟混凝土栓钉的实际受力状态。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。