一种反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置的制作方法

本实用新型涉及建筑工程试验检测技术领域，特别是涉及一种反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置。

背景技术：

在混凝土结构中，筋材与混凝土之间良好的粘结性能是保证筋材与混凝土两种不同材料有效协同工作的关键，筋材通常为钢筋及纤维复合聚合物筋，对于混凝土结构的承载力计算、裂缝、变形和破坏形态等受力性能分析具有重要意义，因此，长期以来备受科研和工程技术人员的关注。对单向荷载作用下筋材与混凝土间的粘结机理、破坏形式、粘结强度与滑移性能及其影响因素等也已开展了大量研究，而在实际工程中，桥梁、海工建筑物等结构需承受车辆、海浪等的反复撞击作用。对双向反复荷载作用下筋材与混凝土之间的粘结性能开展试验研究，可为混凝土结构设计及理论分析提供基本依据。但目前关于筋材与混凝土的粘结试验装置多适于单调荷载的加载试验，针对双向反复荷载作用下的粘结性能试验装置仍有待开发和完善。

如现有一种多功能便装式的粘结锚固性能检测装置（专利号CN103837471B），包括组装转盘、夹片式组装锚具、位移传感器、框架组件和四根通长钢制螺纹杆。钢制螺纹杆上端与组装转盘相连，下端与框架组件相连；夹片式组装锚具设置在组装转盘和待测试件之间，其下端与待测试件的端部紧密连接，上端与组装转盘紧密连接；位移传感器一端固定于待测试件的筋材上，另一端穿过框架组件与待测试件接触。该发明的装置虽可用于检测在反复荷载下筋材与混凝土基体间的粘结性能，但存在以下问题：一是缺乏校偏机构，一旦筋材因浇筑原因发生偏斜或加载偏离轴线都会带来试验误差，二是采用螺纹加载方式会使筋材受扭，进一步增大试验误差，特别是对纤维复合聚合物筋的影响更大；三是无论试件安装、筋材夹持，还是加载操作过程都较为繁琐，费力费时，造成试验效率较低，难以实现精准试验控制并获得精确试验结果。

因此，为研究双向反复荷载作用下筋材与混凝土的粘结性能，有必要开发一套能够克服上述缺陷的筋材与混凝土粘结性能试验装置。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于克服背景技术中所描述的缺陷，从而实现一种构造简单、方便试件装卸及试验操作、可实现精准控制的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置。

为实现上述发明目的，本实用新型的技术方案是：一种反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置，包括加载框架和应变传感器机构；所述加载框架包括上加载板、下加载板、丝杆、传力板、球铰组件和连接杆，所述上加载板、下加载板和传力板的四角设置有丝杆孔，所述丝杆分别穿过丝杆孔并通过丝杆上配合设置的紧固螺母连接成整体加载框架，所述上加载板和下加载板之间的丝杆上均套设有弹簧或承托螺母来顶托上加载板，当松开每根丝杆上端部的紧固螺母时，弹簧可将上加载板托起，便于试件的安装。所述弹簧强度和变形量的设计以满足能托起上加载板并为试件提供足够的装卸空间为宜。所述上、下加载板的中心设置有供筋材通过的筋材通孔，混凝土试件基体夹装在上、下加载板之间，且试件基体上部筋材顶端紧固在多功能电液伺服试验机上方的液压钳口内；所述传力板通过紧固螺母固定设置于下加载板下方的丝杆上，传力板的底面中心设置球铰组件，球铰组件通过连接杆连接荷载传感器，与荷载传感器丝接的连接杆底端紧固在多功能电液伺服试验机下方的液压钳口内，所述球铰组件的球头和球窝采用紧密配合并可使球头在球窝内灵活转动，球铰组件的设置可避免弯矩带来的试验误差；

所述应变传感器机构包括加载端变形传感器机构、自由端变形传感器机构和试件传感器机构，所述加载端变形传感器机构固定设置于上加载板上方中心的试件筋材处，所述自由端变形传感器机构固定设置于下加载板下方中心的试件筋材处，试件传感器机构固定设置于试件基体侧壁处。

作为本实用新型的优选技术方案，所述上加载板和/或下加载板由中心向一侧的板边上开设有长条形的试件安装槽，所述试件安装槽的宽度与试件基体的筋材直径相匹配，所述试件安装槽的设置使试件安装时无须拆掉上加载板，提高了试件拆装效率。

作为本实用新型的优选技术方案，所述丝杆上的紧固螺母与上、下加载板、传力板之间均设置有弹簧垫圈，所述弹簧垫圈包括叠放的弹簧垫和环形垫圈。

作为本实用新型的优选技术方案，所述上、下加载板的筋材通孔的两侧各设置一个供变形传感器测试杆穿过的变形传感器穿孔，便于准确测得筋材相对于试件基体的滑移量。

作为本实用新型的优选技术方案，所述丝杆的底端丝接螺母撑足，丝杆的底部和螺母撑足对整个加载框架起支撑作用，在安装试件时，螺母型撑足从丝杆上旋下接触到试验机承台，将加载框架托起，防止倾倒；当加载试验时，旋上螺母型撑足到丝杆上，使丝杆脱离试验机承台，防止影响到球铰组件对试件受力的平衡调节作用。

作为本实用新型的优选技术方案，所述加载端变形传感器机构和自由端变形传感器机构具有相同结构，包括变形传感器夹持孔、限位挡板、副肢、筋材夹持孔和主肢，变形传感器夹持孔通过紧固螺丝分别将加载端变形传感器和自由端变形传感器定位于试件筋材的加载端和自由端，主肢的一侧一体伸出两个限位挡板，两个限位挡板将副肢卡在中间并形成滑动配合，副肢通过紧固螺丝与主肢连接，主肢和副肢中部相对一侧均设置半圆弧形卡槽，形成筋材夹持孔，通过调整紧固螺丝带动副肢沿限位挡板的滑动可调节筋材夹持孔的孔径大小，实现对不同粗细筋材的夹持。

作为本实用新型的优选技术方案，所述试件传感器机构包括上部组件和下部组件；上部组件包括夹持钉、一体设置的上部组件左肢和上部组件右肢、横向卡箍、纵向卡箍、横向顶板、横向变形传感器和纵向变形传感器；下部组件包括夹持钉、一体设置的下部组件左肢和下部组件右肢、横向卡箍、横向顶板、纵向顶板和横向变形传感器；上部组件和下部组件分别通过夹持钉固定在试件基体侧壁上，上部组件左肢和上部组件右肢、下部组件左肢和下部组件右肢均对称设置，上部组件左肢和下部组件左肢的两端设置横向顶板，上部组件右肢和下部组件右肢的两端设置横向卡箍，横向变形传感器固定设置于横向卡箍内，上部组件左肢和和上部组件右肢外侧中部均固定设置纵向卡箍，下部组件左肢和下部组件右肢外侧中部均固定设置与纵向卡箍对应的纵向顶板，所述纵向卡箍用于夹持纵向变形传感器，所述纵向变形传感器测量头与纵向顶板抵接。

作为本实用新型的优选技术方案，所述试件传感器机构包括纵向测量板、纵向变形传感器和传感器安装架，所述纵向测量板对称固定设置于试件基体两端侧壁上，所述传感器安装架分别固定设置于上、下加载板的下底面和上顶面边缘处，所述传感器安装架上卡装纵向变形传感器，所述纵向变形传感器测量头与纵向测量板抵接。

作为本实用新型的优选技术方案，所述下加载板与试件基体接触的上表面由中心向外依次标识不同尺寸的刻度线，便于试件的定位安装。

本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置的使用方法：

步骤1：将加载框架放置于多功能电液伺服试验机承台上，通过旋紧或旋松螺母型撑足相对丝杆的高度，使与荷载传感器丝接的连接杆刚好可夹持在多功能电液伺服试验机下方的液压钳口内；

步骤2：旋松丝杆顶部的紧固螺母，弹簧或承托螺母托起上加载板，当上加载板和下加载板之间的空间足够轻松安装试件基体时，将试件筋材的加载端和自由端分别沿上加载板和下加载板的试件安装槽推入，并通过下加载板顶面标识的刻度线精确定位试件基体；

步骤3：旋紧丝杆顶部的紧固螺母，使试件基体夹紧在加载框架内；

步骤4：试件筋材的加载端和自由端分别固定加载端变形传感器夹具和自由端变形传感器夹具，且在加载端变形传感器夹具和自由端变形传感器夹具上卡装变形传感器；

步骤5：试件基体上依次安装夹持变形传感器的上部组件和下部组件，左右两个纵向变形传感器、前后两上部横向变形传感器和两个下部横向变形传感器，将变形传感器和荷载传感器分别外接采集仪和电脑，以实现数据的实时显示和采集；

步骤6：调节多功能电液伺服试验机上部横梁高度，使试件筋材的顶端可刚好夹持在上部的液压钳口内；

步骤7：将丝杆底部的螺母型撑足旋上，使丝杆脱离试验机承台而处于自由状态；

步骤8：开动试验机，按照设定的加载程序进行试验。

本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置的有益效果：

1.本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置，构造简单、方便试件装卸及试验操作、可实现精准控制，借助多功能电液伺服试验机的加载控制和现有的数据采集技术可获得精确的试验数据和结果。

2.本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置，丝杆上的紧固螺母与上、下加载板、传力板之间均设置有弹簧垫圈，弹簧垫圈可避免在变向加载时试件受到过大的冲击。

3.本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置，上加载板和/或下加载板由中心向一侧的板边上开设有长条形的试件安装槽，试件安装槽的设计使试件安装时无须拆掉上加载板，显著提高了试件的拆装效率。

4.本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置，主肢和副肢中部相对一侧均设置半圆弧形卡槽，形成筋材夹持孔，通过调整紧固螺丝带动副肢沿限位挡板的滑动可调节筋材夹持孔的孔径大小，实现对不同粗细筋材的夹持，提高了设备对不同型号筋材的适应性。

5.本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置，下加载板与试件基体接触的上表面由中心向外依次标识不同尺寸和形状的刻度线，下加载板上表面不同尺寸和形状的刻度线提高了试件的定位精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是实施例1的上、下加载板的俯视结构示意图；

图3是实施例1的传力板的俯视结构示意图；

图4是实施例1的加载端和自由端变形传感器机构的俯视结构示意图；

图5是实施例1的上部组件俯视结构示意图；

图6是实施例1的下部组件俯视结构示意图；

图7是本实用新型实施例2的结构示意图；

图8是本实用新型实施例3的上、下加载板的俯视结构示意图；

图9是本实用新型实施例4的结构示意图。

图中：1-加载框架，101-上加载板，111-筋材通孔，102-下加载板，103-丝杆，104-传力板，105-球铰组件，106-连接杆，107-荷载传感器，2-应变传感器机构，201-加载端变形传感器机构，211-括变形传感器夹持孔，212-限位挡板，213-副肢，214-筋材夹持孔，215-主肢，216-加载端变形传感器，217-自由端变形传感器，202-自由端变形传感器机构，203-试件传感器机构，231-上部组件，311-夹持钉，312-上部组件左肢，313-上部组件右肢，314-横向卡箍，315-纵向卡箍，316-横向顶板，317-横向变形传感器，318-纵向变形传感器，232-下部组件，321-下部组件左肢，322-下部组件右肢，323-纵向顶板，3-紧固螺母，4-弹簧，5-试件基体，6-试件筋材，7-试件安装槽，8-弹簧垫圈，9-变形传感器穿孔，10-螺母撑足，11-刻度线，12-承托螺母，13-纵向测量板，14-传感器安装架，15-丝杆孔，16-试验机承台。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施方式对本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置做更加详细的描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、 “顶”、“底”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1：

本实用新型的反复荷载下筋材与混凝土粘结性能试验装置，包括1加载框架和应变传感器机构2；所述加载框架1包括上加载板101、下加载板102、丝杆103、传力板104、球铰组件105和连接杆106，所述上加载板101、下加载板102和传力板104的四角设置有丝杆孔15，所述丝杆103分别穿过丝杆孔15并通过丝杆103上配合设置的紧固螺母3连接成整体加载框架，所述上加载板101和下加载板102之间的丝杆103上均套设有弹簧4来顶托上加载板101，所述上、下加载板101、102的中心设置有供筋材通过的筋材通孔111，混凝土试件基体5夹装在上、下加载板101、102之间，且试件基体5上部筋材顶端紧固在多功能电液伺服试验机上方的液压钳口内；所述传力板104通过紧固螺母3固定设置于下加载板102下方的丝杆103上，传力板104的底面中心设置球铰组件105，球铰组件105通过连接杆106连接荷载传感器107，与荷载传感器107丝接的连接杆106底端紧固在多功能电液伺服试验机下方的液压钳口内，所述球铰组件105的球头和球窝采用紧密配合并可使球头在球窝内灵活转动，球铰组件105的设置可避免弯矩带来的试验误差；

所述应变传感器机构2包括加载端变形传感器机构201、自由端变形传感器机构202和试件传感器机构203，所述加载端变形传感器机构201固定设置于上加载板1上方中心的试件筋材6处，所述自由端变形传感器机构202固定设置于下加载板102下方中心的试件筋材6处，试件传感器机构203固定设置于试件基体5侧壁处。

所述上加载板101和下加载板102由中心向一侧的板边上开设有长条形的试件安装槽7，所述试件安装槽7的宽度与试件基体5的筋材直径相匹配，所述试件安装槽7的设置使试件安装时无须拆掉上加载板101，提高了试件拆装效率。

所述丝杆103上的紧固螺母3与上加载板101、下加载板102、传力板104之间均设置有弹簧垫圈8，所述弹簧垫圈8包括叠放的弹簧垫和环形垫圈；所述上、下加载板101、102的筋材通孔111的两侧各设置一个供变形传感器测试杆穿过的变形传感器穿孔9，便于准确测得试件筋材6相对于试件基体5的滑移量；所述丝杆103的底端丝接螺母撑足10，丝杆103的底部和螺母撑足10对整个加载框架起支撑作用。

所述加载端变形传感器机构201和自由端变形传感器机构202具有相同结构，包括变形传感器夹持孔211、限位挡板212、副肢213、筋材夹持孔214和主肢215，变形传感器夹持孔211通过紧固螺丝分别将加载端变形传感器216和自由端变形传感器217定位于试件筋材6的加载端和自由端，主肢215的一侧一体伸出两个限位挡板212，两个限位挡板212将副肢213卡在中间并形成滑动配合，副肢213通过紧固螺丝与主肢215连接，主肢215和副肢213中部相对一侧均设置半圆弧形卡槽，形成筋材夹持孔214，通过调整紧固螺丝带动副肢213沿限位挡板212的滑动可调节筋材夹持孔214的孔径大小，实现对不同粗细试件筋材6的夹持。

所述试件传感器机构203包括上部组件231和下部组件232；上部组件231包括夹持钉311、一体设置的上部组件左肢312和上部组件右肢313、横向卡箍314、纵向卡箍315、横向顶板316、横向变形传感器317和纵向变形传感器318；下部组件232包括夹持钉311、一体设置的下部组件左肢321和下部组件右肢322、横向卡箍314、横向顶板316、纵向顶板323和横向变形传感器317；上部组件231和下部组件232分别通过夹持钉311固定在试件基体5侧壁上，上部组件左肢312和上部组件右肢313、下部组件左肢321和下部组件右肢322均对称设置，上部组件左肢312和下部组件左肢321的两端设置横向顶板316，上部组件右肢313和下部组件右肢322的两端设置横向卡箍314，横向变形传感器317固定设置于横向卡箍314内，上部组件左肢312和和上部组件右肢313外侧中部均固定设置纵向卡箍315，下部组件左肢321和下部组件右肢322外侧中部均固定设置与纵向卡箍315对应的纵向顶板323，所述纵向卡箍315用于夹持纵向变形传感器318，所述纵向变形传感器318测量头与纵向顶板323抵接。

所述下加载板102与试件基体5接触的上表面由中心向外依次标识不同尺寸的刻度线11，便于试件基体5的定位安装。

实施例2：

与实施例1相同的不再赘述，不同之处在于：所述上加载板101和下加载板102之间的丝杆103上均套设有承托螺母12来顶托上加载板101，所述承托螺母12和上加载板101之间的丝杆103上设置有弹簧垫圈8。

实施例3：

与实施例1相同的不再赘述，不同之处在于：所述上、下加载板101、102的中心设置有供筋材通过的筋材通孔111，且上加载板101和下加载板102由中心向一侧的板边上均不设置试件安装槽7，在安装试件基体5时，需要将上加载板101从丝杆103上拆卸掉。

实施例4：

与实施例2相同的不再赘述，不同之处在于：所述上加载板101由中心向一侧的板边上设置试件安装槽7，下加载板102由中心向一侧的板边上不设置试件安装槽7，安装试件时，将试件筋材6的自由端插入下加载板102的中心圆孔并同时推动试件基体5，使试件筋材6的加载端进入上加载板101的安装槽7内；

所述试件传感器机构203包括纵向测量板13、纵向变形传感器318和传感器安装架14，所述纵向测量板13对称固定设置于试件基体5两端侧壁上，所述传感器安装架14分别固定设置于上、下加载板101、102的下底面和上顶面边缘处，所述传感器安装架14上卡装纵向变形传感器318，所述纵向变形传感器318测量头与纵向测量13板抵接。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本实用新型构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。