一种持载-冻融耦合作用下混凝土加载装置及试验方法

在本发明涉及工程材料测试领域，尤其涉及一种持载-冻融耦合作用下混凝土加载装置及试验方法。

背景技术：

1、在整个建筑工程的施工、使用阶段，混凝土的耐久性能在其中起到极其重要的作用，由于建筑受到多种自身和环境影响的耦合作用，会导致其未达到设计使用年限而提前发生耐久性不足的现象，从而耗费了大量物力财力；因此，提高混凝土的耐久性对于保证建筑工程在设计使用年限内的安全使用具有极高的意义，降低后期维护的费用，在维持建筑工程质量合格的前提下降低工程的造价。

2、冻融、侵蚀等环境因素和荷载都是影响混凝土耐久性的重要因素，目前对于混凝土耐久性的研究，多数集中于单因素的研究，而荷载与环境耦合作用的试验更符合实际工程中的运用，因此，荷载与环境因素耦合作用下的混凝土耐久性的研究更为重要。

3、在荷载与环境因素耦合作用下混凝土耐久性的试验中，持载装置作为辅助装置发挥着同样重要的作用，目前现有的持载装置有通过气泡移动确定荷载的持载装置，通过气泡移动确定荷载的持载装置所施加的荷载数值不能过大，否则无法保证传力物件的正常工作；通过直接拧紧螺栓施加荷载的持载装置结构设计虽简单方便，但拧紧螺栓具有极大的困难，另一方面，此拧紧方法很难保证施加均匀荷载。

4、因此，直接使用本装置，由500t电液伺服压力试验机提供操作平台，通过液压千斤顶施加荷载，由压力传感器和数据采集仪连接使用保证持载装置施加到预定数值的荷载，再拧紧螺帽，完成加载进行后续试验，一方面能够保证荷载数值的可控和恒定，另一方面，能够保证试验操作人员的人身安全，能及时发现危险并终止危险。垫片等部件的使用能保证试件受力均匀，整个装置将压力损失控制在最小的数值，因此该装置及其试验方法具有很大的应用前景。

5、在持载完成后的耐久性研究中，为确保施加荷载的准确度，以及实时监测应力损失的情况，使用前对该持载装置及其试验方法进行测试验证。验证方法为在四个螺杆侧面粘贴应变片，以监测螺杆以及螺帽产生的应力损失；结构表明该装置及其试验方法产生的应力损失在误差允许范围内；因此本装置及其试验方法在保证其既有的前提下，精度同样满足试验要求，完全可以应用于混凝土耐久性的研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，改进一种持载装置，能实现与冻融循环共同作用下的试验，且能实时监测加载过程中出现的应力损失情况。

2、为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种混凝土持载装置，包括顶板、上承载板、下承载板以及均布在顶板、上承载板和下承载板中四角的圆形通孔，每根所述螺杆依次穿过顶板、上承载板和下承载板中四角的圆形通孔且能相对运动，所述螺杆下端用螺栓固定焊死，所述顶板和上承载板之间设置有弹性装置，所述上承载板、下承载板之间堆叠有多个混凝土试件且最上方的混凝土试件顶部与上承载板底部贴合。

4、所述顶板上端的螺杆上设置有垫片和螺帽，所述螺帽旋至与顶板贴合；所述顶板上方设置有垫片和螺帽，所述顶板的上方螺杆上设置一片垫片和两个螺帽。

5、所述弹性装置为极重负荷弹簧，每个所述顶板与上承载板之间的螺杆均套装有极重负荷弹簧。

6、所述极重负荷弹簧由60si2mna制成，内径20.4mm，外径40mm，自由高度38mm，最大压缩量：自由高度28%，即10.64mm。

7、所述混凝土试件尺寸为100100100mm的试件，强度在c20~c60之间；顶板上混凝土压块为边长尺寸100mm的c60以上强度的混凝土试件。

8、步骤一：施加荷载前的准备工作。把混凝土试件放在下承载板上方，微调混凝土试件，使混凝土试件对整齐，以免加载时试件偏心受压。混凝土试件放置好后，把顶板、弹性装置、上承载板通过穿过螺杆置于混凝土试件之上，适当拧紧螺帽，将装置整体（包括混凝土试件）放置在500t电液伺服压力试验机的送料小车之上。将液压千斤顶的液压缸放入钢板上的混凝土压件之上，在所述千斤顶液压缸上方放下一块尺寸为200200mm,厚度10mm的钢板，在所述钢板上方放入压力传感器，将500t电液伺服压力机的横梁下降到压力传感器上方，横梁底部与压力传感器顶部贴合，压力传感器接入数据采集仪。

9、步骤二：施加持续荷载。调试好电液伺服压力试验机后，开始施加载荷。由于拧紧螺帽后装置整体的压力损失可以忽略，因此直接采用液压千斤顶加载到预定荷载，加载过程保持匀速，达到预定荷载后压力试验机恒载保持30分钟以保证有足够时间来拧紧螺帽，且考虑安全因素，以免误伤试验操作人员，拧紧螺帽后缓慢提升500t电液伺服压力机横梁，将装置整体（包括混凝土试件）从压力试验机上取下装置进行相应环境因素下的混凝土耐久性试验。

10、本发明的有益效果在于：

11、装置结构简单，易于操作组装及拆卸方便。

12、操作使用安全，为试验操作人员降低潜在伤害。

13、液压千斤顶和压力传感器的组合使用，再与数据采集仪连接，通过操作可以达到任意数值的恒定压力，并且能够准确读取荷载数值，同时也方便随时调整压力数值大小。

14、根据试验前的验证，压力试验机施加荷载后螺杆等部件损失的压力在误差允许范围内。

15、根据设计保证装置整体以及试件能够放进试验机操作平台内，进而满足混凝土试件能够接受持久恒定的荷载的要求。

16、垫片等部件的设置使压应力的损失降到最低。

17、极重负荷弹簧的设置使装置在加载状态下维持平衡，同时使力均匀作用于混凝土试件，使加载过程中的应力损失达到最小。

技术特征：

1.一种混凝土持载装置，其特征在于：包括顶板（1）、上承载板（2）、下承载板（3），在所述顶板（1）、上承载板（2）、下承载板（3）的四角分别设置一个直径相等的圆形通孔，以及均布在顶板（1）、上承载板（2）、下承载板（3）边缘的高强螺杆（4），每根高强螺杆（4）依次通过顶板（1）、上承载板（2）、下承载板（3）的四角的圆形通孔且可以相对运动，其特征在于上顶板（2）上端还设置有顶板（1），在顶板（1）和上承载板（2）中的每个圆形通孔中放置弹性装置（8），每根高强螺杆依次穿过顶板（1），弹性装置（8），上承载板（2）以及下承载板（3），所述螺杆（4）下端与螺母（7）固定焊死，所述上承载板（2）、下承载板（3）之间竖直堆叠有多个混凝土试件（9）且最上方的混凝土试件（9）顶部与上承载板（2）底部贴合，多个混凝土试件（9）之间放置聚四氟乙烯板（10），通过竖直方向的外力对顶板施加荷载从而对混凝土试件（10）加载。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土持载装置，其特征在于：所述上承载板（2）上端的螺杆（5）加工打磨有从螺杆（4）顶端到上承载板（2）底端长度的螺纹，且设置有螺帽（5）和垫片（6），所述螺帽旋至与顶板（1）贴合；所述下承载板（3）下端的螺帽与螺杆（4）下端焊死固定，所述螺帽（7）与垫片（11）与下承载板底端贴合。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土持载装置，其特征在于：所述弹性装置为极重负荷弹簧，每个顶板（1）和上承载板（2）之间的螺杆（4）均套装有弹性装置（8）。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土持载装置，其特征在于：顶板（1）与上承载板（2）之间的弹性装置（8）采用极重负荷弹簧，由60si2mna制成，内径20.4mm，外径40mm,自由高度35mm，最大压缩量自由高度28%，即10.64mm。

5.根据权利要求3所述的一种混凝土持载装置，其特征在于：所述：顶板（1）和上承载板（2）以及下承载板（3）是用普通钢板制成，尺寸为180180mm，厚度12mm。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土持载装置，其特征在于：所述混凝土试件为尺寸100100100mm的混凝土试件，强度在c20~c60之间；混凝土压块（21）为边长尺寸100mm的c60以上强度的混凝土试件。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土持载装置及其试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及工程材料测试领域，公开一种实现混凝土持载‑冻融循环耦合作用的加载装置及试验方法，以及对试验过程中可能出现的应力损失进行实时监测，主要结构包括压力机构、快速冻融循环试验机、数据采集系统；压力机构包括电液伺服压力机，液压千斤顶，压力传感器，混凝土试件加载装置，能够对加载装置提供垂直方向上的压力，且能实时监测施加应力大小；所述混凝土试件加载装置包括顶板，上承载板，下承载板，高强螺杆，高强螺母，聚四氟乙烯板，极重负荷弹簧，可对混凝土试件加载到指定荷载；且在冻融循环过程中实时监测持压应力损失；本发明操作容易，结构简单，方法合理，可为待测试的混凝土试件提供持续、稳定和准确的受压荷载。

技术研发人员：李冬,张鹏飞,郭庆,魏述超
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27