偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁，載荷施加裝置，兩個力傳感器和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架立柱和固定橫梁組成，待測的試驗柱安裝于固定橫梁與移動式剛性橫梁之間，移動式剛性橫梁設置于兩個剛架立柱之間；試驗柱與其上端的固定橫梁之間以及試驗柱與其下端的移動式剛性橫梁之間均設置單向刀鉸和壓力分布板，壓力分布板均與試驗柱柱端端面接觸；所述試驗裝置還包括安裝在試驗柱的柱端處成對配制的緊箍件，所述緊箍件由兩個半圓形鋼板和螺栓構(gòu)成。本發(fā)明可控性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，可避免柱端局部混凝土在試件整體破壞之前被壓碎，從而使得試驗失敗。
【專利說明】偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于試驗裝置，具體涉及一種偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]正在投入使用的受壓構(gòu)件，若需要加固，應先進行卸載才能使加固層的作用得到充分發(fā)揮，但實際工程中很難做到這一點，只能做到部分卸載或根本就不卸載，即原構(gòu)件在加固前已承受了荷載作用，稱為第一階段受荷，在加固后，只有當外荷載繼續(xù)增加，稱為第二階段受荷，構(gòu)件的變形也繼續(xù)增大，加固層才會協(xié)助原構(gòu)件承擔新增外荷載的作用，這使得原構(gòu)件的應力和應變都超前于加固層。
[0003]目前，受壓構(gòu)件非卸載加固的試驗通常是在液壓長柱試驗機上進行，即當柱穩(wěn)壓在“第一階段受荷”的情況下在試驗機上對柱制作加固層，養(yǎng)護到相應齡期，再完成“第二階段加荷”直至加固柱破壞。這種方式存在的弊端是顯而易見的，包括因加固層養(yǎng)護期長而導致占用機時太多，長時間過熱對試驗機損耗大，液壓機高載荷下穩(wěn)壓效果差而導致“第一階段受荷”對應的應力水平指標β失真變小(定義β =NciZU Ntl為“第一階段受荷”穩(wěn)定后的實際荷載值，N為原柱的極限破壞荷載)，或者為了維持應力水平指標β所作的多次補壓操作可能使加固層中的膠凝材料與原柱混凝土剛建立的粘結(jié)作用完全消失，此外，在長柱試驗機上進行加固施工操作也很不方便。鋼筋混凝土偏心受壓柱受力性能的試驗研究作為受壓構(gòu)件非卸載加固的試驗的重要方面，進行符合工程實際情況的大比例偏心受壓柱非卸載加固的試驗研究具有重要意義。
[0004]目前，在進行制筋混凝土柱或鋼管混凝土柱的偏壓試驗時，由于加載端制作不平整或局部受荷不均勻，常常發(fā)生試件在沒有達到極限承載力之前，柱端局部混凝土被壓碎導致整個試驗失敗的現(xiàn)象，使得試驗過程半途而廢，試驗結(jié)果不理想，從而造成了科研基金利時問的浪費。而實際上，在建筑結(jié)構(gòu)試驗過程中，要想保證試件端部絕對平整和加載絕對均勻是非常困難的，甚至是不可能的。因此，尋求保證柱端不先于整體構(gòu)件的破壞方法是建筑結(jié)構(gòu)試驗中亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的穩(wěn)壓效果差，機器損耗大，使用不便以及試件在沒有達到極限承載力之前，柱端局部混凝土被壓碎導致整個試驗失敗的問題，提供一種偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，且高載荷下穩(wěn)壓效果好，保證試件達到極限承載力之前加載的柱端不先發(fā)生破壞。
[0006]通過對國內(nèi)外大量的文獻閱讀與現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于模擬足尺加固柱“兩階段受荷”的試驗裝置和試驗方法問題未能得到較好解決，使得近年來國內(nèi)外采用各種方法加固鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的試驗研究中，都是進行的不符合工程實際情況的一次受荷加固研究，即實驗柱原柱在沒有承載的情況下完成加固層的制作，然后將其置于壓力試驗機進行破壞試驗。至于固層應變與應力比原柱滯后的這一工程實際問題，則統(tǒng)一采用一折減系數(shù)予以考慮，但其實際情況往往會因“第一階段受荷”下的應力水平指標β的不同、柱構(gòu)件類型的不同、加固層材料種類等的不同而變化。可見這種折減系數(shù)法帶有很大的粗略性，自然導致了加固設計的不真實性和不可靠性。
[0007]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案如下:
[0008]偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁，載荷施加裝置，兩個力傳感器和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架立柱和固定橫梁組成，待測的試驗柱安裝于固定橫梁與移動式剛性橫梁之間，其特殊之處在于:所述移動式剛性橫梁設置于兩個剛架立柱之間；試驗柱與其上端的固定橫梁之間以及試驗柱與其下端的移動式剛性橫梁之間均設置單向刀鉸和壓力分布板，壓力分布板均與試驗柱柱端端面接觸；所述試驗裝置還包括安裝在試驗柱的柱端處成對配制的緊箍件，所述緊箍件由兩個半圓形鋼板和螺栓構(gòu)成。
[0009]進一步，所述載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂和一個液壓式千斤頂，液壓式千斤頂設置于兩個螺旋式千斤頂之間。
[0010]進一步，所述移動式剛性橫梁為鋼結(jié)構(gòu)箱型截面梁，移動式剛性橫梁的長寬比為4，移動式剛性橫梁內(nèi)設置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁兩端各設置四個小輪；所述剛架立柱的內(nèi)側(cè)面設置可使小輪自由上下滾動的槽道。
[0011]進一步，所述螺旋式千斤頂為額定噸位為IOOOkN螺旋式機械千斤頂；所述液壓式千斤頂為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的高壓電動油泵連接。
[0012]進一步，所述試驗裝置還包括用于保護試驗柱的安全鋼繩。
[0013]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點和效果:
[0014]1.該試驗裝置其施荷能力及量測范圍能滿足與工程實際情況一致的足尺試驗柱加固后最大承壓能力的測試要求。
[0015]2.該試驗裝置的加載穩(wěn)壓效果能滿足在持荷期間使新制做的未直接受壓的且牢固粘結(jié)在原柱表面加固層一直處于O應力狀態(tài)。
[0016]3.該試驗裝置在各時刻及在各荷載等級下，能精確測定其構(gòu)件實際受荷大小與變形值，滿足測量精度要求。
[0017]4.該試驗裝置滿足安全性要求。
[0018]5.該試驗裝置可控性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便。
[0019]6.在軸壓或偏壓試驗中，使用該裝置可避免由于加載端的加載板制作不平整或局部受荷不均勻?qū)е轮司植炕炷猎谠嚰w破壞之前被壓碎，從而使得試驗失敗。
[0020]7.有利于節(jié)約科研資金與時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1中緊箍件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]其中，1、固定橫梁；2_單向刀鉸；3、壓力分布板；4、試驗柱；5、緊箍件；5_1、半圓形鋼板；5_2、螺栓；6、移動式剛性橫梁；7、力傳感器；8、液壓式千斤頂；9、螺旋式千斤頂；
10、剛架立柱；11_安全鋼繩?！揪唧w實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]圖1示出了本發(fā)明提供的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置結(jié)構(gòu)。為了便于說明，僅僅不出了與本發(fā)明相關的部分。
[0026]本發(fā)明的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括:反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁6，載荷施加裝置，兩個力傳感器7和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架立柱10和固定橫梁I組成，待測的試驗柱安裝于固定橫梁I與移動式剛性橫梁6之間，移動式剛性橫梁6設置于兩個剛架立柱10之間；試驗柱4與其上端的固定橫梁I之間以及試驗柱4與其下端的移動式剛性橫梁6之間均設置單向刀鉸2和壓力分布板3，壓力分布板均與試驗柱柱端端面接觸；該試驗裝置還包括安裝在試驗柱的柱端處成對配制的緊箍件5，所述緊箍件由兩個半圓形鋼板5-1和螺栓5-2構(gòu)成。
[0027]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂9和一個液壓式千斤頂8，液壓式千斤頂8設置于兩個螺旋式千斤頂9之間。
[0028]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，移動式剛性橫梁6為鋼結(jié)構(gòu)箱型截面梁，移動式剛性橫梁6的長寬比為4，移動式剛性橫梁6內(nèi)設置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁6兩端各設置四個小輪；所述剛架立柱10的內(nèi)側(cè)面設置可使小輪自由上下滾動的槽道。
[0029]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，螺旋式千斤頂9為額定噸位為IOOOkN螺旋式機械千斤頂；所述液壓式千斤頂8為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的高壓電動油泵連接。
[0030]作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，該試驗裝置還包括用于保護試驗柱的安全鋼繩11。
[0031]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0032]如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括:反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁6，載荷施加裝置，兩個力傳感器7和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架立柱10和固定橫梁I組成，待測的試驗柱安裝于固定橫梁I與移動式剛性橫梁6之間，移動式剛性橫梁6設置于兩個剛架立柱10之間；試驗柱4與其上端的固定橫梁I之間以及試驗柱4與其下端的移動式剛性橫梁6之間均設置單向刀鉸2和壓力分布板3，壓力分布板均與試驗柱柱端端面接觸；該試驗裝置還包括安裝在試驗柱的柱端處成對配制的緊箍件5，參見圖2，該緊箍件由兩個半圓形鋼板5-1和螺栓5-2構(gòu)成，兩個半圓形鋼板5-1的兩端分別通過螺栓5-2進行緊固連接，實際制作時，可在半圓形鋼板上開設若干帶絲扣的小孔，同時在小孔上配合緊固螺栓。
[0033]載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂9和一個液壓式千斤頂8，液壓式千斤頂8設置于兩個螺旋式千斤頂9之間。螺旋式千斤頂9為額定噸位為IOOOkN螺旋式機械千斤頂；液壓式千斤頂8為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的高壓電動油泵連接。
[0034]移動式剛性橫梁6為鋼結(jié)構(gòu)箱型截面梁，移動式剛性橫梁6的長寬比為4，移動式剛性橫梁6內(nèi)設置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁6兩端各設置四個小輪；剛架立柱10的內(nèi)側(cè)面設置可使小輪自由上下滾動的槽道。
[0035]該試驗裝置還包括用于保護試驗柱的安全鋼繩11。
[0036]本發(fā)明的實驗裝置在制作時，全面考慮到大噸位長柱試驗機具有加載和測試方便且精度高的特點，但長時間穩(wěn)壓效果差，機器本身磨耗大，長時間持荷加壓會減低機器的壽命；油壓千近頂加載范圍大，不需要像機械千斤頂那樣需要人工搖壓，但長時間內(nèi)的穩(wěn)壓效果差，有滲油漏油現(xiàn)象；單臺機械千斤頂由于大多靠人工操作，最大加載噸位偏小，滿足不了足尺柱的量程要求，但長時間內(nèi)的穩(wěn)壓效果極好。在綜合考慮加載設備各自的優(yōu)缺點后，并考慮安全因素和操作的方便性和可控性后，研發(fā)出了如圖1所示的本發(fā)明的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，該裝置各部分工作協(xié)調(diào)，能很好的滿足量程范圍、穩(wěn)壓效果、測量精度、安全性、可控性、易操作性等各方面的要求。通過該裝置，可完成偏心受壓的模型柱的科學試驗和工程實際柱構(gòu)件試驗檢測，為研究和分析提供大量寶貴可靠的測試數(shù)據(jù)。
[0037]本發(fā)明的試驗裝置在進行偏心受壓柱非卸載加固試驗時，通過柱上下端的單向刀鉸施加給柱的豎向受壓荷載，這個豎向荷載沿刀鉸長度以線荷載形式分布，是一個相對于柱截面形心軸線有一定偏心距的偏壓荷載。
[0038]試驗方法:根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)試驗規(guī)程》的有關規(guī)定，在精準的長柱油壓試驗機上對本試驗裝置的液壓式千斤頂及與之配套使用高壓電動油泵進行標定，對置于兩臺螺旋式機械千斤頂上的力傳感器及與之配套使用的應變儀進行標定；依次將3臺千斤頂、上下移動式剛性橫梁、柱上下端刀鉸、壓力分布板、試驗柱按圖1位置就位，上好緊箍件和安全鋼繩，并進行各部分的幾何對中。本發(fā)明的緊箍件通過擰緊緊箍件上的螺栓，使半圓形鋼板對柱端表面產(chǎn)生局部水平壓力，來達到提高柱端混凝土局部抗壓強度的目的。在各部分就位、對中、校準等準備工作完成后，應檢查安全鋼繩是否處于非受力狀態(tài)。通過觀察與兩力傳感器相連的應變儀上的應變變化，指揮兩操作員同時搖壓兩螺旋式千斤頂，使其對稱均勻地頂推移動式橫梁，從而對柱施加軸向荷載，當荷載值達到“第一階段受荷”的設計荷載值(對應的應力水平指標為β)時，停止搖壓。在第一階段荷載值作用下的初期，鋼筋混凝土柱將發(fā)生彈性壓縮變形使柱實際壓應力比會逐步低于β。故應在第I周內(nèi)應觀察應變儀上應變的變化，必要時適當作補壓操作，當應變值不再下降或僅有幾個微應變的變化，則說明已基本達到穩(wěn)壓水平。這一過程正是利用了機械千斤頂穩(wěn)壓效果好的特點?！暗谝浑A段受荷”對應的荷載值一般不會超過加固柱的極限破壞荷載的60%，盡管人工操作的機械千斤頂具有額定噸位相對較小的特點，但裝置中并列使用兩臺IOOOkN螺旋式機械千斤頂便可滿足要求。對已穩(wěn)定承受大小為N0的軸向荷載作用且完成了加固施工預處理了的試驗柱進行加固施工，并養(yǎng)護或固結(jié)到相應的齡期。經(jīng)過相應齡期的養(yǎng)護或固結(jié)，加固層本身的強度及其與原柱結(jié)合面的粘結(jié)強度達到設計要求后，開始啟用高壓油泵和位于移動式剛性橫梁下部的5000kN油壓千斤頂，并通過觀察液壓表讀數(shù)對其加載速度及荷載等級進行操控，即實現(xiàn)和完成對加固柱的“第二階段受荷”試驗過程，直至試驗柱達到最大承載力后破壞。在“第二階段受荷”過程中，兩機械式千斤頂逐漸退出工作，油壓千斤頂逐步承受越來越大乃至全部的受壓荷載(故各級荷載下的柱軸力應為三臺千斤頂施加的軸向荷載之和)。加固柱達到最大承載力后，油壓表指針開始回退，荷載值回退到最大承載力的80%后，停止實驗，關閉液壓設備并回油，試驗結(jié)束。由于加固柱大多發(fā)生的是預兆明顯的延性破壞，所以油壓表指針回退緩慢，由于還有安全鋼繩的防護，安全性得到了很好的保障。
[0039]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，包括反力剛架，可上下移動的移動式剛性橫梁(6)，載荷施加裝置，兩個力傳感器(7)和與兩力傳感器相連的應變儀，反力剛架由兩個剛架立柱(10)和固定橫梁(I)組成，待測的試驗柱安裝于固定橫梁(I)與移動式剛性橫梁(6)之間，其特征在于:所述移動式剛性橫梁(6)設置于兩個剛架立柱(10)之間；試驗柱(4)與其上端的固定橫梁(I)之間以及試驗柱(4)與其下端的移動式剛性橫梁(6)之間均設置單向刀鉸(2)和壓力分布板(3)，壓力分布板均與試驗柱柱端端面接觸；所述試驗裝置還包括安裝在試驗柱的柱端處成對配制的緊箍件(5)，所述緊箍件由兩個半圓形鋼板(5-1)和螺栓(5-2)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，其特征在于:所述載荷施加裝置包括兩個螺旋式千斤頂(9 )和一個液壓式千斤頂(8 )，液壓式千斤頂(8 )設置于兩個螺旋式千斤頂(9)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，其特征在于:所述移動式剛性橫梁(6)為鋼結(jié)構(gòu)箱型截面梁，移動式剛性橫梁(6)的長寬比為4，移動式剛性橫梁(6)內(nèi)設置有密集型加勁肋板，移動式剛性橫梁(6)兩端各設置四個小輪；所述剛架立柱(10)的內(nèi)側(cè)面設置可使小輪自由上下滾動的槽道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，其特征在于:所述螺旋式千斤頂(9)為額定噸位為IOOOkN螺旋式機械千斤頂；所述液壓式千斤頂(8)為額定噸位為5000kN液壓式千斤頂，液壓式千斤頂與裝有高精度液壓表的高壓電動油泵連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏心受壓柱非卸載加固試驗裝置，其特征在于:所述試驗裝置還包括用于保護試驗柱的安全鋼繩(11)。
【文檔編號】G01N3/12GK103822832SQ201410076373
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】蔣隆敏, 施棉軍 申請人:湖南工業(yè)大學