專利名稱：受彎構(gòu)件持續(xù)荷載作用的加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種持續(xù)荷載作用下受彎構(gòu)件力學性能的試驗裝置，尤其適用于研究鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在環(huán)境和荷載耦合作用下耐久性試驗的場合，屬于土木工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
混凝土結(jié)構(gòu)都是在一定荷載作用下工作的，并經(jīng)受硬化、滲透、凍融、化學侵蝕等多種因素耦合作用，大量的無荷載作用下的混凝土耐久性成果并不能合理反映結(jié)構(gòu)所處的實際狀態(tài)。半個世紀以來，混凝土結(jié)構(gòu)由于耐久性不足而導致過早破壞、壽命縮短的事故不斷增多，尤其是大壩、道路、橋梁、港口等重大工程以及高層建筑物未達到設(shè)計年限就破壞的事故時有發(fā)生并造成巨大經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，系統(tǒng)開展雙重或多重破壞因素作用下混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的耐久性和服役性能研究是當前土木工程領(lǐng)域的重大科學技術(shù)與理論難題。要研究復雜環(huán)境作用與荷載耦合作用下混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的耐久性必須首先提出一套可以考慮多個因素同時作用的耐久性試驗系統(tǒng)。目前，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的長期荷載作用主要通過千斤頂加載、吊籃掛載和杠桿加載方式來模擬。這些試驗裝置存在以下問題一是加載需要反力架， 裝置復雜，所占空間較大，無法放入現(xiàn)有的模擬加速試驗設(shè)備，如凍融試驗機、碳化箱、人工環(huán)境模擬箱等模擬實際結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境；二是現(xiàn)有技術(shù)多為成組組合的構(gòu)件通過反力架施加荷載，要測得構(gòu)件的剩余承載力必須卸去持載裝置然后進行靜力試驗，如專利CN 201681017U公開的技術(shù)，在對構(gòu)件進行極限承載力試驗時要卸掉所施加的持續(xù)荷載，卸載后荷載引起的微裂縫、應(yīng)變和撓度等大部分會恢復，因此，測量結(jié)果實際上沒有充分考慮持續(xù)荷載作用的影響，反映的是卸載狀態(tài)下的結(jié)果；三是現(xiàn)有技術(shù)加載裝置適用的構(gòu)件尺寸非常小，主要針對材料層次的小試件試驗，如專利CN 101275982B公開的技術(shù)最大適用試件尺寸為 100 X 100 X 400mm。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有受彎構(gòu)件長期荷載作用模擬試驗裝置的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、體積小巧、不占試驗空間，且能同時考慮環(huán)境和荷載耦合作用的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件全壽命服役性能和剩余承載力變化的試驗裝置。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實用新型是一種模擬受彎構(gòu)件持續(xù)荷載作用的加載裝置，包括鋼筋混凝土受彎構(gòu)件、拉力筋、錨固件和圓軸加載棒，錨固件對稱固定在拉力筋的兩端，圓軸加載棒對稱設(shè)置于拉力筋上，拉力筋的中間水平段平行于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的頂面。本實用新型所述的拉力筋對稱配置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的兩側(cè)，拉力筋的兩端分別用錨固件錨固于受彎構(gòu)件兩側(cè)的下部區(qū)域，拉力筋的中間水平段高于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的頂面。[0008]本實用新型所述的拉力筋對稱配置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的兩側(cè)，拉力筋的兩端分別用錨固件錨固于受彎構(gòu)件兩側(cè)的下部區(qū)域，拉力筋的中間水平段低于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的頂面。本實用新型所述的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的兩側(cè)斜向?qū)ΨQ開設(shè)有斜向預(yù)留通孔，斜向預(yù)留通孔的孔徑大于拉力筋的直徑，孔的一端出口在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的頂面上，另一端出口在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件兩端部側(cè)面的下部位置處，所述的拉力筋的中間水平段高于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的頂面，拉力筋的兩端穿過預(yù)留通孔錨固在受彎構(gòu)件兩端部側(cè)面的下部區(qū)域。本實用新型還包括帶孔加載支座，其中間留有圓形凹槽。本實用新型所述的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件和圓軸加載棒之間設(shè)有圓弧形凹槽定位件。本實用新型所述的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)相應(yīng)于圓軸加載棒(4)的安放位置開設(shè)有同圓軸加載棒(4)直徑相同的圓弧形凹槽或預(yù)埋有鐵件。本實用新型所述的錨固件是插銷或螺栓或焊接件。本實用新型所述的拉力筋為不銹鋼鋼絞線或經(jīng)過防腐處理的高耐久性鋼絲或鋼絞線，在環(huán)境作用下耐久性不降低。本實用新型所述的圓軸加載棒為不銹鋼或經(jīng)過防腐處理的高耐久性鋼絲或鋼絞線，在環(huán)境作用下耐久性不降低。本實用新型所述構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的持續(xù)荷載通過固定在錨固件上拉緊的拉力筋傳遞給圓軸加載棒的力來實現(xiàn)，持續(xù)荷載作用位置與圓軸加載棒所在位置一致，持續(xù)荷載作用大小和位置以及張拉力的大小由試驗方案確定。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、本加載裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，不受構(gòu)件尺寸大小的限制，不需構(gòu)件成對或成
組組合；2、加載裝置不銹蝕、強度高，能滿足任意荷載比的加載需要；3、不需要反力架即可對構(gòu)件施加持續(xù)荷載，加載裝置體積小，和試驗構(gòu)件一起形成整體，幾乎不占空間，能充分利用現(xiàn)有耐久性試驗裝置如凍融試驗機、碳化箱、人工環(huán)境模擬箱等模擬構(gòu)件真實工作狀態(tài)，研究構(gòu)件在環(huán)境和荷載耦合作用下的耐久性；4、勿需卸載測試，在對構(gòu)件進行極限承載力試驗時不需要卸掉所施加的持續(xù)荷載，可以直接對持載狀態(tài)的構(gòu)件(即不卸掉使用荷載的情況下)進行連續(xù)的應(yīng)力-應(yīng)變、荷載-撓度、剩余承載力等力學性能測試，且持續(xù)荷載的加載裝置對二次加載沒有約束作用， 能夠真實反映荷載和環(huán)境耦合作用對構(gòu)件全壽命服役性能和剩余承載力的影響，充分保證試驗結(jié)果揭示構(gòu)件的全過程破壞機理和反映構(gòu)件在實際工作狀態(tài)下的損傷失效過程。

圖1為受彎構(gòu)件持續(xù)荷載的加載實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖-拉力筋對稱配置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的兩側(cè)，拉力筋水平段低于受彎構(gòu)件頂面，拉力筋兩端分別錨固于受彎構(gòu)件兩側(cè)左右端的下部區(qū)域的情形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為受彎構(gòu)件持續(xù)荷載的加載實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖-拉力筋對稱配置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的兩側(cè)，拉力筋水平段高于受彎構(gòu)件頂面，拉力筋兩端分別錨固于受彎構(gòu)件兩側(cè)左右端的下部區(qū)域的情形的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為受彎構(gòu)件持續(xù)荷載的加載實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖-拉力筋水平段高于受彎構(gòu)件頂面，拉力筋兩端穿過預(yù)留孔錨固在受彎構(gòu)件兩端部側(cè)面的下部區(qū)域情形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為荷載和環(huán)境耦合作用的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為剩余承載力加載的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為加載支座剖面示意圖；圖7為加載支座立面示意圖；圖8圓弧形凹槽定位件示意圖；圖中，1是鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，2是拉力筋，3是錨固件，4是圓軸加載棒，5是斜向預(yù)留通孔，6是環(huán)境模擬箱，7是帶孔加載支座，8是分配橫梁，9是力傳感器，10是千斤頂，11 是反力架，12是圓弧形凹槽定位件。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體描述一種模擬受彎構(gòu)件1持續(xù)荷載作用的加載裝置，包括鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1、拉力筋2、錨固件3、圓軸加載棒4、斜向預(yù)留通孔5、錨固件3對稱固定在拉力筋2的兩端，圓軸加載棒4對稱設(shè)置于拉力筋2上，拉力筋2的中間水平段平行于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1的梁頂面。構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的持續(xù)荷載通過兩端固定在錨固件3上拉緊的拉力筋2傳遞給圓軸加載棒4的力來實現(xiàn)。持續(xù)荷載作用位置與圓軸加載棒4所在位置一致，持續(xù)荷載作用大小和位置以及力的大小由試驗方案確定。鋼筋混凝受彎構(gòu)件1的持續(xù)荷載作用結(jié)構(gòu)有多種，現(xiàn)例舉以下三個經(jīng)典的結(jié)構(gòu)圖1為受彎構(gòu)件持續(xù)荷載的加載實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖，拉力筋2對稱配置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1的兩側(cè)，拉力筋2的中間水平段低于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1的頂面，拉力筋2兩端分別錨固于受彎構(gòu)件兩側(cè)端的下部區(qū)域，錨固可用插銷、螺栓或焊接等方法，構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的持續(xù)荷載通過兩端固定在錨固件3上拉緊的拉力筋2傳遞給圓軸加載棒4的力來實現(xiàn)。圖2為受彎構(gòu)件持續(xù)荷載的加載實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，拉力筋2對稱配置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1的兩側(cè)，拉力筋2的中間水平段高于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1的頂面，拉力筋2兩端分別錨固于受彎構(gòu)件兩側(cè)端的下部區(qū)域，錨固可用插銷、螺栓或焊接等方法，構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的持續(xù)荷載通過兩端固定在錨固件3上拉緊的拉力筋2傳遞給圓軸加載棒4的力來實現(xiàn)。圖3為受彎構(gòu)件持續(xù)荷載的加載實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖，拉力筋2水平段高于受彎構(gòu)件頂面，拉力筋2兩端穿過鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1的斜向預(yù)留通孔5錨固在受彎構(gòu)件兩端部側(cè)面的下部區(qū)域，錨固可用插銷、螺栓、錨具或焊接等方法，構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的持續(xù)荷載通過兩端固定在錨固件3上拉緊的拉力筋2傳遞給圓軸加載棒4的力來實現(xiàn)。為防止圓軸加載棒4在拉力筋2的作用下發(fā)生位置移動，可以采用以下3種解決辦法一是在制作鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1時在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1上的荷載作用位置即圓軸加載棒4的安放位置預(yù)留同圓軸加載棒4直徑相同的圓弧形凹槽；二是在制作鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1時在荷載作用位置即圓軸加載棒4的安放位置預(yù)埋鐵件，待施加荷載時將圓軸加載棒4焊接在預(yù)埋鐵件上；三是在荷載作用位置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1和圓軸加載棒4之間安放帶有圓弧形凹槽定位件12，通過圓弧形凹槽定位件12的底面和鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1的頂面之間的接觸摩擦力保證圓弧形凹槽定位件12的固定，圓弧形凹槽定位件12的示意圖如圖8。在具體使用過程中，首先按照試驗方案要求制作受彎構(gòu)件并將構(gòu)件在標準條件下養(yǎng)護。待達到設(shè)計強度后，將圓軸加載棒4擺放和固定在設(shè)計荷載作用位置；把拉力筋2擺放在圓軸加載棒4之上；由錨固件3固定拉力筋2的一端，張拉拉力筋2的另一端達到設(shè)計荷載后用錨固件3固定拉力筋2的另一端，所述拉力的大小由試驗方案確定。構(gòu)件的持續(xù)荷載施加完畢后，將施加荷載的受彎構(gòu)件放入人工環(huán)境模擬箱6中，模擬結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)。圖4即為施加荷載的受彎構(gòu)件(圖3所示情形)放于環(huán)境模擬箱6中荷載和環(huán)境耦合作用的結(jié)構(gòu)示意圖。當然，放于環(huán)境模擬箱6中的施加持續(xù)荷載的受彎構(gòu)件也可以是圖1 或圖2所示的施加持續(xù)荷載的受彎構(gòu)件情形。待達到設(shè)計齡期后，從環(huán)境模擬箱7中取出受彎構(gòu)件將帶孔加載支座7對準圓軸加載棒6，在圓軸加載棒6上按圖5所示依次布置分配橫梁8、力傳感器9、千斤頂10，最后在反力架11 (反力架11也可以是壓力或萬能試驗機) 上對受彎構(gòu)件施加極限荷載，直至結(jié)構(gòu)破壞。圖6為帶孔加載支座7的剖面示意圖，圖7為帶孔加載支座7的立面示意圖，帶孔加載支座7的結(jié)構(gòu)如圖6與7所示。下面通過一個完整具體的實施例來對本實用新型的技術(shù)方案作詳細說明(1)如圖3所示，首先制作單筋矩形截面鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1，受彎構(gòu)件1的截面尺寸為bXh = 150X 300mm，長度3000mm，混凝土強度等級C20，配置2根直徑為14mm的 HRB335鋼筋，保護層30mm，在受彎構(gòu)件1/3位置處對稱預(yù)留2個斜向孔5，孔徑14mm，孔的一端出口在受彎構(gòu)件1/3位置處，孔的另一端出口在受彎構(gòu)件兩端部側(cè)面的下部位置處。將成型后的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1兩天后拆模并在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護觀天。(2)在受彎構(gòu)件1/3位置處作用兩個集中荷載時，根據(jù)計算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1 的極限承載力為12kN，對鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1施加50%的極限荷載，S卩6kN。首先將2個圓軸加載棒4擺放和固定在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1上1/3位置處；將直徑為9. 5mm的1X7 不銹鋼鋼絞線拉力筋2穿入鋼筋混凝土受彎構(gòu)件1的斜向預(yù)留通孔5，并把拉力筋2置于圓軸加載棒4之上，然后用插銷錨固件3固定拉力筋2的一端，用穿心式千斤頂張拉拉力筋 2的另一端，考慮到由于受彎構(gòu)件在環(huán)境和荷載耦合作用下其剛度退化引起應(yīng)力松弛，經(jīng)計算對受彎構(gòu)件進行5%的超張拉，實際對拉力筋2施加27. 5kN荷載，當張拉力達到27. 5kN 時，持荷3分鐘，然后固定張拉這一端的錨固件3，至此，受彎構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下的持續(xù)荷載就通過固定在錨固件3上拉緊的拉力筋2傳遞給圓軸加載棒4的力得以實現(xiàn)。(3)受彎構(gòu)件的持續(xù)荷載施加完畢后，將構(gòu)件放入人工環(huán)境模擬箱6，模擬結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)，如圖4所示。(4)待達到設(shè)計齡期后，從環(huán)境模擬箱6中取出受彎構(gòu)件，將帶孔加載支座7對準圓軸加載棒4，在圓軸加載棒4上按圖5所示依次布置分配橫梁8、力傳感器9、千斤頂10，最后在反力架11 (反力架11也可以是壓力或萬能試驗機)上對受彎構(gòu)件施加極限荷載，直至結(jié)構(gòu)破壞。實際測得受彎構(gòu)件的剩余承載力為4. 5kN,比不考慮環(huán)境和荷載耦合作用的承載力降低25%。 最后，還需要注意的是，本實用新型中所述的受彎構(gòu)件包括梁和板。以上列舉的僅是本實用新型的幾個具體實施例，顯然，本實用新型不限于以上實施例，還可以有許多變形，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實用新型公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種模擬受彎構(gòu)件持續(xù)荷載作用的加載裝置，其特征在于，包括鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)、拉力筋( 、錨固件C3)和圓軸加載棒，所述的錨固件C3)對稱固定在拉力筋(2) 的兩端，圓軸加載棒(4)對稱設(shè)置于拉力筋( 上，所述的拉力筋( 的中間水平段平行于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)的頂面。
2.如權(quán)利要求書1所述的加載裝置，其特征在于，所述的拉力筋(2)對稱配置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)的兩側(cè)，拉力筋O)的兩端分別用錨固件(3)錨固于受彎構(gòu)件兩側(cè)的下部區(qū)域，所述的拉力筋O)的中間水平段高于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)的頂面。
3.如權(quán)利要求書1所述的加載裝置，其特征在于，所述的拉力筋(2)對稱配置在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)的兩側(cè)，拉力筋O)的兩端分別用錨固件(3)錨固于受彎構(gòu)件兩側(cè)的下部區(qū)域，所述的拉力筋O)的中間水平段低于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)的頂面。
4.如權(quán)利要求書1所述的加載裝置，其特征在于，所述的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)的兩側(cè)斜向?qū)ΨQ開設(shè)有斜向預(yù)留通孔(5)，所述的預(yù)留通孔(5)的孔徑大于拉力筋O)的直徑，孔的一端出口在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)的頂面上，另一端出口在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)兩端部側(cè)面的下部位置處，所述的拉力筋O)的中間水平段高于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(1)的頂面，拉力筋O)的兩端穿過預(yù)留通孔( 錨固在受彎構(gòu)件兩端部側(cè)面的下部區(qū)域。
5.如權(quán)利要求書1所述的加載裝置，其特征在于，還包括帶孔加載支座(7)，其中間留有圓形凹槽。
6.如權(quán)利要求書2或3或4所述的加載裝置，其特征在于，所述的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件 (1)和圓軸加載棒(4)之間設(shè)有圓弧形凹槽定位件(12)。
7.如權(quán)利要求書2或3或4所述的加載裝置，其特征在于，所述的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件 (1)相應(yīng)于圓軸加載棒的安放位置開設(shè)有同圓軸加載棒(4)直徑相同的圓弧形凹槽或預(yù)埋有鐵件。
8.如權(quán)利要求書1或2或3或4所述的加載裝置，其特征在于，所述的錨固件(3)是插銷或螺栓或焊接件。
9.如權(quán)利要求書1或2或3或4所述的加載裝置，其特征在于，所述的拉力筋(2)為不銹鋼鋼絞線或經(jīng)過防腐處理的高耐久性鋼絲或鋼絞線。
10.如權(quán)利要求書1或2或3或4所述的加載裝置，其特征在于，所述的圓軸加載棒(4) 為不銹鋼或經(jīng)過防腐處理的高耐久性鋼絲或鋼絞線。
專利摘要本實用新型涉及一種持續(xù)荷載作用下受彎構(gòu)件力學性能的試驗裝置，尤其適用于研究鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在環(huán)境和荷載耦合作用下耐久性試驗的場合，屬于土木工程領(lǐng)域。本實用新型包括鋼筋混凝土受彎構(gòu)件、拉力筋、錨固件和圓軸加載棒，錨固件對稱固定在拉力筋的兩端，圓軸加載棒對稱設(shè)置于拉力筋上，拉力筋的中間水平段平行于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的頂面。本加載裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，不受構(gòu)件尺寸大小的限制，不需構(gòu)件成對或成組組合，強度高，能滿足任意荷載比的加載需要。
文檔編號G01N3/08GK202330164SQ20112045346
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者丁天庭, 劉俊龍, 張科麗, 李強, 禹凱, 陳樹東 申請人:浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院