偏心受压柱非卸载加固试验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种偏心受压柱非卸载加固试验装置，包括反力刚架，可上下移动的移动式刚性横梁，载荷施加装置，两个力传感器和与两力传感器相连的应变仪，反力刚架由两个刚架立柱和固定横梁组成，待测的试验柱安装于固定横梁与移动式刚性横梁之间，移动式刚性横梁设置于两个刚架立柱之间；试验柱与其上端的固定横梁之间以及试验柱与其下端的移动式刚性横梁之间均设置单向刀铰和压力分布板，压力分布板均与试验柱柱端端面接触；所述试验装置还包括安装在试验柱的柱端处成对配制的紧箍件，所述紧箍件由两个半圆形钢板和螺栓构成。本发明可控性好，结构简单，操作简便，可避免柱端局部混凝土在试件整体破坏之前被压碎，从而使得试验失败。
【专利说明】偏心受压柱非卸载加固试验装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于试验装置，具体涉及一种偏心受压柱非卸载加固试验装置。
【背景技术】
[0002]正在投入使用的受压构件，若需要加固，应先进行卸载才能使加固层的作用得到充分发挥，但实际工程中很难做到这一点，只能做到部分卸载或根本就不卸载，即原构件在加固前已承受了荷载作用，称为第一阶段受荷，在加固后，只有当外荷载继续增加，称为第二阶段受荷，构件的变形也继续增大，加固层才会协助原构件承担新增外荷载的作用，这使得原构件的应力和应变都超前于加固层。
[0003]目前，受压构件非卸载加固的试验通常是在液压长柱试验机上进行，即当柱稳压在“第一阶段受荷”的情况下在试验机上对柱制作加固层，养护到相应龄期，再完成“第二阶段加荷”直至加固柱破坏。这种方式存在的弊端是显而易见的，包括因加固层养护期长而导致占用机时太多，长时间过热对试验机损耗大，液压机高载荷下稳压效果差而导致“第一阶段受荷”对应的应力水平指标β失真变小(定义β =NciZU Ntl为“第一阶段受荷”稳定后的实际荷载值，N为原柱的极限破坏荷载)，或者为了维持应力水平指标β所作的多次补压操作可能使加固层中的胶凝材料与原柱混凝土刚建立的粘结作用完全消失，此外，在长柱试验机上进行加固施工操作也很不方便。钢筋混凝土偏心受压柱受力性能的试验研究作为受压构件非卸载加固的试验的重要方面，进行符合工程实际情况的大比例偏心受压柱非卸载加固的试验研究具有重要意义。
[0004]目前，在进行制筋混凝土柱或钢管混凝土柱的偏压试验时，由于加载端制作不平整或局部受荷不均匀，常常发生试件在没有达到极限承载力之前，柱端局部混凝土被压碎导致整个试验失败的现象，使得试验过程半途而废，试验结果不理想，从而造成了科研基金利时问的浪费。而实际上，在建筑结构试验过程中，要想保证试件端部绝对平整和加载绝对均匀是非常困难的，甚至是不可能的。因此，寻求保证柱端不先于整体构件的破坏方法是建筑结构试验中亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的克服现有技术中存在的稳压效果差，机器损耗大，使用不便以及试件在没有达到极限承载力之前，柱端局部混凝土被压碎导致整个试验失败的问题，提供一种偏心受压柱非卸载加固试验装置，该装置不仅结构简单，安全可靠，且高载荷下稳压效果好，保证试件达到极限承载力之前加载的柱端不先发生破坏。
[0006]通过对国内外大量的文献阅读与现场调研发现，由于模拟足尺加固柱“两阶段受荷”的试验装置和试验方法问题未能得到较好解决，使得近年来国内外采用各种方法加固钢筋混凝土受压构件的试验研究中，都是进行的不符合工程实际情况的一次受荷加固研究，即实验柱原柱在没有承载的情况下完成加固层的制作，然后将其置于压力试验机进行破坏试验。至于固层应变与应力比原柱滞后的这一工程实际问题，则统一采用一折减系数予以考虑，但其实际情况往往会因“第一阶段受荷”下的应力水平指标β的不同、柱构件类型的不同、加固层材料种类等的不同而变化。可见这种折减系数法带有很大的粗略性，自然导致了加固设计的不真实性和不可靠性。
[0007]为实现本发明的目的，采用的技术方案如下:
[0008]偏心受压柱非卸载加固试验装置，包括反力刚架，可上下移动的移动式刚性横梁，载荷施加装置，两个力传感器和与两力传感器相连的应变仪，反力刚架由两个刚架立柱和固定横梁组成，待测的试验柱安装于固定横梁与移动式刚性横梁之间，其特殊之处在于:所述移动式刚性横梁设置于两个刚架立柱之间；试验柱与其上端的固定横梁之间以及试验柱与其下端的移动式刚性横梁之间均设置单向刀铰和压力分布板，压力分布板均与试验柱柱端端面接触；所述试验装置还包括安装在试验柱的柱端处成对配制的紧箍件，所述紧箍件由两个半圆形钢板和螺栓构成。
[0009]进一步，所述载荷施加装置包括两个螺旋式千斤顶和一个液压式千斤顶，液压式千斤顶设置于两个螺旋式千斤顶之间。
[0010]进一步，所述移动式刚性横梁为钢结构箱型截面梁，移动式刚性横梁的长宽比为4，移动式刚性横梁内设置有密集型加劲肋板，移动式刚性横梁两端各设置四个小轮；所述刚架立柱的内侧面设置可使小轮自由上下滚动的槽道。
[0011]进一步，所述螺旋式千斤顶为额定吨位为IOOOkN螺旋式机械千斤顶；所述液压式千斤顶为额定吨位为5000kN液压式千斤顶，液压式千斤顶与装有高精度液压表的高压电动油泵连接。
[0012]进一步，所述试验装置还包括用于保护试验柱的安全钢绳。
[0013]本发明相对于现有技术，具有如下优点和效果:
[0014]1.该试验装置其施荷能力及量測范围能满足与工程实际情况一致的足尺试验柱加固后最大承压能力的测试要求。
[0015]2.该试验装置的加载稳压效果能满足在持荷期间使新制做的未直接受压的且牢固粘结在原柱表面加固层一直处于O应力状态。
[0016]3.该试验装置在各时刻及在各荷载等级下，能精确测定其构件实际受荷大小与变形值，满足测量精度要求。
[0017]4.该试验装置满足安全性要求。
[0018]5.该试验装置可控性好，结构简单，操作简便。
[0019]6.在轴压或偏压试验中，使用该装置可避免由于加载端的加载板制作不平整或局部受荷不均匀导致柱端局部混凝土在试件整体破坏之前被压碎，从而使得试验失败。
[0020]7.有利于节约科研资金与时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的结构示意图；
[0022]图2是图1中紧箍件的结构示意图；
[0023]其中，1、固定横梁；2_单向刀铰；3、压力分布板；4、试验柱；5、紧箍件；5_1、半圆形钢板；5_2、螺栓；6、移动式刚性横梁；7、力传感器；8、液压式千斤顶；9、螺旋式千斤顶；
10、刚架立柱；11_安全钢绳。【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]图1示出了本发明提供的偏心受压柱非卸载加固试验装置结构。为了便于说明，仅仅不出了与本发明相关的部分。
[0026]本发明的偏心受压柱非卸载加固试验装置，包括:反力刚架，可上下移动的移动式刚性横梁6，载荷施加装置，两个力传感器7和与两力传感器相连的应变仪，反力刚架由两个刚架立柱10和固定横梁I组成，待测的试验柱安装于固定横梁I与移动式刚性横梁6之间，移动式刚性横梁6设置于两个刚架立柱10之间；试验柱4与其上端的固定横梁I之间以及试验柱4与其下端的移动式刚性横梁6之间均设置单向刀铰2和压力分布板3，压力分布板均与试验柱柱端端面接触；该试验装置还包括安装在试验柱的柱端处成对配制的紧箍件5，所述紧箍件由两个半圆形钢板5-1和螺栓5-2构成。
[0027]作为本发明实施例的一优化方案，载荷施加装置包括两个螺旋式千斤顶9和一个液压式千斤顶8，液压式千斤顶8设置于两个螺旋式千斤顶9之间。
[0028]作为本发明实施例的一优化方案，移动式刚性横梁6为钢结构箱型截面梁，移动式刚性横梁6的长宽比为4，移动式刚性横梁6内设置有密集型加劲肋板，移动式刚性横梁6两端各设置四个小轮；所述刚架立柱10的内侧面设置可使小轮自由上下滚动的槽道。
[0029]作为本发明实施例的一优化方案，螺旋式千斤顶9为额定吨位为IOOOkN螺旋式机械千斤顶；所述液压式千斤顶8为额定吨位为5000kN液压式千斤顶，液压式千斤顶与装有高精度液压表的高压电动油泵连接。
[0030]作为本发明实施例的一优化方案，该试验装置还包括用于保护试验柱的安全钢绳11。
[0031]下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
[0032]如图1和图2所示，本发明实施例的偏心受压柱非卸载加固试验装置，包括:反力刚架，可上下移动的移动式刚性横梁6，载荷施加装置，两个力传感器7和与两力传感器相连的应变仪，反力刚架由两个刚架立柱10和固定横梁I组成，待测的试验柱安装于固定横梁I与移动式刚性横梁6之间，移动式刚性横梁6设置于两个刚架立柱10之间；试验柱4与其上端的固定横梁I之间以及试验柱4与其下端的移动式刚性横梁6之间均设置单向刀铰2和压力分布板3，压力分布板均与试验柱柱端端面接触；该试验装置还包括安装在试验柱的柱端处成对配制的紧箍件5，参见图2，该紧箍件由两个半圆形钢板5-1和螺栓5-2构成，两个半圆形钢板5-1的两端分别通过螺栓5-2进行紧固连接，实际制作时，可在半圆形钢板上开设若干带丝扣的小孔，同时在小孔上配合紧固螺栓。
[0033]载荷施加装置包括两个螺旋式千斤顶9和一个液压式千斤顶8，液压式千斤顶8设置于两个螺旋式千斤顶9之间。螺旋式千斤顶9为额定吨位为IOOOkN螺旋式机械千斤顶；液压式千斤顶8为额定吨位为5000kN液压式千斤顶，液压式千斤顶与装有高精度液压表的高压电动油泵连接。
[0034]移动式刚性横梁6为钢结构箱型截面梁，移动式刚性横梁6的长宽比为4，移动式刚性横梁6内设置有密集型加劲肋板，移动式刚性横梁6两端各设置四个小轮；刚架立柱10的内侧面设置可使小轮自由上下滚动的槽道。
[0035]该试验装置还包括用于保护试验柱的安全钢绳11。
[0036]本发明的实验装置在制作时，全面考虑到大吨位长柱试验机具有加载和测试方便且精度高的特点，但长时间稳压效果差，机器本身磨耗大，长时间持荷加压会减低机器的寿命；油压千近顶加载范围大，不需要像机械千斤顶那样需要人工摇压，但长时间内的稳压效果差，有渗油漏油现象；单台机械千斤顶由于大多靠人工操作，最大加载吨位偏小，满足不了足尺柱的量程要求，但长时间内的稳压效果极好。在综合考虑加载设备各自的优缺点后，并考虑安全因素和操作的方便性和可控性后，研发出了如图1所示的本发明的偏心受压柱非卸载加固试验装置，该装置各部分工作协调，能很好的满足量程范围、稳压效果、测量精度、安全性、可控性、易操作性等各方面的要求。通过该装置，可完成偏心受压的模型柱的科学试验和工程实际柱构件试验检测，为研究和分析提供大量宝贵可靠的测试数据。
[0037]本发明的试验装置在进行偏心受压柱非卸载加固试验时，通过柱上下端的单向刀铰施加给柱的竖向受压荷载，这个竖向荷载沿刀铰长度以线荷载形式分布，是一个相对于柱截面形心轴线有一定偏心距的偏压荷载。
[0038]试验方法:根据《建筑结构试验规程》的有关规定，在精准的长柱油压试验机上对本试验装置的液压式千斤顶及与之配套使用高压电动油泵进行标定，对置于两台螺旋式机械千斤顶上的力传感器及与之配套使用的应变仪进行标定；依次将3台千斤顶、上下移动式刚性横梁、柱上下端刀铰、压力分布板、试验柱按图1位置就位，上好紧箍件和安全钢绳，并进行各部分的几何对中。本发明的紧箍件通过拧紧紧箍件上的螺栓，使半圆形钢板对柱端表面产生局部水平压力，来达到提高柱端混凝土局部抗压强度的目的。在各部分就位、对中、校准等准备工作完成后，应检查安全钢绳是否处于非受力状态。通过观察与两力传感器相连的应变仪上的应变变化，指挥两操作员同时摇压两螺旋式千斤顶，使其对称均匀地顶推移动式横梁，从而对柱施加轴向荷载，当荷载值达到“第一阶段受荷”的设计荷载值(对应的应力水平指标为β)时，停止摇压。在第一阶段荷载值作用下的初期，钢筋混凝土柱将发生弹性压缩变形使柱实际压应力比会逐步低于β。故应在第I周内应观察应变仪上应变的变化，必要时适当作补压操作，当应变值不再下降或仅有几个微应变的变化，则说明已基本达到稳压水平。这一过程正是利用了机械千斤顶稳压效果好的特点。“第一阶段受荷”对应的荷载值一般不会超过加固柱的极限破坏荷载的60%，尽管人工操作的机械千斤顶具有额定吨位相对较小的特点，但装置中并列使用两台IOOOkN螺旋式机械千斤顶便可满足要求。对已稳定承受大小为N0的轴向荷载作用且完成了加固施工预处理了的试验柱进行加固施工，并养护或固结到相应的龄期。经过相应龄期的养护或固结，加固层本身的强度及其与原柱结合面的粘结强度达到设计要求后，开始启用高压油泵和位于移动式刚性横梁下部的5000kN油压千斤顶，并通过观察液压表读数对其加载速度及荷载等级进行操控，即实现和完成对加固柱的“第二阶段受荷”试验过程，直至试验柱达到最大承载力后破坏。在“第二阶段受荷”过程中，两机械式千斤顶逐渐退出工作，油压千斤顶逐步承受越来越大乃至全部的受压荷载(故各级荷载下的柱轴力应为三台千斤顶施加的轴向荷载之和)。加固柱达到最大承载力后，油压表指针开始回退，荷载值回退到最大承载力的80%后，停止实验，关闭液压设备并回油，试验结束。由于加固柱大多发生的是预兆明显的延性破坏，所以油压表指针回退缓慢，由于还有安全钢绳的防护，安全性得到了很好的保障。
[0039]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.偏心受压柱非卸载加固试验装置，包括反力刚架，可上下移动的移动式刚性横梁(6)，载荷施加装置，两个力传感器(7)和与两力传感器相连的应变仪，反力刚架由两个刚架立柱(10)和固定横梁(I)组成，待测的试验柱安装于固定横梁(I)与移动式刚性横梁(6)之间，其特征在于:所述移动式刚性横梁(6)设置于两个刚架立柱(10)之间；试验柱(4)与其上端的固定横梁(I)之间以及试验柱(4)与其下端的移动式刚性横梁(6)之间均设置单向刀铰(2)和压力分布板(3)，压力分布板均与试验柱柱端端面接触；所述试验装置还包括安装在试验柱的柱端处成对配制的紧箍件(5)，所述紧箍件由两个半圆形钢板(5-1)和螺栓(5-2)构成。
2.根据权利要求1所述的偏心受压柱非卸载加固试验装置，其特征在于:所述载荷施加装置包括两个螺旋式千斤顶(9 )和一个液压式千斤顶(8 )，液压式千斤顶(8 )设置于两个螺旋式千斤顶(9)之间。
3.根据权利要求1所述的偏心受压柱非卸载加固试验装置，其特征在于:所述移动式刚性横梁(6)为钢结构箱型截面梁，移动式刚性横梁(6)的长宽比为4，移动式刚性横梁(6)内设置有密集型加劲肋板，移动式刚性横梁(6)两端各设置四个小轮；所述刚架立柱(10)的内侧面设置可使小轮自由上下滚动的槽道。
4.根据权利要求1所述的偏心受压柱非卸载加固试验装置，其特征在于:所述螺旋式千斤顶(9)为额定吨位为IOOOkN螺旋式机械千斤顶；所述液压式千斤顶(8)为额定吨位为5000kN液压式千斤顶，液压式千斤顶与装有高精度液压表的高压电动油泵连接。
5.根据权利要求1所述的偏心受压柱非卸载加固试验装置，其特征在于:所述试验装置还包括用于保护试验柱的安全钢绳(11)。
【文档编号】G01N3/12GK103822832SQ201410076373
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】蒋隆敏, 施棉军 申请人:湖南工业大学