界面动态力学行为的测试装置及制作和测试方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103969181 A (43)申请公布日 2014.08.06 CN 103969181 A (21)申请号 201410162601.2 (22)申请日 2014.04.22 G01N 19/04(2006.01) (71)申请人 河海大学 地址 211100 江苏省南京市江宁开发区佛城 西路 8 号 申请人 南京博德工程技术有限公司 (72)发明人 沈德建 汤枭剑 刘琳 申嘉鑫 陈莹 成大宝 陈年和 邓树成 王涛 金秋蓉 陈欣 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 张惠忠 (54) 发明名称 界面动态力学行为的测试装置及制作和。

2、测试 方法 (57) 摘要 界面动态力学行为的测试装置及制作方法， 属于混凝土建筑领域， 本装置包括外框架、 加载装 置、 防偏心装置、 动作执行装置和数据采集装置， 伸缩作动器通过设有伺服阀的进油管和出油管连 接液压油源， 伸缩作动器内置位移传感器， 位移传 感器通过传动轴连接荷载传感器， 荷载传感器通 过万向铰、 传力杆、 平面滚针轴承和玄武岩纤维布 悬挂着混凝土试样， 混凝土试样通过底部外露的 钢筋固定在液压夹头中。动态信号测试仪连接应 变片和荷载传感器， 控制器连接伺服阀、 位移传感 器和荷载传感器， 动态信号测试仪和控制器连接 计算机。 在钢模板的模板孔中插入钢筋， 浇筑混凝 土形成。

3、混凝土试样， 粘贴玄武岩纤维布和应变片。 本发明测试精确， 制作简单。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103969181 A CN 103969181 A 1/2 页 2 1. 界面动态力学行为的测试装置， 其特征是包括外框架 (1)、 加载装置 (2)、 防偏心装 置 (3)、 动作执行装置 (4)、 数据采集装置 (5) ； 所述外框架 (1) 包括顶梁板 (1-1)、 底梁板 (1-3) 和两个侧梁板 (1-2)， 两个侧。

4、梁板 (1-2)的顶端分别与顶梁板(1-1)的一组相对端固定， 两个侧梁板(1-2)的底端均固定在底 梁板 (1-3) 上， 顶梁板 (1-1)、 底梁板 (1-3) 和侧梁板 (1-2) 构成前后贯通的矩形框架 ； 所述加载装置 (2) 包括固定在顶梁板 (1-1) 下表面的伸缩作动器 (2-1)， 伸缩作动器 (2-1)内置有位移传感器(2-2)， 伸缩作动器(2-1)的下方通过驱动轴(2-4) 连接设置荷载 传感器 (2-3)， 液压油源 (2-5) 通过进油管 (2-6) 和出油管 (2-7) 与伸缩作动器 (2-1) 连 接， 进油管(2-6)和出油管(2-7)上设有伺服阀(2-8)。

5、,控制器 （2-9） 通过数据传输线 （5-3） 连接荷载传感器 (2-3)、 位移传感器 (2-2) 和伺服阀 (2-8) ； 所述防偏心装置 (3) 包括连接在荷载传感器 (2-3) 下方的万向铰 (3-1)， 万向铰 (3-1) 通过传力杆(3-2)连接平面滚针轴承(3-3)， 平面滚针轴承(3-3)位于荷载传感器(2-3)的 垂直下方， 传力杆 (3-2) 为四根直钢管依次垂直相连焊接而成， 呈钩子形状， 下面的一根水 平直钢管贯穿在平面滚针轴承 (3-3) 中 ； 所述动作执行装置 （4） 包括矩形柱体形状的混凝土试样 （4-1） 和玄武岩纤维布 （4-2） ， 混凝土试样 （4-1。

6、） 中间贯穿一根钢筋 （4-3） ， 钢筋 （4-3） 的长度大于混凝土试样 （4-1） 的 高度， 外露在混凝土试样 （4-1） 底部的钢筋 （4-3） 夹紧固定在液压夹头 （4-4） 内， 液压夹头 （4-4） 固定在底梁 （1-3） 上表面， 玄武岩纤维布 （4-2） 弯曲成倒立的 “U” 字形状， 玄武岩纤 维布 （4-2） 的顶部包围在平面滚针轴承 （3-3） 上， 玄武岩纤维布 （4-2） 的顶部以下部分对 称粘附在混凝土试样 （4-1） 的前后表面， 玄武岩纤维布 （4-2） 的外侧表面上粘附有应变片 （4-5） ； 所述数据采集装置 （5）包括与计算机 （5-1）连接的动态信号。

7、测试仪 （5-2） ， 应变片 （4-5） 和荷载传感器 (2-3) 分别通过数据传输线 （5-3） 连接动态信号测试仪 （5-2） 。 2. 根据权利要求 1 所述的动态力学行为的测试装置， 其特征是所述底梁板 (1-3) 的长 度和宽度不小于顶梁板 (1-1) 的长度和宽度。 3. 根据权利要求 1 所述的玄武岩纤维与混凝土界面动态力学行为的测试装置， 其特征 是所述钢筋 （4-3） 的顶端不低于混凝土试样 （4-1） 的上表面。 4. 如以上任一权利要求所述的界面动态力学行为的测试装置的制作方法， 其特征是包 括以下步骤 ： （1） 取顶梁板 (1-1)、 底梁板 (1-3) 和侧梁板 。

8、(1-2)， 制成外框架 （1） ； （2） 取内置有位移传感器 (2-2) 的伸缩作动器 (2-1)， 安装固定在顶梁板 (1-1) 下表 面， 伸缩作动器 (2-1) 通过驱动轴 (2-4) 连接着荷载传感器 (2-3)， 在荷载传感器 (2-3) 下 面连接万向铰 (3-1) 和传力杆 (3-2) ； （3） 将伸缩作动器 (2-1) 用进油管 (2-6) 和出油管 (2-7) 连接液压油源 (2-5)， 在进油 管 (2-6) 和出油管 (2-7) 上安装伺服阀 (2-8) ； （4） 制作棱柱体形状的钢模板 （6） ， 在钢模板 （6） 的两端中心打模板孔 （7） ， 两个模板孔 （。

9、7） 位于同一水平线上， 取一根钢筋 （4-3） ， 将钢筋 （4-3） 穿过两个模板孔 （7） ， 钢筋 （4-3） 一 端稍微伸出钢模板 （6） ， 另一端伸出钢模板 （6） 较长， 向钢模板 （6） 中浇筑满混凝土， 混凝土 在钢模板 （6） 中养护一段时间后， 拆除钢模板 （6） ， 得到混凝土试样 （4-1） ； 权 利 要 求 书 CN 103969181 A 2 2/2 页 3 （5） 取一片玄武岩纤维布 （4-2） ， 弯折成 “U” 字形状， 玄武岩纤维布 （4-2） 的两端内侧分 别粘贴在混凝土试样 （4-1） 的一组相对边上， 玄武岩纤维布 （4-2） 的中间圆弧拱起 ；。

10、 （6） 调节伸缩作动器 （2-1） 的高度， 平面滚针轴承 （3-3） 从玄武岩纤维布 （4-2） 的中间 圆弧拱起部分穿过， 混凝土试样 （4-1） 通过玄武岩纤维布 （4-2） 悬挂在平面滚针轴承 （3-3） 下面， 混凝土试样 （4-1） 自然下垂， 混凝土试样 （4-1） 底部的钢筋 （4-3） 固定夹紧在液压夹 头 （4-4） 中， 液压夹头 （4-4） 固定在底梁板 （1-3） 的上表面。 5.（7） 取动态信号测试仪 （5-2） ， 将其与应变片 （4-5） 和荷载传感器 （2-3） 连接， 取控 制器 （2-9） ， 将其与荷载传感器 （2-3） 、 位移传感器 （2-2） 。

11、和伺服阀 （2-8） 连接， 动态信号测 试仪 （5-2） 和控制器 （2-9） 分别与计算机 （5-1） 连接， 计算机 （5-1） 内设置有数据处理系统。 6. 根据权利要求 4 所述的动态力学行为的测试装置的制作方法， 其特征是所述步骤 （4） 中混凝土在钢模板 （6） 中养护时间为至少 7 天。 7. 一种应用权利要求 1 所述的动态力学行为的测试装置的测试方法， 其特征是包括以 下步骤 ： 第一步， 安装混凝土试件， 调节伸缩作动器高度， 将混凝土试件上的玄武岩纤维布悬挂 在平面滚针轴承上， 混凝土试件在重力作用下自然下垂， 下部外露的钢筋通过液压夹头夹 紧 ； 第二步， 测试， 根。

12、据试验要求， 在计算机上编制控制程序， 由控制器 (2-9) 通过伺服阀 控制伸缩作动器， 向玄武岩纤维布施加拉力， 荷载作用下防偏心装置自动调整偏心距并对 中 ； 第三步， 采集信号， 荷载传感器与应变片在作动器对纤维布施加拉力作用下测得数据， 将数据通过数据传输线 （5-3） 传输至动态信号测试仪， 计算机读取动态信号测试仪的数据 并进行处理， 可以得到荷载随时间的变化曲线， 以及纤维布不同位置处应变的变化趋势。 权 利 要 求 书 CN 103969181 A 3 1/4 页 4 界面动态力学行为的测试装置及制作和测试方法 技术领域 0001 本发明涉及界面动态力学行为的测试装置及制作和。

13、测试方法， 具体涉及玄武岩纤 维与混凝土界面动态力学行为的测试装置及制作和测试方法， 属于混凝土建筑领域。 背景技术 0002 在土木工程领域中， 玄武岩纤维加固技术是一种新型的混凝土结构加固修复技 术。研究表明 , 纤维材料加固混凝土构件的破坏形式往往不是纤维拉断， 而是纤维材料与 混凝土界面强度不足导致剥离破坏， 这种界面剥离现象在对混凝土梁进行抗剪加固时尤其 明显。因此纤维材料与混凝土界面性能研究是很有意义的。 0003 目前研究纤维材料与混凝土的界面性能多采用双剪试验。 然而传统的测试装置复 杂， 耗材量大， 且无法保证纤维布均匀受力。尤其由于玄武岩纤维弹性模量小， 传统的测试 方法在。

14、加载过程中容易产生偏心距导致试件受扭， 直接影响试验结果。 发明内容 0004 为了解决上述存在的问题， 本发明公开了一种界面动态力学行为的测试装置及制 作方法， 本装置结构较传统测试装置简单， 测试过程简便， 测试结果可靠， 本装置的制作方 法也相对简单， 通过更换混凝土试样， 完成多组试验测试。 0005 界面动态力学行为的测试装置， 包括外框架、 加载装置、 防偏心装置、 动作执行装 置、 数据采集装置 ； 所述外框架包括顶梁板、 底梁板和两个侧梁板， 两个侧梁板的顶端分别与顶梁板的一 组相对端固定， 两个侧梁板的底端均固定在底梁板上， 顶梁板、 底梁板和侧梁板构成前后贯 通的矩形框架 。

15、； 所述加载装置包括固定在顶梁板下表面的伸缩作动器， 伸缩作动器内置有位移传感 器， 伸缩作动器的下方通过驱动轴设置荷载传感器， 液压油源通过进油管和出油管与伸缩 作动器连接， 进油管和出油管上设有伺服阀 , 控制器通过数据传输线连接荷载传感器、 位 移传感器和伺服阀 ； 所述防偏心装置包括连接在荷载传感器下方的万向铰， 万向铰通过传力杆连接平面滚 针轴承， 平面滚针轴承位于荷载传感器的垂直下方， 传力杆为四根直钢管依次垂直相连焊 接而成， 呈钩子形状， 下面的一根水平直钢管贯穿在平面滚针轴承中 ； 所述动作执行装置包括矩形柱体形状的混凝土试样和玄武岩纤维布， 混凝土试样中间 贯穿一根钢筋， 。

16、钢筋的长度大于混凝土试样的高度， 钢筋的底端从混凝土试样的底部延伸 出来， 钢筋的底端夹紧固定在液压夹头内， 液压夹头固定在底梁上表面， 玄武岩纤维布弯曲 成倒立的 “U” 字形状， 玄武岩纤维布的顶部包围在平面滚针轴承上， 玄武岩纤维布的顶部以 下部分对称粘附在混凝土试样的前后表面， 玄武岩纤维布的外侧表面上粘附有应变片 ； 所述数据采集装置包括分别与计算机连接的动态信号测试仪和控制器， 应变片和荷载 传感器分别通过数据传输线连接动态信号测试仪， 荷载传感器、 位移传感器和伺服阀分别 说 明 书 CN 103969181 A 4 2/4 页 5 通过数据传输线连接控制器。 0006 所述底梁。

17、板的长度和宽度不小于顶梁板的长度和宽度。 0007 所述钢筋的顶端不低于混凝土试样的上表面。 0008 动态力学行为的测试装置的制作方法， 包括以下步骤 ： （1） 取顶梁板、 底梁板和两个等大的侧梁板， 两个侧梁板的一端平行拼接固定在顶梁板 的两端， 侧梁板的另一端分别固定在底梁板上， 制成外框架 ； （2） 取内置有位移传感器的伸缩作动器， 安装固定在顶梁板下表面， 伸缩作动器通过驱 动轴连接着荷载传感器， 在荷载传感器下面连接万向铰和传力杆 ； （3） 将伸缩作动器用进油管和出油管连接液压油源， 进油管和出油管上安装伺服阀 ； （4） 制作棱柱体形状的钢模板， 在钢模板的两端中心打模板孔。

18、， 两个模板孔位于同一水 平线上， 取一根钢筋， 将钢筋穿过两个模板孔， 钢筋一端稍微伸出钢模板， 另一端伸出钢模 板较长， 向钢模板中浇筑满混凝土， 混凝土在钢模板中养护一段时间后， 拆除钢模板， 得到 混凝土试样 ； （5） 取一片玄武岩纤维布， 弯折成 “U” 字形状， 玄武岩纤维布的两端内侧分别粘贴在混 凝土试样的一组相对边上， 玄武岩纤维布的中间圆弧拱起 ； （6） 调节伸缩作动器的高度， 平面滚针轴承从玄武岩纤维布的中间圆弧拱起部分穿过， 混凝土试样通过玄武岩纤维布悬挂在平面滚针轴承下面， 混凝土试样自然下垂， 混凝土试 样底部的钢筋固定夹紧在液压夹头中， 液压教头固定在底梁板的上。

19、表面。 0009 （7） 取动态信号测试仪， 将其与应变片和荷载传感器连接， 取控制器， 将其与荷载 传感器、 位移传感器和伺服阀连接， 动态信号测试仪和控制器分别与计算机连接， 计算机内 设置有数据处理系统。 0010 所述步骤 （4） 中混凝土在钢模板中养护时间为至少 7 天。 0011 本发明装置的测试方法为 ： 第一步， 安装混凝土试件， 调节伸缩作动器高度， 将混凝土试件上的玄武岩纤维布悬挂 在平面滚针轴承上， 混凝土试件在重力作用下自然下垂， 下部外露的钢筋通过液压夹头夹 紧 ； 第二步， 测试， 根据试验要求， 在计算机上编制控制程序， 由控制器 2-9 通过伺服阀 控制伸缩作动。

20、器， 向玄武岩纤维布施加拉力， 荷载作用下防偏心装置自动调整偏心距并对 中 ； 第三步， 采集信号， 荷载传感器与应变片在作动器对纤维布施加拉力作用下测得数据， 将数据通过数据传输线 5-3 传输至动态信号测试仪， 计算机读取动态信号测试仪的数据并 进行处理， 可以得到荷载随时间的变化曲线， 以及纤维布不同位置处应变的变化趋势。 0012 本发明， 防偏心装置通过万向铰转动和传力杆， 根据能量最小原理可以在加载时 候自动对中， 而轴承可以消除摩擦力从而消除纤维布加载时候受力不均匀， 提高测试的准 确性。在加载装置中， 控制器通过伺服阀控制伸缩作动器， 可实现不同速率的动态加载， 范 围为 0m。

21、m/s1000mm/s， 可完成位移或荷载控制下的等幅和变幅循环加载以及冲击加载试 验。 本发明装置较传统的测试装置， 能实现玄武岩纤维与混凝土界面动态力学行为测试， 具 有显著的进步。 说 明 书 CN 103969181 A 5 3/4 页 6 附图说明 0013 图 1 是本发明装置的结构示意图， 图 2 是图 1 中的 B 向局部示意图， 图 3 是本发明钢模板的结构示意图， 图 4 是图 3 的 A-A 向截面视图， 图 5 是钢筋和钢模板的固定连接状态图， 图 6 是混凝土试样和玄武岩纤维布的连接状态图， 附图标记列表 ： 1外框架， 1-1顶梁板， 1-2侧梁板， 1-3底梁板，。

22、 2加载装置， 2-1伸缩作动器， 2-2位移传感器， 2-3荷载传感器， 2-4驱动轴， 2-5液压油源， 2-6进油管， 2-7出油管， 2-8伺服阀， 2-9控制器， 3防偏心装置， 3-1万向铰， 3-2传力杆， 3-3平面滚针轴承， 4动作执行装置， 4-1混凝土试样， 4-2玄武岩纤维 布， 4-3钢筋， 4-4液压夹头， 4-5应变片， 5数据采集装置， 5-1计算机， 5-2动态 信号测试仪， 5-3数据传输线， 6钢模板， 7模板孔， 8连接螺栓。 具体实施方式 0014 下面结合附图和具体实施方式， 进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅 用于说明本发明而不用于限制本发。

23、明的范围。 0015 图 1 是本发明装置的结构示意图， 由图可见， 主要包括外框架 1、 加载装置 2、 防偏 心装置 3、 动作执行装置 4 和数据采集装置 5。外框架 1 由顶梁板 1-1、 侧梁板 1-2 和底梁 板 1-3 固定连接构成， 顶梁板 1-1 的下表面固定有伸缩作动器 2-1， 伸缩作动器 2-1 内置有 位移传感器 2-2， 伸缩作动器 2-1 的下面通过驱动轴 2-4 连接荷载传感器 2-3， 荷载传感器 2-3 通过数据传输线 5-3 分别连接到控制器 2-9 和动态测试仪 5-2， 载荷传感器 2-3 下面通 过万向铰 3-1 和传力杆 3-2 连接平面滚针轴承 。

24、3-3， 万向铰 3-1、 传力杆 3-2 和平面滚针轴 承 3-3 在最小能量原理作用下， 使通过玄武岩纤维布 4-2 挂在平面滚针轴承 3-3 下面的混 凝土试件 4-1 自动调整偏心距并对中， 混凝土试样 4-1 通过贯穿其中心线的钢筋 4-3 下端 固定在液压夹头 4-4 中固定不动。动态信号测试仪 5-2 连接采集粘贴在玄武岩纤维布 4-2 上的应变片 4-5 的应变信号。伸缩作动器 2-1 通过进油管 2-6 和出油管 2-7 连接着液压油 源2-5， 进油管2-6和出油管2-7上设有伺服阀2-8， 伺服阀2-8和位移传感器2-2通过数据 传输线 5-3 连接控制器 2-9， 控制。

25、器 2-9 和动态信号测试仪 5-2 连接到同一台计算机 5-1。 0016 结合图 2 可见， 玄武岩纤维布 4-2 对称粘贴在混凝土试样 4-1 的两侧， 玄武岩纤维 布 4-2 的中间挂在平面滚针轴承 3-3 上。 0017 图 3 为本发明装置制作过程中， 步骤 （4） 中制作的钢模板 6， 钢模板 6 的四个拐角 分别用连接螺栓 8 固定连接。图 4 是图 3 中的 A-A 向截面视图， 结合图 4 可见， 钢模板 6 的 一组相对面上设有位于同样水平高度的模板孔7， 图5为在模板孔7中穿上钢筋4-3， 在图5 装置中浇筑混凝土， 养护至少 7 天后， 拆除钢模板 6， 如图 6， 。

26、在混凝土试样 4-1 粘贴上玄武 岩纤维布 4-2， 并在玄武岩纤维布 4-2 上贴上应变片 4-5。 0018 本发明装置的测试方法为 ： 第一步， 安装混凝土试件， 调节伸缩作动器高度， 将混凝土试件上的玄武岩纤维布悬挂 在平面滚针轴承上， 混凝土试件在重力作用下自然下垂， 下部外露的钢筋通过液压夹头夹 说 明 书 CN 103969181 A 6 4/4 页 7 紧 ； 第二步， 测试， 根据试验要求， 在计算机上编制控制程序， 由控制器 2-9 通过伺服阀 控制伸缩作动器， 向玄武岩纤维布施加拉力， 荷载作用下防偏心装置自动调整偏心距并对 中 ； 第三步， 采集信号， 荷载传感器与应变。

27、片在作动器对纤维布施加拉力作用下测得数据， 将数据通过数据传输线 5-3 传输至动态信号测试仪， 计算机读取动态信号测试仪的数据并 进行处理， 可以得到荷载随时间的变化曲线， 以及纤维布不同位置处应变的变化趋势。 0019 当混凝土试样 4-1 测试完成后， 更换如图 6 所示的粘贴着玄武岩纤维布 4-2 和应 变片 4-5 的混凝土试样 4-1， 将混凝土试样 4-1 通过玄武岩纤维布 4-2 挂在平面滚针轴承 3-3 上， 再次进行测试， 依次使用。 0020 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段， 还包括 由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。 说 明 书 CN 103969181 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103969181 A 8 2/2 页 9 图 6 说 明 书 附 图 CN 103969181 A 9 。