擺錘式抗剪沖擊試驗機及試驗方法
【專利摘要】一種擺錘式抗剪沖擊試驗機及試驗方法，屬于混凝土材料測試【技術領域】，是涉及一種擺錘式抗剪沖擊試驗機及試驗方法。本發明使抗剪沖擊試驗結果精確、適用范圍廣泛、便于攜帶，并能夠避免操作人員發生危險。本發明試驗機包括工作軸、底座、支座、連接架、擺錘、擺桿、刻度盤及指針；本發明的試驗方法包括如下步驟：測得試件抗壓強度；將試件水平放置在支座上，記錄下指針在刻度盤上的初始刻度值；使試件的正面受到擺錘刀抗剪沖擊；記錄指針在刻度盤上的結束刻度值，得出初始、結束刻度值之差；測得抗剪沖擊力－位移曲線，以便得到試件的抗剪沖擊功；并將得到試件的抗剪沖擊功與初始、結束刻度值之差相對應。
【專利說明】擺錘式抗剪沖擊試驗機及試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于混凝土材料測試【技術領域】，是涉及一種擺錘式抗剪沖擊試驗機及試驗方法。
【背景技術】
[0002]纖維混凝土與普通混凝土相比，其抗拉、彎拉強度(又稱抗彎、抗折強度)、抗剪強度明顯提高，韌性也有明顯改善。近年來，國內外針對纖維混凝土的研究不斷深入，纖維混凝土的應用也越來越廣泛。建筑梁柱板、橋梁、路面、預制樁構建端部等結構物多承受抗剪沖擊作用，并且有相當部分屬于彎剪沖擊，因此研究纖維混凝土的抗剪沖擊性能具有十分重要的現實意義。
[0003]針對纖維混凝土抗剪沖擊性能進行試驗研究，國內外學者采用的試驗裝置一般為美國混凝土協會(ACI) 544委員會推薦的落錘試驗裝置，或為在落錘試驗裝置基礎上改進的落錘裝置，主要用于研究纖維混凝土抗壓性能的沖擊試驗。而在建筑、橋梁結構中，許多梁式構件必須承受引起彎剪應力的沖擊荷載，抗彎剪沖擊性能是評價混凝土材料性能的重要指標。但由于目前尚缺乏測試抗剪沖擊性能的標準試驗裝置，設計人員依然無法將抗剪沖擊性能作為一個設計參數。盡管申請號為102680334A的中國專利“磁性開關控制落錘式抗彎沖擊試驗臺”在2012年問世，實現了多次落錘抗彎沖擊試驗，但由于重復操作，費時費力，一定程度上影響了測試精度。現有的沖擊錘式抗彎剪沖擊試驗裝置存在一些不足:對沖擊錘采取手動定位，沖擊高度及沖擊錘落點易產生誤差、還存在能量損失的情況；沒有采用擺錘式傳力裝置，易造成應力集中，無法確保試驗結果的準確性。
【發明內容】
[0004]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種擺錘式抗剪沖擊試驗機及試驗方法，使抗剪沖擊試驗結果精確、適用范圍廣泛、便于攜帶，并能夠避免操作人員發生危險，操作簡單，尤其適用于國內不同建筑工地的抗剪沖擊試驗臺，從而解決了沖擊錘手動定位易產生誤差及易造成應力集中等問題。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種擺錘式抗剪沖擊試驗機，包括工作軸、底座、支座、連接架、擺錘、擺桿、刻度盤及指針，在底座上固定有連接架和支座，在連接架上固定有工作軸，在工作軸上設置有擺桿，擺桿與擺錘相連接；在擺錘上固定有擺錘刀，在連接架上固定有刻度盤，在工作軸上設置有指針，在擺桿與指針之間設置有推動件；在連接架上設置有鎖定機構，擺桿通過鎖定機構鎖定在連接架上，擺桿此時的位置為預揚位置。
[0006]所述擺桿與工作軸相互垂直設置，指針與工作軸相互垂直設置。
[0007]所述刻度盤的圓心與工作軸的軸心相重合。
[0008]所述擺桿的內端為環形，套裝在工作軸上。
[0009]所述指針的內端為環形，套裝在工作軸上、位于擺桿與刻度盤之間。
[0010]所述推動件為銷釘，銷釘固定在擺桿上，且穿過指針的轉動平面。
[0011]所述鎖定機構由自鎖臂和掛桿組成，自鎖臂斜向上方固定在連接架上，在自鎖臂的外端設置有通孔，掛桿的一端設置在通孔內，另一端托起擺桿，此時擺桿的位置為預揚位置。
[0012]所述刻度盤靠近擺桿的預揚位置的一端為零，刻度盤遠離擺桿預揚位置的一端為最大刻度值。
[0013]在所述擺桿兩側的工作軸上設置有圓螺母，以便限制擺桿做軸向移動。
[0014]在所述指針兩側的工作軸上設置有圓螺母，以便限制指針做軸向移動。
[0015]采用所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機的試驗方法，包括如下步驟:
[0016]步驟一:測得試件抗壓強度；
[0017]步驟二:將試件水平放置在支座上，使試件背面緊靠支座，試件正面與擺錘的擺動方向相對應，受擺錘刀抗剪沖擊；
[0018]步驟三:將擺桿通過鎖定機構鎖定；
[0019]步驟四:將指針撥到刻度盤的遠離擺桿預揚位置的一端，并記錄下指針在刻度盤上的初始刻度值；
[0020]步驟五:解鎖鎖定機構、擺桿受重力作用帶動擺錘刀以工作軸為圓心轉動下落，使試件的正面受到擺錘刀抗剪沖擊；
[0021]步驟六:待擺錘刀沖擊試件的正面并上揚至最高點后，記錄擺錘刀沖擊試件后上揚到最高位置時的指針在刻度盤上的結束刻度值；
[0022]步驟七:計算初始、結束刻度值之差；
[0023]步驟八:測得試件的抗剪沖擊力一位移曲線，以便得到試件的抗剪沖擊功；并將得到的試件的抗剪沖擊功與初始、結束刻度值之差相對應；
[0024]步驟九:重復步驟一?步驟八；得到至少三個試件的抗剪沖擊功及與其對應的初始、結束刻度值之差，并分別求出二者的平均值。
[0025]本發明的有益效果:
[0026]本發明解決了試件在沖擊試驗中的各種瞬態物理力學指標與參數，以及破壞失穩的演化過程，提高了試驗測試精度和效率，既可用于試驗室內的試驗研究，也可用于現場進行抗剪沖擊性能的測試評價。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的擺錘式抗剪沖擊試驗機的結構示意圖；
[0028]圖2為圖1拆除擺桿、擺錘、擺錘刀、刻度盤及指針后的俯視圖；
[0029]圖中，I—工作軸，2—底座，3—連接架，4—擺桿，5—擺錘，6—支座，7—擺錘刀，8—刻度盤，9—指針，10—推動件，11—鎖定機構，12—自鎖臂，13—掛桿。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0031]如圖1、圖2所示，一種擺錘式抗剪沖擊試驗機，包括工作軸1、底座2、支座6、連接架3、擺錘5、擺桿4、刻度盤8及指針9，在底座2的頂部固定有連接架3和支座6，支座6固定在連接架3的前方，在連接架3的上部固定有工作軸1，在工作軸I上設置有擺桿4的內端，擺桿4能夠以工作軸I為圓心轉動，擺桿4的外端與擺錘5相連接；在擺錘5上固定有擺錘刀7，在工作軸I的后方的連接架3上固定有刻度盤8，在工作軸I上設置有指針9，指針9能夠以工作軸I為圓心轉動，在擺桿4與指針9之間設置有推動件10，以便擺桿4在重力作用下下降、上揚過程中推動指針9以工作軸I為圓心轉動，且在擺桿4上揚后回落時離開指針9，在連接架3上設置有鎖定機構11，擺桿4通過鎖定機構11鎖定在連接架3上，擺桿4此時的位置為預揚位置。
[0032]所述連接架3與工作軸I通過法蘭盤固定連接。
[0033]所述擺桿4與工作軸I相互垂直，指針9與工作軸I相互垂直設置。
[0034]所述刻度盤8的圓心與工作軸I的軸心相重合。
[0035]所述擺桿4的內端為環形，套裝在工作軸I上。
[0036]所述指針9的內端為環形，套裝在工作軸I上、位于擺桿4與刻度盤8之間。
[0037]所述推動件10為銷釘，銷釘固定在擺桿4的內端，銷釘的底端穿過指針9的轉動平面，當擺桿4在重力作用下下降、上揚過程中，銷釘推動指針9以工作軸I為圓心轉動，在擺桿4上揚后回落時銷釘離開指針9。
[0038]所述鎖定機構11由自鎖臂12和掛桿13組成，自鎖臂12斜向右方固定在連接架3上，與豎直方向的夾角為150°，在自鎖臂12的外端設置有通孔，掛桿13的一端設置在通孔內，另一端托起擺桿4，此時擺桿4的位置為預揚位置。
[0039]所述刻度盤9的右端刻度為零，左端刻度為最大刻度值；通過抽出擺桿4下方的掛桿13使擺桿4在重力作用下下降、上揚，且擺桿4上揚至最高點時，推動指針9在刻度盤8上由零轉至最大刻度值。
[0040]在所述擺桿4兩側的工作軸I上設置有圓螺母，以便限制擺桿4做軸向移動。
[0041]在所述指針9兩側的工作軸I上設置有圓螺母，以便限制指針9做軸向移動。
[0042]采用所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機的試驗方法，具體包括如下步驟:
[0043]步驟一:測得試件抗壓強度；
[0044]方法A:確定試件的長度的三等分處(試件上下面、正背面的三等分處)，采用非金屬超聲波儀對三等分處分別進行透射，檢測質量，并采用回彈儀對三等分點進行附測，檢測回彈模量，通過測得的質量與回彈模量得到試件的抗壓強度；
[0045]方法B:采用抗折、抗壓伺服試驗機直接測得試件的強度；
[0046]步驟二:將試件水平放置在本發明的支座6上，使試件背面緊靠支座6，試件正面與擺錘5的擺動方向相對應,受擺錘刀7抗剪沖擊；
[0047]試件材質:纖維混凝土 ；
[0048]試件參數:長度為160 ±0.5mm,寬度為40 ±0.2mm,高度為40 ±0.2mm ；
[0049]步驟三:將擺桿4放置在鎖定機構11的掛桿13上，此時擺桿4的位置為預揚位置；
[0050]步驟四:將指針9撥到刻度盤8的最大刻度值處(最左端);
[0051]步驟五:抽出擺桿4下方的掛桿13，擺桿4受重力作用帶動擺錘刀7以工作軸I為圓心轉動下落，使試件的正面受到擺錘刀7抗剪沖擊；
[0052]步驟六:待擺錘刀7沖擊試件的正面并上揚至最高點后，回擺擺桿4至預揚位置，并通過鎖定機構11進行鎖定；
[0053]步驟七:記錄擺錘刀7沖擊試件后上揚到最高位置時的指針9在刻度盤8上的刻度值，此刻度值代表了試件的抗剪沖擊功；
[0054]步驟八:通過振動信號采集測試儀器(型號為Vib-SYS)對試件的長度的三等分處(試件上下面、正背面的三等分處)進行測試，得到抗剪沖擊力一位移曲線，以便得到試件的抗剪沖擊功；并將得到的試件的抗剪沖擊功與步驟七中得到的刻度值相對應；
[0055]步驟九:重復步驟一?步驟八；得到三個試件的抗剪沖擊功及與其對應的刻度盤8的刻度值，并分別求出二者的平均值；
[0056]步驟十:將高速數字影像機的鏡頭對準試件正面的上、下偏角25°位置處，錄制試件在擺錘刀7沖擊過程中的數字影像，得到與抗剪沖擊力一位移曲線對應的試件的破壞情況；
[0057]步驟十一:得到與抗剪沖擊力一位移曲線對應的沖擊能量值:
[0058]方法A:將振動信號采集測試儀器(型號為Vib-SYS)的測試探頭設置在試件的前后兩端面(尺寸均為40X40mm)的中心點，測試探頭與試件緊密接觸，記錄試件在擺錘刀7抗剪沖擊過程中的瞬態沖擊能量變化曲線，得到與抗剪沖擊力一位移曲線對應的沖擊能量值；
[0059]方法B:將微地震監測系統(型號為PS-10X-DXP)的測試探頭設置在試件前后兩端面(尺寸均為40X40mm)的中心點，測試探頭與試件緊密接觸，記錄試件在擺錘刀7沖擊過程中瞬態沖擊AE (聲發射)點能量變化曲線，得到與抗剪沖擊力一位移曲線對應的沖擊能量值；
[0060]步驟十二:采用電子體視顯微鏡(型號為ZYT-900)對試件在擺錘刀7沖擊后的破裂面進行觀測，試件材料對沖擊試驗造成的破損非常敏感，因此沖擊試驗用來評定試件材料在一次沖擊載荷下的破損敏感性，得到沖擊功對試件材料的宏觀與電子體視顯微鏡下破損的差異，以便控制和穩定材料質量。
【權利要求】
1.一種擺錘式抗剪沖擊試驗機，其特征在于包括工作軸、底座、支座、連接架、擺錘、擺桿、刻度盤及指針，在底座上固定有連接架和支座，在連接架上固定有工作軸，在工作軸上設置有擺桿，擺桿與擺錘相連接；在擺錘上固定有擺錘刀，在連接架上固定有刻度盤，在工作軸上設置有指針，在擺桿與指針之間設置有推動件；在連接架上設置有鎖定機構，擺桿通過鎖定機構鎖定在連接架上，擺桿此時的位置為預揚位置。
2.根據權利要求1所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機，其特征在于所述擺桿與工作軸相互垂直設置，指針與工作軸相互垂直設置。
3.根據權利要求1所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機，其特征在于所述刻度盤的圓心與工作軸的軸心相重合。
4.根據權利要求1所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機，其特征在于所述擺桿的內端為環形，套裝在工作軸上。
5.根據權利要求1所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機，其特征在于所述指針的內端為環形，套裝在工作軸上、位于擺桿與刻度盤之間。
6.根據權利要求1所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機，其特征在于所述推動件為銷釘，銷釘固定在擺桿上，且穿過指針的轉動平面。
7.根據權利要求1所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機，其特征在于所述鎖定機構由自鎖臂和掛桿組成，自鎖臂斜向上方固定在連接架上，在自鎖臂的外端設置有通孔，掛桿的一端設置在通孔內，另一端托起擺桿，此時擺桿的位置為預揚位置。
8.根據權利要求1所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機，其特征在于所述刻度盤靠近擺桿的預揚位置的一端為零，刻度盤遠離擺桿預揚位置的一端為最大刻度值。
9.采用權利要求1所述的擺錘式抗剪沖擊試驗機的試驗方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:測得試件抗壓強度； 步驟二:將試件水平放置在支座上，使試件背面緊靠支座，試件正面與擺錘的擺動方向相對應，受擺錘刀抗剪沖擊； 步驟三:將擺桿通過鎖定機構鎖定； 步驟四:將指針撥到刻度盤的遠離擺桿預揚位置的一端，并記錄下指針在刻度盤上的初始刻度值； 步驟五:解鎖鎖定機構、擺桿受重力作用帶動擺錘刀以工作軸為圓心轉動下落，使試件的正面受到擺錘刀抗剪沖擊； 步驟六:待擺錘刀沖擊試件的正面并上揚至最高點后，記錄擺錘刀沖擊試件后上揚到最高位置時的指針在刻度盤上的結束刻度值； 步驟七:計算初始、結束刻度值之差； 步驟八:測得試件的抗剪沖擊力一位移曲線，以便得到試件的抗剪沖擊功；并將得到的試件的抗剪沖擊功與初始、結束刻度值之差相對應； 步驟九:重復步驟一?步驟八；得到至少三個試件的抗剪沖擊功及與其對應的初始、結束刻度值之差，并分別求出二者的平均值。
【文檔編號】G01N3/30GK104048885SQ201410294278
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】芮勇勤, 張宏, 肖讓, 王成, 王榮, 楊保存, 李獻燦 申請人:東北大學