专利名称：基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置的制作方法
技术领域：
本发明属土木工程领域，具体涉及一种可以给受弯构件施加持续荷载的试验装置，为研究受弯构件在不同环境与荷载耦合作用下的耐久性能提供了可行的加载工具。
背景技术：
受弯构件持续加载装置的开发有助于以下两类试验的进行一是受弯构件长期性能试验；二是荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验。受弯构件的长期性能试验常用加载方式有堆载法、杠杆法、千斤顶加载法和螺杆法。堆载法荷载稳定，但受空间限制，需要大量重物，加载水平有限。千斤顶加载法和螺杆法依靠反力装置提供加载，采用力传感器控制荷载大�。钡闶撬媸奔浔浠稍厮交峤档�。杠杆法加载优点是荷载稳定，通过调节力臂长度可以方便控制荷载大�。迪纸洗蟮暮稍氐燃�。环境作用下受弯构件性能退化的研究多采用先劣化后加载的方法，与实际工程中两者共同作用不符。以混凝土中钢筋锈蚀为例，在实际工程中，钢筋锈蚀是在结构承受荷载的过程发生的，荷载作用下混凝土构件产生裂缝，氧气、水及侵蚀介质会更容易进入，与没有持续荷载作用下的构件相比锈蚀加快，钢筋截面锈蚀率沿纵向的分布也不同。此外，持续荷载下锈蚀钢筋混凝土梁裂缝、变形的发展也不同于先锈蚀后加载的梁。为此，近年来国内外学者开始关注荷载与环境共同作用下结构的耐久性问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种组装方便，适用性强，加载性能稳定，可方便地应用于受弯构件长期性能试验和荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验的受弯构件持续加载试验装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，其特征在于，该装置包括斜撑al，嵌固梁2，螺杆3，杠杆梁b4，杠杆梁a5，分配梁6，砝码吊盘7，钢板b8，百分表支架9，斜撑b 10，受弯试件11，钢板al2，反力梁13和静态数据采集系统，所述的钢板b8和钢板al2顶部通过斜撑al连接，底部设有反力梁13，所述的杠杆梁b4 —端悬挂砝码吊盘7，另一端固定在钢板b8上，所述的杠杆梁a5设置在钢板b8和钢板al2之间，所述的受弯试件11设置在反力梁13上，受弯试件11侧面设有百分表支架9，顶部设有分配梁6，所述的斜撑blO连接百分表支架9和钢板b8，所述的静态数据采集系统连接受弯试件11底部加载端，重物端砝码产生的竖向力，经杠杆梁b4，杠杆梁a5和反力梁13两次杠杆力传递放大。所述的静态数据采集系统包括压力传感器14、数据采集仪15和PC机16，所述的压力传感器设置在受弯试件11底部加载端，并通过导线17连接数据采集仪15，数据采集仪15连接PC机16。所述的钢板b8呈U型框状，其上部固定杠杆梁b4。
所述的钢板al2呈U型框状，其上部两端通过嵌固梁2和螺杆3连接。所述的分配梁6设置在钢板al2上，其上表面连接杠杆梁a5，下表面连接受弯试件11。所述的受弯试件11设有3 18根，通过百分表支架9设置在反力梁13上。所述的杠杆梁b4悬挂砝码吊盘7的一端依次设有三个水平排列的悬挂孔。与现有技术相比，本发明克服了传统螺杆加载装置荷载不稳定的缺点。通过二次杠杆作用实现加载端荷载放大，装置作为自平衡体对试件施加持续荷载，对外部不产生影响。逐级增大吊载，采用压力传感器测试加载端力的实际值，获取吊载-力标定曲线。标定曲线呈线性，其实测杠杆放大倍数与理论值一致，放大倍数可达72 90倍，通过调整吊载大小和放大倍数控制加载端力。该装置组装方便，适用性强，加载性能稳定，可方便地应用于受弯构件长期性能试验和荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验。同时该装置荷载稳定，荷载水平可调，放大倍数高，可用于不同几何尺寸构件的加载，且可同时进行多根试 件的加载。
图I为本发明受弯构件持续加载装置示意图；图2为图I的侧视图；图3为杠杆梁b4，杠杆梁a5力传递放大示意图；图4为反力梁13力传递示意图；图5为静态数据采集系统示意图；图6为实施例中试验机加载标定曲线图；图7为锈蚀钢筋混凝土梁的长期挠度发展图。图中1_斜撑a, 2_嵌固梁,3_螺杆,4_杠杆梁b, 5_杠杆梁a, 6_分配梁,7_ $去码吊盘，8-钢板b, 9-百分表支架，10-斜撑b, 11-受:弯试件，12-钢板a, 13-反力梁，14-压力传感器，15-数据采集仪，16-PC机，17-导线。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例I如图I 2、5所示，基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，该装置包括斜撑al，嵌固梁2，螺杆3，杠杆梁b4，杠杆梁a5，分配梁6，砝码吊盘7，钢板b8，百分表支架9，斜撑blO，受弯试件11，钢板al2，反力梁13，和静态数据采集系统，静态数据采集系统包括压力传感器14、数据采集仪15和PC机16。钢板b8呈U型框状，钢板al2呈U型框状，钢板b8和钢板al2组成一个支架，的钢板b8和钢板al2顶部通过斜撑al连接，底部设有反力梁13，钢板al2上部两端通过嵌固梁2和螺杆3连接，钢板b8上部固定向外伸出的杠杆梁b4，杠杆梁b4 —端悬挂砝码吊盘
7,另一端固定在钢板b8上，杠杆梁a5设置在钢板b8和钢板al2之间，受弯试件11设有6根，通过百分表支架9设置在反力梁13上，受弯试件11顶部设有分配梁6，分配梁6设置在钢板al2上，其上表面连接杠杆梁a5，下表面连接受弯试件11，斜撑blO连接百分表支架9和钢板b8，压力传感器设置在受弯试件11底部加载端，并通过导线17连接数据采集仪15，数据采集仪15连接PC机16。整个装置长2500mm，宽 450mm，高 1800mm，重量约 500kg。重物端砝码放置在砝码吊盘7上，产生的竖向力，经杠杆梁b4，杠杆梁a5和反力梁13两次杠杆力传递放大，持续加载装置荷载的传递部分主要包括杠杆梁b4，杠杆梁a5和反力梁13。杠杆力传递过程如图3。右端E处悬挂重为G的砝码，经第一次杠杆作用，C处加载放大I1倍，N = I1 G，N为C处所受的力，将砝码吊于E处三个不同吊孔处，I1可分别取
8、9、10。经第二次杠杆作用，B处加载再放大I2倍，I2取9，F = I2 N，F为B处所受的力。经过两次杠杆作用，F = I2 I1 G = n G，加载放大72、8 1、90倍。反力梁力传递过程如图4所示杠杆端部的反力1\、T2CT1 = (1「1) G、T2 =(I2-I) -I1-G)通过钢板b8和钢板al2传递到底部反力梁13，F通过试件传递到底部反力梁，反力梁保持平衡，对地面不产生额外影响。其中T1为杠杆b反力；T2为杠杆a反力丨为加载端压力而为吊盘砝码重。逐级增大杠杆端砝码重量，采用压力传感器对加载端力进行测试，通过数据采集仪读取传感器力大�。袢№缆�-力标定曲线，见图6。考虑杠杆放大倍数较大，加工误差的存在也会引起杠杆放大倍数与理论倍数的差异，加载前对加载装置做调试标定，以了解误差并尝试改进。图6是改进前后标定曲线，其实测标定曲线基本呈线性，如图中实线所示，说明改进后放大倍数能维持恒定。改进前后标定曲线拟合方程分别为F = 77. 8 G+3. 3⑴F = 80. 8 G+2. 6(2)理论加载放大倍数为81，后面常数项为杠杆自重引起的初始力。可知改进后加载倍数与理论值相符。采用自主开发的四台试验装置对18根锈蚀钢筋混凝土梁进行长期加载，实现荷载与混凝土中钢筋锈蚀过程的共同作用。其中一台加载装置下6根试件加载实体见图6。图7给出了一组不同锈蚀速率下钢筋混凝土梁的挠度发展曲线。梁的材料、配筋、尺寸均相同，荷载水平为计算极限荷载的33%，C-33-0、C-33-25、C-33-50和C-33-100对应的外加电流密度分别为 0、25 y A/cm2>50 u A/cm2、100 u A/cm2。由以上试验，上述加载装置可成功实现受弯构件的持续加载，可用于研究受弯构件长期性能试验和荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验。为进行受弯构件长期性能试验或荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验，本发明可按照下列步骤完成加载任务(I)测试持续加载装置加载放大倍数(加载端力的大小与砝码重量比值)>根据试验需求选定初步加载倍数，如图I将砝码盘选放于杠杆梁b某加载孔处；>将压力传感器放于加载端处，与静态数据采集系统相连，测试压力大�。�>逐级增大杠杆端砝码重量，对加载端力进行测试，通过数据采集仪读取传感器力大�。袢∑坡�-力标定曲线；>根据砝码-力标定曲线和理论加载倍数，确定本试验加载装置的放大倍数。(2)受弯构件长期性能试验或荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验的实现
>根据试件尺寸和数量，确定竖向和水平加载点，调节竖向螺杆和水平钢垫板的位置；>运用龙门吊将试件吊入试验装置，以 背梁式结合；>按试验要求，将整个加载装置和试件放入相应环境中，实现受弯构件长期性能试验或荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验。
权利要求
1.基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，其特征在于，该装置包括斜撑a(l)，嵌固梁(2)，螺杆(3)，杠杆梁b (4)，杠杆梁a(5)，分配梁(6)，砝码吊盘(7)，钢板b (8)，百分表支架(9)，斜撑b (10)，受弯试件(11)，钢板a (12)，反力梁(13)和静态数据采集系统，所述的钢板b (8)和钢板a (12)顶部通过斜撑a (I)连接，底部设有反力梁(13)，所述的杠杆梁b(4) —端悬挂砝码吊盘(7)，另一端固定在钢板b (8)上，所述的杠杆梁a(5)设置在钢板b(8)和钢板a(12)之间，所述的受弯试件(11)设置在反力梁(13)上，受弯试件(11)侧面设有百分表支架(9)，顶部设有分配梁￠)，所述的斜撑b(10)连接百分表支架(9)和钢板b (8)，所述的静态数据采集系统连接受弯试件(11)底部加载端，重物端砝码产生的竖向力，经杠杆梁b(4)，杠杆梁a(5)和反力梁(13)两次杠杆力传递放大。
2.根据权利要求I所述的基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，其特征在于，所述的静态数据采集系统包括压力传感器(14)、数据采集仪(15)和PC机(16)，所述的压力传感器设置在受弯试件(11)底部加载端，并通过导线(17)连接数据采集仪(15)，数据采集仪(15)连接PC机(16)。
3.根据权利要求I所述的基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，其特征在于，所述的钢板b (8)呈U型框状，其上部固定杠杆梁b (4)。
4.根据权利要求I所述的基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，其特征在于，所述的钢板a(12)呈U型框状，其上部两端通过嵌固梁⑵和螺杆(3)连接。
5.根据权利要求I所述的基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，其特征在于，所述的分配梁(6)设置在钢板a (12)上，其上表面连接杠杆梁a (5)，下表面连接受弯试件(11)。
6.根据权利要求I所述的基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，其特征在于，所述的受弯试件(11)设有3 18根，通过百分表支架(9)设置在反力梁(13)上。
7.根据权利要求I所述的基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，其特征在于，所述的杠杆梁b (4)悬挂砝码吊盘(7)的一端依次设有三个水平排列的悬挂孔。
全文摘要
本发明涉及基于二次杠杆作用的新型受弯构件持续加载试验装置，该装置包括斜撑a(1)，嵌固梁(2)，螺杆(3)，杠杆梁b(4)，杠杆梁a(5)，分配梁(6)，砝码吊盘(7)，钢板b(8)，百分表支架(9)，斜撑b(10)，受弯试件(11)，钢板a(12)，反力梁(13)和静态数据采集系统，所述的杠杆梁b(4)一端悬挂砝码吊盘(7)，另一端固定在钢板b(8)上，所述的杠杆梁a(5)设置在钢板b(8)和钢板a(12)之间，所述的受弯试件(11)设置在反力梁(13)上。与现有技术相比，本发明具有组装方便，适用性强，加载性能稳定，可方便地应用于受弯构件长期性能试验和荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验等优点。
文档编号G01N3/20GK102749252SQ20111010006
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者刘伟, 张伟平, 顾祥林, 黄庆华 申请人:同济大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
