本發(fā)明涉及工程檢測試驗
技術領域：
，特別是涉及一種混凝土抗折試驗機。
背景技術：
：彎曲(抗折)強度和變形是混凝土的重要材料屬性，在道路和機場工程中，混凝土彎曲(抗折)強度還是結構設計和質量控制的重要指標。實際中，由于彎曲加載模式相對于直接拉伸更易于實現(xiàn)，彎曲(抗折)試驗常常作為評價混凝土抗拉性能的替代方法，但由于目前尚無統(tǒng)一適用的彎曲強度測試設備和變形測試裝置，即使對同種類型的混凝土材料，不同研究人員所得的試驗結果往往存在一定差異，同時，現(xiàn)有的多種測試彎曲變形裝置的部分組件由于不能重復利用，造成了資源浪費，有些裝置還需要將變形測試組件粘貼于試件上，所需的速凝膠水極易污染環(huán)境，其揮發(fā)氣體還會對操作人員的健康造成危害，而且操作不便、測試效率低。因此,有必要開發(fā)一種簡單、適用的混凝土抗折試驗機，為科學研究和工程質量檢測提供可靠保障。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種設計合理、結構簡單、環(huán)保高效、能精準測試混凝土抗彎折強度和抗彎折變形能力的混凝土抗折試驗機。為達到上述目的，所采取的技術方案是：一種混凝土抗折試驗機，包括主體框架、通過螺栓固定設置在主體框架上的試件加載夾具、加載裝置、試件變形測試夾具和自動控制采集系統(tǒng)，所述的主體框架包括承臺、主梁、設置在承臺底部的框架底座、和設置在承臺與主梁之間的立柱，所述的加載裝置包括設置在主梁上的上加載單元和設置在承臺上的下加載單元，所述的立柱上滑動套設有上加載梁和下加載梁，上加載梁和下加載梁之間的立柱上套設有高強彈簧，上加載梁和下加載梁分別與上加載單元和下加載單元對應頂緊設置，所述的試件加載夾具包括分別對應設置在上加載梁和下加載梁上的上試件夾具單元和下試件夾具單元，上試件夾具單元與上加載梁之間通過聯(lián)結軸連接。所述的上加載單元包括與主梁上開設的螺孔匹配的上加載桿和設置在上加載桿頂部的加載轉盤，所述的下加載單元包括與承臺上開設的螺孔匹配的下加載桿和驅動下加載桿的驅動電機，所述的下加載桿底部外側套設有導向套，導向套固定設置在框架底座上，所述的驅動電機與下加載桿之間通過變向傳動齒輪傳動連接；所述的上加載桿和下加載桿頂端均為球面結構，其分別與上加載梁和下加載梁之間形成點接觸。所述的上試件夾具單元包括依次設置的載荷傳感器、上壓板、呈u型槽狀的上支座、與上支座通過聯(lián)結軸連接的加載小梁和設置在加載小梁底部的加載輥，所述的加載小梁底部設有弧形凹槽，所述的加載輥匹配設置在弧形凹槽內，且加載輥兩端與加載小梁之間設置有拉接彈簧，所述的上壓板底部開設有滑動導槽，所述的上支座通過螺栓匹配連接設置在滑動導槽內。所述的下試件夾具單元包括開設在下加載梁上的滑動導槽、通過螺栓匹配連接設置在滑動導槽內的下支座、和設置在下支座頂部的加載輥，所述的下支座頂部設有弧形凹槽，所述的加載輥匹配設置在弧形凹槽內，且加載輥兩端與下支座之間設置有拉接彈簧，所述的下支座外側還固定設置有側擋板。所述的試件變形測試夾具包括位移計主架、位移計副架和位移計，所述的位移計主架包括通過旋緊螺釘搭設固定在試件上的主架左肢、主架右肢、連接主架左肢和主架右肢并用來固定位移計的橫桿，所述的橫桿與主架右肢為一體結構，橫桿與主架左肢對應處開設有條形槽，所述主架左肢上對應的旋緊螺釘穿過條形槽與試件頂緊固定；所述的位移計副架包括通過旋緊螺釘搭設固定在試件受彎變形區(qū)的副架本體、和設置在副架本體端部與位移計端部的頂珠對應匹配的頂板。所述的試件變形測試夾具還包括有裂縫張開測量機構，所述的裂縫張開測量機構包括通過旋緊螺釘夾設固定在試件底部的加持卡具、頂板卡具、以及固定設置在加持卡具底部的變形傳感器，所述的變形傳感器端部頂設在頂板卡具下部伸出的測試擋板上。所述的加持卡具和頂板卡具的加持點以試件中心左右對稱布置。所述的位移計為lvdt位移傳感器。采用上述技術方案，所取得的有益效果是：(1)提供自動和手動兩種加載方式，可適于于不同的測試目的和測試條件，如因斷電電機無法工作，或者對控制條件更敏感的試驗，如獲得混凝土破壞應力-應變全曲線的下降段，使該儀器具有更強的適應性；(2)荷載傳感器上部聯(lián)結軸和上支座聯(lián)結軸的設置，使加載裝置和試件的接觸緊密，確保試件受力均勻，避免了因試件制作偏差對試驗結果造成的不利影響；(3)上支座和下支座的滑動調節(jié)結構可滿足不同加載模式、不同試件尺寸的試驗要求，擴展了試件加載夾具的適用性、靈活性；(4)下支座試件定位擋板的設置便于快速裝載和精準定位試件，提高試驗效率和試驗精度；(5)試件變形測試夾具的設計使對試件和位移計的夾持更為方便、測試結果更精準、投入成本更低、操作更環(huán)保；(6)試件純彎段底部設置的裂縫張開測量機構可直接測試試件純彎段裂縫的張開位移量，為對比分析提供了有價值的數(shù)據(jù)；(7)本試驗機采用lvdt位移計測定試件變形，避免因采用粘貼應變片方法帶來的操作繁瑣、成本較高的缺點；(8)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能實時記錄試驗過程中的數(shù)據(jù)并能對試驗結果進行分析處理，給出合理的參數(shù)；本發(fā)明的混凝土抗折試驗機設計合理、結構簡單、控制方式靈活、操作方便、環(huán)保高效、可準確獲得混凝土彎曲破壞的應力-應變曲線，因而易于推廣實施。附圖說明圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明試件變形測試夾具和加載裝置的結構示意圖之一。圖3為本發(fā)明試件變形測試夾具和加載裝置的結構示意圖之二。圖4為普通混凝土抗折破壞荷載-撓度全曲線圖。圖5為鋼纖維混凝土抗折破壞荷載-撓度全曲線圖。具體實施方式以下結合附圖對本的具體實施方式做詳細說明。實施例一：參見圖1、圖2，一種混凝土抗折試驗機，包括主體框架、設置在主體框架上的試件加載夾具、加載裝置、試件變形測試夾具和自動控制采集系統(tǒng)。其中主機框架包括主梁2、承臺1、左右兩立柱4和框架底座3，所述的加載裝置包括設置在主梁2上的上加載單元和設置在承臺1上的下加載單元，所述的立柱4上滑動套設有上加載梁5和下加載梁6，上加載梁5和下加載梁6之間的立柱4上套設有高強彈簧7，上加載梁5和下加載梁6分別與上加載單元和下加載單元對應頂緊設置，所述的試件加載夾具包括分別對應設置在上加載梁和下加載梁上的上試件夾具單元和下試件夾具單元，上試件夾具單元與上加載梁之間通過聯(lián)結軸8連接。其中主機框架的承臺1和框架底座3之間構成一箱體結構，并具有一定剛度，為下加載桿11、驅動電機12等傳力組件的安裝以及上部加載機構的安裝提供牢固支撐，并為安裝于其內部的各個組件提供防護。所述的左右立柱4分別固結在承臺1左右兩端的中心，所述的主梁2固結于左右立柱4頂部，構成了主機框架的加載結構，為荷載的施加提供反力。所述的加載裝置中的上加載單元為手動加載，下加載單元為自動加載。所述的上加載單元包括與主梁2上開設的螺孔匹配的上加載桿9和設置在上加載桿頂部的加載轉盤10，加載轉盤10與上加載桿9采用剛性連接，上加載桿9為螺桿，穿過主梁2中心設置的螺孔。加載轉盤10順時針旋轉可使上加載桿9繞螺孔向下行進，頂緊上加載梁5。所述上加載桿9頂端為球面，與上加載梁5形成點接觸，立柱4上套設的兩個高強彈簧7的長度和彈性系數(shù)均相同，避免加載時上加載梁兩端套孔與左右主柱產生彎矩。上加載梁5向下行進可帶動連接在其下部中心的上試件夾具單元使試件受力，實現(xiàn)手動加載。所述的下加載單元的驅動電機12固定于框架底座3上，驅動電機12主軸連接變向傳動齒輪14，變向傳動齒輪14與下加載桿11中部設置的輪齒咬合，變向傳動齒輪14的轉動可帶動下加載桿11做上升和下降行進運動，下加載桿11下部為光滑圓桿結構，套于導向套13中，保證下加載桿11的垂直穩(wěn)定性。下加載桿11頂端也為球面結構，與下加載梁6形成點接觸，下加載梁6與上加載梁5形成上下對稱結構，當上加載梁5不動時，下加載梁5在電機推動下向上行進可帶動連接在其上的下試件夾具單元使試件受力，實現(xiàn)由電機帶動的自動加載。所述的上試件夾具單元包括依次設置的載荷傳感器15、上壓板16、呈u型槽狀的上支座17、與上支座17通過聯(lián)結軸8連接的加載小梁18和設置在加載小梁18底部的加載輥19，上壓板16底面中心左右方向設置滑動導槽21，上支座17通過滑動導槽21中的螺栓與上壓板16連接，并可固定在上壓板16的任意位置。加載小梁18采用聯(lián)結軸8與上支座17進行聯(lián)結，側面上端呈圓錐型的加載小梁18可繞聯(lián)結軸8轉動，所述的加載小梁18底部設有弧形凹槽，所述的加載輥19匹配設置在弧形凹槽內，加載小梁18與加載輥19兩端采用拉接彈簧20聯(lián)結，這樣可使上部加載組件與試件接觸緊密，保證受力更為均勻。上壓板16上端中心通過螺栓與荷載傳感器15連接，荷載傳感器15上端通過聯(lián)結軸8聯(lián)結在上加載梁5底面中心，所述聯(lián)結軸8的設置可調整上加載板左右兩側加載輥軸與試件的接觸程度，保證試件兩側受力均勻，從而獲得更精準的試驗數(shù)據(jù)。所述的下試件夾具單元包括開設在下加載梁6上的滑動導槽21、通過螺栓匹配連接設置在滑動導槽內的下支座22和設置在下支座22頂部的加載輥19，下支座22通過螺栓和滑動導槽21與下加載梁6連接并固定，左邊下支座22內外側用螺釘固定一l型試件定位左側擋板23，右邊下支座22內側固定一試件定位右側擋板23。所述下支座22上設置加載輥19，所述的下支座22頂部設有弧形凹槽，所述的加載輥19匹配設置在弧形凹槽內，加載輥19通過兩端的拉接彈簧20與下支座22聯(lián)結，加載輥19轉動靈活，保證加載的簡支狀態(tài)。所述上壓板16上的上支座17數(shù)量為左右兩個，可根據(jù)試件加載段的長短進行滑動調整并固定在上壓板上；當只用一個上支座時可實現(xiàn)三點加載的彎曲試驗，使用兩個上支座可實現(xiàn)三等分點加載的彎曲試驗，所述下支座22的滑動調節(jié)可依據(jù)試件的大小調整跨距，上、下支座的滑動調節(jié)設計擴展了試件加載夾具的適用性、靈活性。所述試件的定位左側擋板和試件定位右側擋板的設置便于快速裝載和精準定位試件，提高試驗效率和試驗精度。所述的試件變形測試夾具包括位移計主架、位移計副架和位移計，所述的位移計主架包括通過旋緊螺釘搭設固定在試件35上的主架左肢24、主架右肢25和連接主架左肢24和主架右肢25并用來固定位移計的橫桿26，所述的橫桿26與主架右肢25為一體結構，橫桿26與主架左肢24對應處開設有條形槽27，位移計主架右肢25和橫桿26通過對應于右肢處的旋緊螺釘28將位移計主架固定在試件右端，主架左肢24通過旋緊螺釘28固定于試件35左端，左端的旋緊螺釘28穿入位移計主架左端相應于位移計主架左肢24處的條形槽27中，這種設計利于與試件的縱向變形協(xié)調。位移計主架左肢24和主架右肢25分別跨在試件35的左右兩端，一方面對位移計起承托作用，另一方面通過位移計主架左肢24和主架右肢25上的旋緊螺釘正好固定于試件側面縱向中心線與下支座垂直線交叉點，更便于對位移計主架進行定位和夾持。位移計主架的橫桿26上設置位移計鎖緊卡，通過鎖緊卡將位移計固定在位移計主架上。所述的位移計副架包括通過旋緊螺釘搭設固定在試件受彎變形區(qū)的副架本體29、和設置在副架本體29端部與位移計端部的頂珠對應匹配的頂板30，位移計主架和副架隨試件端部和中心位置的相對變化可由位移計進行記錄。所述的自動控制采集系統(tǒng)包括自動控制單元和數(shù)據(jù)采集單元，自動控制單元包括計算機36、控制器37、調速變頻器38、電機12。自動控制單元的調速變頻器38分別通過電纜與電機12和控制器37連接，控制器37通過電纜與計算機36連接。計算機控制軟件發(fā)出的指令傳輸給控制器、控制器經(jīng)過信號轉換將控制信號傳輸給調速變頻器，通過調速變頻器實現(xiàn)對電機的轉向和轉速控制。數(shù)據(jù)采集單元由荷載傳感器15、lvdt位移傳感器33、控制器37、計算機36、數(shù)據(jù)線和電纜等構成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的荷載傳感器15和lvdt位移傳感器33分別通過電纜與控制器37連接，并分別將模擬信號傳遞給控制器37，控制器將模擬信號轉換成數(shù)字信號后通過電纜傳遞給計算機36，計算機通過軟件記錄并保存時時傳來的數(shù)據(jù)。所述控制器集成了包括放大器、a/d轉換器、微處理器(cpu)、存儲器、通訊接口電路等組件。實施例二：參見圖1、圖3，本實施例的結構與實施例一基本相同，相同之處不再重述，其不同之處在于：所述的試件底部設置有裂縫張開測量機構，所述的裂縫張開測量機構包括通過旋緊螺釘夾設固定在試件底部的加持卡具31、頂板卡具32、以及固定設置在加持卡具31底部的lvdt位移傳感器33，所述的位移計端部頂設在頂板卡具32下部伸出的測試擋板34上，頂板卡具32和加持卡具31分別固定在小梁試件35三分點加載輥的垂直線上，以獲取試件純彎段裂縫的張開量。所述頂板卡具32和加持卡具31隨試件變形增長發(fā)生相對移動，并帶動lvdt位移傳感器33直接測得試件純彎段裂縫的張開位移量。采用控制系統(tǒng)進行自動加載的彎曲試驗時，計算機的控制軟件發(fā)出指令，將控制信號傳輸給控制器，所述控制器經(jīng)過信號轉換后控制調速變頻器按照設定的程序使電機運轉帶動加載機構動作，完成自動加載試驗。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的荷載傳感器和lvdt位移傳感器分別通過電纜與控制器連接，并分別將模擬信號傳遞給控制器，所述控制器將模擬信號轉換成數(shù)字信號后通過電纜傳遞給計算機，所述計算機通過軟件記錄并保存時時傳來的數(shù)據(jù)。以下為本發(fā)明的試驗驗證，參見圖4、圖5：采用本發(fā)明的混凝土抗折試驗機測試了普通混凝土及鋼纖維混凝土小梁試件的抗折性能。本實例中的試驗概況及結果如下：原材料為42.5級的普通硅酸鹽水泥，ii級粉煤灰，粒徑為5-20mm的石灰?guī)r碎石，細度模數(shù)為3.0的中粗河砂，長度35mm、直徑0.57mm的冷拉鋼絲切斷型鋼纖維，聚羧酸高效減水劑，自來水。普通混凝土及鋼纖維混凝土拌合物的單方配合比見表1。表1：混凝土單方配合比/kg類型粗骨料細骨料水泥粉煤灰水鋼纖維減水劑普通混凝土935.7887.6380.895.2142.80.05.7鋼纖維混凝土845.8802.4423.4105.9158.878.06.4試驗依據(jù)國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法標準》gb/t500081-2002及《纖維混凝土試驗方法標準》cecs13-2009規(guī)定的方法進行。小梁試件尺寸為100mm×100mm×400mm，試件制備時將滿足工作性要求的拌合物澆入試模，然后靜置室內24小時拆模編號，放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28天后進行抗折性能的試驗，每組3個試件。所測兩種類型混凝土抗彎折性能指標見表2，抗彎折破壞荷載-撓度全曲線見圖4和圖5。表2：由表2及圖4和圖5的試驗結果可以看出，利用本發(fā)明的混凝土抗折試驗機對兩種類型混凝土小梁試件進行的抗折性能試驗，所測得的強度值和變形值離散性均在10％以內，測試精度較高，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可方便獲得試件破壞的荷載-撓度全曲線。當前第1頁12