一种单轴拉伸的刚性伴拉装置

摘要

本发明公开一种单轴拉伸的刚性伴拉装置，包括下刚性板，其上固定连接有多根刚性伴拉组件，刚性伴拉组件上方固定连接有上刚性板，上刚性板和下刚性板上分别固定有上拉伸夹杆和下拉伸夹杆；还包括试件上连接板和试件下连接板，试件下连接板固定在下刚性板上，试件上连接板与下传力杆、拉压力传感器及上传力部件串联固定在上刚性板上；其中，每根刚性伴拉组件包括分别与上刚性板、下刚性板固定连接的两根刚性伴拉杆以及连接两刚性伴拉杆的可更换的拉伸部件；试验机夹住上、下拉伸夹杆进行拉伸，单轴拉伸的刚性伴拉装置与试件一同受力变形，在试件变形超过峰值应变后，因刚性伴拉组件的存在，整体装置的刚度变化微弱，此时试验机弹性能的释放很小。

权利要求

1.一种单轴拉伸的刚性伴拉装置，包括下刚性板，其上固定连接有多根刚性伴拉组件，刚性伴拉组件上方固定连接有上刚性板，上刚性板和下刚性板上分别固定有上拉伸夹杆和下拉伸夹杆；还包括试件上连接板和试件下连接板，试件下连接板固定在下刚性板上，试件上连接板与下传力杆、拉压力传感器及上传力部件串联固定在上刚性板上；其特征在于，其中，每根刚性伴拉组件包括分别与上刚性板、下刚性板固定连接的两根刚性伴拉杆以及连接两刚性伴拉杆的可更换的拉伸部件。

2.根据权利要求1所述的单轴拉伸的刚性伴拉装置，其特征在于，所述刚性伴拉杆表面有螺纹，上刚性板和下刚性板上开设有与刚性伴拉杆尺寸适配的孔，刚性伴拉杆与上刚性板、下刚性板之间通过预紧螺栓固定。

3.根据权利要求1所述的单轴拉伸的刚性伴拉装置，其特征在于，所述可更换的拉伸部件表面有螺纹，刚性伴拉杆上开设与可更换的拉伸部件尺寸适配的螺丝孔，两者通过预紧螺栓固定。

4.根据权利要求1所述的单轴拉伸的刚性伴拉装置，其特征在于，所述试件上连接板和试件下连接板上分别设有与试件上、下两端部适配的凹槽。

5.根据权利要求1所述的单轴拉伸的刚性伴拉装置，其特征在于，所述刚性伴拉装置的刚度KT≥5KC，其中，式中，KA1代表多根刚性伴拉组件的总刚度，KA2代表多根刚性伴拉组件中可更换的拉伸部件的总刚度；KB代表在拉压力传感器以及与其相连的试件上连接板、上传力部件、下传力杆的串联刚度的基础上考虑各部件连接位置处的刚度损失后，得到的折算刚度；KC代表待拉伸试件的刚度。

6.根据权利要求5所述的单轴拉伸的刚性伴拉装置，其特征在于，所述KB与KC的比值大于5。

说明书

一种单轴拉伸的刚性伴拉装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种刚性加载装置，特别是涉及一种单轴拉伸的刚性伴拉装置，属于土木工程技术领域。

背景技术

[0002] 在对混凝土、岩石等脆性材料进行单轴拉伸试验时，普通试验机中由于试验机钢架的变形和液压油缸中压力油的压缩变形，存储了较大的弹性能，会引起试件在达到极限强度后发生脆断，无法对后续的软化阶段的裂缝开展进行测试研究。

[0003] 目前可解决该类问题的方式主要采用(1)刚性试验机(2)刚性试验架(3)闭环电液伺服试验机。其中，刚性试验架因其适用于大多数力学试验机，试验成本较低，被广泛采用，但在使用中也存在以下问题：(1)脆性试件峰值应力之后的软化阶段的测试结果，受试验装置的刚度影响较大；(2)诸如混凝土、岩石等脆性试件，其极限拉伸应变很小，拉伸对中与否对结果影响也较大，故而拉伸前试件的安装对装置有较高的要求。

发明内容

[0004] 发明目的：为克服现有普通试验机易引起试件脆断，无法进行试件应力-应变曲线下降段测试的问题，本发明提供一种单轴拉伸的刚性伴拉装置，通过刚性伴拉组件，大大减小了试验机弹性能的释放。

[0005] 技术方案：本发明所述的一种单轴拉伸的刚性伴拉装置，包括下刚性板，其上固定连接有多根刚性伴拉组件，刚性伴拉组件上方固定连接有上刚性板，上刚性板和下刚性板上分别固定有上拉伸夹杆和下拉伸夹杆；还包括试件上连接板和试件下连接板，试件下连接板固定在下刚性板上，试件上连接板与下传力杆、拉压力传感器及上传力部件串联固定在上刚性板上；其中，每根性伴拉组件包括分别与上刚性板、下刚性板固定连接的两根刚性伴拉杆以及连接两刚性伴拉杆的可更换的拉伸部件；试验机夹住上、下拉伸夹杆进行拉伸，本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置与试件一同受力变形，在试件变形超过峰值应变后，因刚性伴拉组件的存在，整体装置的刚度变化微弱，此时弹性能的释放很小。

[0006] 优选的，刚性伴拉杆表面有螺纹，上刚性板和下刚性板上开设有与刚性伴拉杆尺寸适配的孔，刚性伴拉杆与上刚性板、下刚性板之间通过预紧螺栓固定。一方面，可方便刚性伴拉杆对中固定安装，另一方便，该固定方式可实现对装置间隙的粗调，以适应不同试件尺寸。

[0007] 进一步的，可更换的拉伸部件表面有螺纹，刚性伴拉杆上开设与可更换的拉伸部件尺寸适配的螺丝孔，两者通过预紧螺栓固定。同样可方便可更换拉伸部件的对中固定安装，且可实现对装置间隙进一步细调，减小试件尺寸偏差带来的影响。

[0008] 另外，为方便试件的对中，试件上连接板和试件下连接板上可分别设有与试件上、下两端部适配的凹槽，当采用结构胶等粘贴固定试件时，该凹槽可保证结构胶与试件充分粘合。

[0009] 为降低试件软化阶段的刚度退化对系统整体刚度的影响，本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置的刚度KT应满足如下条件：

[0010] 且KT≥5KC；

[0011] 式中，KA1代表多根刚性伴拉组件的总刚度，KA2代表多根刚性伴拉组件中可更换的拉伸部件的总刚度，两者均可由式 来计算，EA为材料的弹性模量，AA为刚性伴拉杆或可更换的拉伸部件相应的截面面积，lA为刚性伴拉杆或可更换的拉伸部件相应的有效承载长度；KB代表在拉压力传感器以及与其相连的试件上连接板、上传力部件、下传力杆的串联刚度的基础上考虑各部件连接位置处的刚度损失后，得到的折算刚度；KC代表待拉伸试件的刚度。

[0012] 进一步的，KB与KC的比值应至少大于5，从而可减少该部分弹性能的释放对试件的影响。

[0013] 有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点在于：(1)本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置通过采用由刚性伴拉杆和可更换的拉伸杆件组成的刚性伴拉组件，刚性加载试验过程中，可大大减小试验机弹性能的释放；而且，可改变装置的拉伸刚度以适应不同的拉伸试件，以及不同的刚度变化需求；(2)本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置考虑了间隙调节的需求，可适应不同试件尺寸，同时减小了试件尺寸偏差对试验的影响；(3)该单轴拉伸的刚性伴拉装置各部件的连接位置均设计了适配的凹槽或孔洞，方便系统的安装，有利于拉伸试件的对中，减小系统对试件偏心加载的可能性。

附图说明

[0014] 图1为本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置的立体图；

[0015] 图2为本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置的侧视图；

[0016] 图3为本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置的俯视图；

[0017] 图4为A-A截面剖面图；

[0018] 图5为本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置的刚度简化模型示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

[0020] 如图1～4，本发明的一种单轴拉伸的刚性伴拉装置，包括下刚性板1，其上固定连接多根刚性伴拉组件，刚性伴拉组件上方固定连接上刚性板10；其中，每组刚性伴拉组件包括两根刚性伴拉杆3以及连接两刚性伴拉杆3的可更换的拉伸部件4，其中，两根刚性伴拉杆3分别与上刚性板10和下刚性板1固定连接。

[0021] 该单轴拉伸的刚性伴拉装置还包括用于固定拉伸试件5的试件固定部件，其包括试件上连接板6和试件下连接板2，试件下连接板2可由法兰盲板加工而成，螺栓固定在下刚性板1上；试件上连接板6与下传力杆7、拉压力传感器8及上传力部件9依次串联固定在上刚性板10上，从而可将拉伸试件5固定在上、下刚性板限定的承载框架中。

[0022] 本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置还包括上下两根拉伸夹杆11，分别固定在上刚性板10和下刚性板1上，试验机在夹住上、下拉伸夹杆11后，对其拉伸，单轴拉伸的刚性伴拉装置与试件一同受力拉伸，在试件变形超过峰值应变后，因刚性伴拉组件的存在，整体装置的刚度变化微弱，此时弹性能的释放很小，从而可避免试件因承受较大弹性能而发生脆断。而且，由于本发明的刚性伴拉装置设计了可更换的拉伸部件4，针对不同刚度的拉伸试件，可采用不同刚度的可更换的拉杆部件4，从而改变整体装置的拉伸刚度，使其适应拉伸试件的刚度变化要求。

[0023] 为使本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置可适应不同尺寸的试件，可在刚性伴拉杆3表面设置螺纹，并在上刚性板10和下刚性板1上开设有与刚性伴拉杆3尺寸适配的螺纹孔，通过预紧螺栓将刚性伴拉杆3固定在上刚性板10和下刚性板1上。这种固定方式使得上刚性板10与下刚性板1之间的距离可调节，从而实现对装置间隙的粗调，以适应不同试件尺寸。

[0024] 同时，刚性伴拉杆3上与可更换的拉伸部件4连接的一侧也可开设螺丝孔，并在可更换的拉伸部件4表面设置螺纹，通过预紧螺栓将其固定在一对刚性伴拉杆3上，从而可对装置间隙进一步细调，减小试件尺寸偏差带来的影响。

[0025] 为方便试件5的安装，可在试件上连接板6和试件下连接板2上设置凹槽，凹槽与试件5上、下端部的尺寸适配；另外，上传力部件9和试件下连接板2上设有可固定于上下刚性板的螺纹孔洞。试件固定后，试件上连接板6和试件下连接板2上的凹槽型心处于拉伸夹杆对称轴线上，上传力部件9和试件下连接板2上的螺纹孔洞均匀分布在拉伸夹杆对称轴线周边。如此操作可方便试件的对中，降低对试件偏心加载的可能性，而且，当采用结构胶等粘贴固定试件时，可保证结构胶与试件充分粘合。

[0026] 其中，刚性伴拉杆3作为提高系统刚性的主要部件，宜采用弹性模量高的合金钢等金属材料，在试验空间和试验架重量允许的范围内，依据拉伸试件材料，尽量选用大截面的刚性伴拉杆，以提高系统刚性。

[0027] 刚性伴拉杆3上的可更换的拉伸部件4一般为圆柱形，其直径根据试件刚度的大小进行选取，作为调节试验装置间隙和系统刚度的主要部件。在拉伸过程中，需保证该部件处于线弹性工作状态，以便重复使用。

[0028] 上、下拉伸夹杆11宜采用高强度的材料，以保证拉伸夹杆直径不超过试验机夹具的允许范围，同时在拉伸过程中应力处于弹性范围。

[0029] 本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置的刚度简化模型示意图如图5，其中：

[0030] KA1代表四组刚性伴拉杆3的刚度，KA2代表连接在四组刚性伴拉杆3上的可更换拉伸部件4的刚度，两者均可由式 来计算，其中，EA为材料的弹性模量，AA为刚性伴拉杆3或可更换的拉伸部件4相应的截面面积，lA为刚性伴拉杆3或可更换的拉伸部件4相应的有效承载长度；KB代表拉压力传感器8以及与其相连的诸如试件上连接板6、上传力部件9、下传力杆7的串联刚度，并考虑各部件连接位置处螺栓连接及拉伸试件与试件上连接板、试件下连接板处粘结的结构胶等位置带来的刚度损失后，得到的折算刚度；KC代表拉伸试件5的刚度，故整个单轴拉伸的刚性伴拉装置的刚度 其值应远大于KC(KT≥5KC)，如此便可忽略试件软化阶段的刚度退化对系统整体刚度的影响，同时也应注意KB与KC的比值，KB与KC的比值应至少大于5，以减少该部分弹性能的释放对试件的影响。

[0031] 本发明的单轴拉伸的刚性伴拉装置的安装与实施主要步骤如下：

[0032] 1)根据拉伸试件5的尺寸、刚度和试验应变区段，来选用合适的刚性伴拉杆3和可更换的拉伸部件4，将其初步组装；

[0033] 2)将初步组装好的刚性伴拉杆件3和可更换的拉伸部件4，与上刚性板10和下刚性板1拼装；

[0034] 3)将拉伸试件5与试件上连接板6和试件下连接板2固定在一起，接着将试件下连接板2通过螺栓安装固定在下刚性板1上，同时通过螺栓将上传力部件9固定在上刚性板10上，并将其与拉压力传感器8连接；

[0035] 4)将下传力杆7与试件上连接板2和拉压力传感器8相连接，此过程同时调整四组刚性伴拉杆3及与其连接的可更换的拉伸部件4，保证上刚性板10和下钢性板1一直处于平行状态；

[0036] 5)连接拉压力传感器8进行数据测试，预紧各个部件的螺栓，先预紧刚性伴拉杆3及与其连接的可更换的拉伸部件4处的螺栓，缩小间隙，直至传感器出现压力，以保证拉伸试件处于受压状态，然后预紧其余部件连接处的螺栓，防止出现拉应力；

[0037] 6)将组装好的单轴拉伸的刚性伴拉装置放置在试验机上，试验机夹住上、下拉伸夹杆11进行拉伸试验，试验过程中，注意试验机拉力应同时小于拉伸夹杆11的屈服力和可更换的拉杆部件4的屈服力，以保护试验装置。