扭转试验装置及测量混凝土柱压弯扭矩的方法

1.一种扭转试验装置，其特征在于，包括加载端和反力端，所述加载端包括至少两组平行设置的横梁、用以固定连接所述横梁的对拉杆、与所述横梁垂直连接的主梁、两端分别与所述横梁和主梁固定连接的斜梁、固定于横梁侧面的顶板，以及分别抵接在主梁和顶板上的第一千斤顶和第二千斤顶；所述反力端包括地梁、穿过所述地梁以将其固定于预定位置的地锚，以及设置于地梁两侧的第四千斤顶。
2.根据权利要求1所述的扭转试验装置，其特征在于，所述第一千斤顶和第二千斤顶为电液压千斤顶，所述第四千斤顶为机械千斤顶。
3.根据权利要求1所述的扭转试验装置，其特征在于，所述主梁和地梁的横截面为箱型，所述斜梁为工字型截面。
4.根据权利要求1或3所述的扭转试验装置，其特征在于，所述顶板与横梁之间采用螺接固定，所述斜梁与主梁、斜梁与横梁、主梁与横梁之间采用焊接方式固定。
5.根据权利要求1所述的扭转试验装置，其特征在于，所述地梁上开有槽口，所述地锚穿过所述槽口并将地梁固定；所述槽口的横向直径大于地锚的直径，沿轴线方向的直径等于地锚的直径。
6.根据权利要求1所述的扭转试验装置，其特征在于，在工作时，实验构件的一端夹持于地梁之间，另一端夹持于横梁与顶板之间。
7.采用权利要求1至6任一项所述的扭转试验装置测量混凝土柱压弯扭矩的方法，其特征在于，包括如下步骤：制备并吊装实验构件；用地锚将地梁固定在预定位置；安装并顶紧第四千斤顶；安装加载端；将第一千斤顶安装在反力架上，调整千斤顶，使其抵触在主梁上；
安装第二千斤顶；根据实验需要，调整各千斤顶的工作状态，记录实验数据。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述实验构件为混凝土柱，以重量份数计，混凝土包括如下组分：水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-
1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5，其中，所述粗骨料由400-500重量份的石子和400-500重量份的混凝土颗粒组成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述减水增效剂的结构式为：
式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。

扭转试验装置及测量混凝土柱压弯扭矩的方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于土木工程试验装置，尤其是一种扭转试验装置和采用该扭转实验装置测量混凝土柱压弯扭矩的方法。\n背景技术\n[0002] 扭转性能是土木工程构件的重要性能。当前各研究机构使用的扭转试验机仅能进行钢筋、混凝土取芯等小尺度构件的纯扭转试验，但是对于柱构件、梁构件的扭转、弯扭试验则无法进行。但是，在实际工程中，构件很少处于纯扭转状态下，一般是弯扭、压扭甚至是压弯扭的复合状态。为达到真实测试构件受力性能目的，需要一种能够测量压弯扭的复合状态试验装置。\n发明内容\n[0003] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种扭转试验装置和采用该扭转实验装置测量混凝土柱压弯扭矩的方法。\n[0004] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种扭转试验装置，包括加载端和反力端，所述加载端包括至少两组平行设置的横梁、用以固定连接所述横梁的对拉杆、与所述横梁垂直连接的主梁、两端分别与所述横梁和主梁固定连接的斜梁、固定于横梁侧面的顶板，以及分别抵接在主梁和顶板上的第一千斤顶和第二千斤顶；所述反力端包括地梁、穿过所述地梁以将其固定于预定位置的地锚，以及设置于地梁两侧的第四千斤顶。\n[0005] 优选的，所述第一千斤顶和第二千斤顶为电液压千斤顶，所述第四千斤顶为机械千斤顶。所述主梁和地梁的横截面为箱型，所述斜梁为工字型截面。所述顶板与横梁之间采用螺接固定，所述斜梁与主梁、斜梁与横梁、主梁与横梁之间采用焊接方式固定。所述地梁上开有槽口，所述地锚穿过所述槽口并将地梁固定；所述槽口的横向直径大于地锚的直径，沿轴线方向的直径等于地锚的直径。\n[0006] 在工作时，实验构件的一端夹持于地梁之间，另一端夹持于横梁与顶板之间。\n[0007] 根据实验需要，还可以设置第三千斤顶，所述第三千斤顶的端部抵接于实验构件的侧壁。\n[0008] 采用上述扭转试验装置测量混凝土柱压弯扭矩的方法，包括如下步骤：制备并吊装实验构件；用地锚将地梁固定在预定位置；安装并顶紧第四千斤顶；安装加载端；将第一千斤顶安装在反力架上，调整千斤顶，使其抵触在主梁上；安装第二千斤顶；根据实验需要，调整各千斤顶的工作状态，记录实验数据。\n[0009] 优选的，所述实验构件为混凝土柱，以重量份数计，混凝土包括如下组分：水泥\n380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5，其中，所述粗骨料由400-500重量份的石子和400-500重量份的混凝土颗粒组成。\n[0010] 进一步优选的，所述减水增效剂的结构式为：\n[0011]\n[0012] 式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。\n[0013] 实施本发明具有以下技术效果：在实现扭矩加载时，主梁、斜梁、横梁、对拉杆组成的加载端利用主梁的延伸产生力臂，而横梁和对拉杆将试验构件紧紧卡在横梁间，使得试验构件与加载端共同转动，第一千斤顶提供扭转的驱动力。下端地梁、地锚、第四千斤顶共同组成的反力体系使得试验构件下端完全不能转动，达到试验控制的目的。同时，第二利用千斤顶可使试验构件内部产生轴力，利用第三千斤顶可使试验构件内部产生弯矩，达到多种受力的复合状态。\n附图说明\n[0014] 图1是本发明的结构示意图。\n[0015] 图2是本发明加载端的结构示意图。\n[0016] 图3是本发明反力端的结构示意图。\n[0017] 图4是实验构件的示意图。\n具体实施方式\n[0018] 如图1至图3所示，本发明的扭转试验装置主要包括第一千斤顶4a、第二千斤顶4b、第三千斤顶4c、第四千斤顶4d、顶板5、主梁2、斜梁3、横梁1、对拉杆6、地梁7和地锚8。\n[0019] 具体如图2所示，横梁、主梁、斜梁、对拉杆和第一千斤顶组成加载端，在该实施例中，横梁为两组，平行设置，对拉杆穿过横梁并将两者相对固定连接，所述主梁穿过横梁并焊接固定，斜梁的两端分别焊接固定于横梁和主梁上。所述主梁上设置有多个加劲肋2a。第一千斤顶的末端固定于反力架上，另一端延伸并抵接于主梁的侧壁。\n[0020] 结合描述图3，反力端包括地梁、地锚和若干个第四千斤顶。所述地梁上开有槽口，所述地锚穿过所述槽口并将地梁固定于预设的位置。第四千斤顶为两组，分别抵接于地梁的两侧，用以夹紧地梁之间的实验构件。\n[0021] 在优选的实施例中，本发明所涉及的第一千斤顶、第二千斤顶、第三千斤顶为电控液压千斤顶，荷载和位移可在电脑控制下输出。第四千斤顶为机械千斤顶。第一千斤顶作用为产生扭矩所需要的力，第二千斤顶可使试验构件处于受压状态。第三千斤顶可使试验构件处于受弯状态，第四千斤顶用来加紧事件并抵抗第一千斤顶产生的扭矩防止试验构件发生刚体转动。所述顶板、主梁、斜梁、横梁、对拉杆、地梁、地锚均为高强钢材。顶板利用螺栓安装在横梁上，即作为轴力的加载板，也作为装置的盖板防止脱落。\n[0022] 主梁、斜梁、横梁、对拉杆与第一千斤顶共同组成扭矩加载端。主梁与横梁均为箱型截面，斜梁为工字形截面。主梁、横梁、斜梁相互采用焊接连接。对拉杆为高强螺纹钢筋，将两侧的横梁紧紧拉结在试验构件侧面上。\n[0023] 地梁为箱型截面，竖向有三层钢板用来抵抗构件扭转在地梁上产生的局部压力。\n沿地梁轴线方向，相对中线对称开两个槽7a，开槽中心间距1000mm，为标准实验室地坪锚孔间距的2倍。槽口沿地梁轴线方向直径与地锚直径相等，使地梁不能沿轴线方向移动；槽口沿地梁横向直径大于地锚直径，使得地梁可横向移动，方便第四千斤顶根据试验构件尺寸进行调整。第四千斤顶尾部与实验室地坪刚性连接，端部顶紧在地梁侧面上，使地梁在两端加紧试验构件。为防止局部应力集中使角点脱落，在浇筑事件时将端部的边角外包角钢。\n[0024] 本发明的实验方法包括如下步骤：吊装试验构件；拼装地梁、地锚；安装并顶紧第四千斤顶；安装顶板、主梁、斜梁、横梁、对拉杆；将第一千斤顶安装在反力架上，调整第一千斤顶伸长，使其刚刚顶在主梁上，将第一千斤顶与主梁连接。根据试验需要，安装第二千斤顶、第三千斤顶。\n[0025] 试验过程：本装置在实现扭矩加载时，主梁、斜梁、横梁、对拉杆组成的加载端利用主梁的延伸产生力臂，而横梁和对拉杆将试验构件紧紧卡在横梁间，使得试验构件与加载端共同转动，第一千斤顶提供扭转的驱动力，原理与扳手扭动螺母相同。下端地梁、地锚、第四千斤顶共同组成的反力体系使得试验构件下端完全不能转动，达到试验控制的目的。同时，利用第二千斤顶可使试验构件内部产生轴力，利用第三千斤顶可使试验构件内部产生弯矩，达到多种受力的复合状态。\n[0026] 纯扭状态：仅安装和使用第一千斤顶。\n[0027] 压扭状态：安装使用第一千斤顶、第二千斤顶。\n[0028] 弯扭状态：安装使用第一千斤顶、第三千斤顶。\n[0029] 压弯扭状态：同时安装使用第一千斤顶、第二千斤顶和第三千斤顶。\n[0030] 在进一步的实施例中，还包括混凝土底座。所述反力端(地梁)固定于混凝土底座上。在进一步的实施例中，对实验构件和混凝土底座所用的混凝土进行优化设计。\n[0031] 以重量份数计，混凝土包括如下组分：水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-\n25，水180-200，粗骨料800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5，其中，所述粗骨料由400-\n500重量份的石子和400-500重量份的混凝土颗粒组成。\n[0032] 其中，所述减水增效剂的结构式为：\n[0033]\n[0034] 式中，a：b：c＝1:1.2:1，n为45～50，m为45～50，d为50～80。\n[0035] 实验1-8\n[0036]\n  例1 例2 例3 例4 例5 例6 例7 例8\n水泥 400 380 420 390 410 425 375 395\n中砂 580 620 560 660 500 700 540 710\n玻璃纤维 20 18 22 25 15 13 28 24\n水 195 190 200 180 185 205 175 180\n粗骨料 920 880 960 840 1000 800 780 1020\n粉煤灰 30 22 24 26 32 38 40 20\n减水增效剂 4.2 4.6 3.6 3.2 2.8 4.4 4.8 5.0\n扭矩 65 60 70 72 75 60 65 80\n[0037] 注：对照组为采用普通减水剂的混凝土，其扭矩为50kN·m。粗骨料中混凝土颗粒(废混凝土块)的替代率为50％。如果粗骨料均为符合相关标准的石子，其性能会更好。\n[0038] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。