一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置及试验方法制造方法及图纸

一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，包括压力加载系统、试样承台、预应力加载系统、测试和数据采集系统；所述压力加载系统由反力立柱、横梁、底座、伺服给进装置A和加载头组成；所述预应力加载系统包括伺服给进装置B、拉力传感器和加载板；所述测试系统包括压力传感器、位移传感器和激光位移计；所述数据采集系统包括数据采集器和电脑。将制备好的试样安放在试样承台上，预应力加载系统和压力加载系统分别向面状材料试样施加预应力和压力，通过所述测试与数据采集系统读取所述各传感器测试的数据计算出面状材料试样所承受的压力、位移及挠度。本发明专利技术可以满足不同材料、不同约束条件的面状材料的试验测试。

A universal testing device and test method for tension, strain and deflection of surface materials

A testing device for tension, strain and deflection of a general surface material, including a pressure loading system, a specimen cap, a prestressed loading system, a test and a data acquisition system. The pressure loading system is composed of a counterforce column, a beam, a base, a servo feeding device A and a loading head, and the prestressing system includes a servo system. The feeding device B, the tension sensor and the loading plate, and the test system includes a pressure sensor, a displacement sensor and a laser displacement meter, and the data acquisition system includes a data collector and a computer. The prepared sample is placed on the specimen cap, prestressing force loading system and pressure loading system apply prestress and pressure to the surface material sample respectively, and the pressure, displacement and deflection are calculated by reading the measured data of each sensor through the test and data acquisition system. The invention can meet the test tests of the surface materials with different materials and different constraint conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置及试验方法
本专利技术涉及一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，属于岩土工程

技术介绍
在基坑支护技术和边坡防护体系中，土钉墙支护技术和锚喷支护技术是常用的支护技术之一。不管是土钉墙支护技术还是锚喷支护技术，其中的一个重要组成部分就是支护面层。所谓支护面层是在基坑和边坡防护中为防止坡面发生局部破坏设置的一种刚性或柔性的防护面。目前在土钉墙支护体系和锚喷支护体系中，其面层多为混凝土喷射面状材料、钢丝网、土工合成材料面状材料，如土工格栅、土工布等。面层通过限制基坑或坡体的侧向位移，并把坡体的侧向土压力传递给土钉或锚杆，来实现保护坡体，传递土压力的作用。除此，面层对防止坡面侵蚀和坡体绿化起到了重要作用。因此，面层的刚度及强度对基坑和边坡支护体系的稳定性具有重要作用。一旦面层出现破坏，基坑和边坡的稳定性也就受到较大的威胁。因此在设计支护方案时，面层的刚度和强度的测试是一个重要指标。目前对于面层的测试多是针对喷射混凝土面状材料的测试，其测试是通过测试混凝土试块的单轴抗压强度代表面层强度，利用与圆板型试块铰接约束的形式测试的挠度代表面层挠度。对于土工合成材料面状材料的测试也是利用简单的单轴顶破强度代表土工合成材料面状材料强度。以上方法的测试数据虽具有一定的代表性，但是其采用两套设备、两套标准，并不能进行对比分析。一般而言，现场的支护面层多是与锚杆或土钉连接成半固定约束，即面层被锚杆头或土钉头牢牢的压在坡面上。以上方法将面状材料与测试柱设置成铰接约束形式，显然不能真实体现现场的实际情况。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，通过更换试样承台，可以实现不同材料面状材料的测试并生成测试曲线，并可以将不同材料面状材料测试结果进行对比分析，方便工程技术人员进行材料比选。本专利技术采取的技术方案为：一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，包括压力加载系统、试样承台、预应力加载系统、测试和数据采集系统；所述压力加载系统由反力立柱、横梁、底座、伺服给进装置A和加载头组成，所述反力立柱与底座固定连接，所述横梁固定在两个所述反力立柱上，所述伺服给进装置A固定在所述横梁中间；所述压力传感器一端与所述加载头固定连接，另一端与所述伺服给进装置A固定连接；所述试样承台固定在所述压力加载系统内部；所述预应力加载系统包括伺服给进装置B、拉力传感器、加载板和支撑环台，所述伺服给进装置B固定在所述底座里，所述拉力传感器一端与所述伺服给进装置B连接，一端与加载板连接，所述支撑环台放置在所述底座上方；所述测试系统包括压力传感器、位移传感器和激光位移计；所述数据采集系统包括数据采集器和电脑。将制备好的试样安放在试样承台上，通过预应力加载系统和压力加载系统向面状材料试样分别施加预应力和压力，通过所述测试与数据采集系统读取所述压力传感器、位移传感器和激光位移计的数据计算出面状材料试样所承受的压力、位移及挠度。对于不同材料的面状材料，通过更换试样承台，实现上述测试。进一步的，所述加载头为圆柱形，头部呈球面，侧面设置有一根位移测量杆。进一步的，所述加载头与所述压力传感器固定连接。进一步的，所述底座由上、下两层钢板组成，所述上层钢板呈方形，在中间设置一个位移测量孔，贯穿钢板，在四周以正六边形角点排布设置6个贯穿孔。进一步的，所述试样承台依据面状材料和连接方式不同，分为两种类型：对于喷射混凝土面状材料的铰接约束模式，所述试样承台为圆柱形，顶面呈球面，称为铰接试样承台；对于土工合成材料、钢丝网面状材料的固定约束模式，所述试样承台由支撑柱和试样夹具组成，所述试样夹具通过螺栓固定在支撑柱上，称为固定试样承台。进一步的，所述铰接试样承台通过将所述支撑柱插入所述底座上层钢板的正六边形布置的贯穿孔内把支撑柱与底座连接。进一步的，所述固定试样承台，通过将所述支撑柱穿过所述底座上层钢板的正六边形布设的贯穿孔与所述预应力加载系统的加载板固定连接。进一步的，所述试样夹具由两个圆环形钢板组成，钢板一面具有锯齿状纹路，两个圆环形钢板通过法兰盘、螺栓和螺母将试样夹紧。进一步的，所述预应力施加系统包括伺服给进装置B、拉力传感器、加载板和支撑环台。进一步的，所述伺服给进装置B固定在所述底座中，所述拉力传感器一端与所述伺服给进装置B固定连接，另一端与加载板中心固定连接，所述加载板为高强度金属板。进一步的，所述测试系统包括压力传感器、位移传感器和激光位移计。进一步的，所述压力传感器设置在所述伺服给进装置A与所述加载头之间，一端与所述伺服给进装置A固定连接，另一端与所述加载头固定连接。进一步的，所述位移传感器设置在所述位移计支架上，测试加载头位移；所述激光位移计设置在所述底座中间，通过激光穿过所述底座内部上层钢板的位移测量孔测量试样中心的位移。进一步的，所述拉力传感器、压力传感器、位移传感器均通过通讯线缆与所述数据采集器系统连接，实现数据采集。一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置的测试方法，如下：（1）根据试验要求制作试验试样，如，对于喷射混凝土面状材料需要在试模中制作后并养护，对于土工合成材料面状材料、钢丝网面状材料裁剪成相应的尺寸。（2）根据测试要求将测试试样正确放置在试样承台上。对于喷射混凝土面状材料铰接约束模式，选择铰接试样承台，将面状材料试样准确放置在所述铰接试样承台上，并使面状材料试样中心与所述上层钢板的位移测量孔的中心以及所述加载头的中心一致；对于土工合成材料面状材料、钢丝网面状材料的固定约束模式，选择固定试样承台，将面状材料试样放置在面状材料夹具上拉平并夹紧，将面状材料夹具与固定试样承台的支撑柱固定连接，使试样中心与所述上层钢板的位移测量孔的中心以及所述加载头的中心一致。（3）将位移传感器和压力传感器安置在相应位置，通过导线与数据采集器连接，测试各传感器与数据采集器的连接情况，确保传感器和数据采集器的完好。（4）对于土工合成材料、钢丝网面状材料，可以通过控制所述预应力加载系统中的伺服给进装置B向下拉动所述加载板使面状材料试样与所述支撑环台接触，并张紧，施加应力，通过所述拉力传感器读数记录预应力值。（5）启动所述伺服给进装置A，使得加载头刚好触碰试样，并将各传感器归零。（6）启动所述伺服给进装置A、数据采集器，用电脑自动记录各传感器的数据，并绘制荷载位移曲线。（7）保存数据，并将伺服给进装置A退回，并取下试样，准备下一个试验。（8）重复（2）-（7），进行一个新的试验。（9）试验完毕后，关闭各系统电源。本专利技术一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置及试验方法的有益之处是：（1）本专利技术可以满足不同材料、不同约束条件的面状材料的试验测试。（2）本专利技术中试样承台可以根据不同材料和约束条件随意更换，操作简单方便。（3）本专利技术可以有效地将不同材料和不同约束条件的面状材料试验统一进行，便于数据对比，方案比选。（4）本专利技术提供了一种面状材料预应力施加装置，较好的解决了面状材料试样张紧并施加预应力的问题。（5）本专利技术全程采用自动数据采集装置，减少人为干扰，数据可靠性好。（6）本专利技术结构简单，易于操作，简单易用，且制造成本低，适合推广应用。说明书附图图1一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置结构示意图图2一种通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，包括压力加载系统、试样承台、预应力加载系统、测试和数据采集系统；所述压力加载系统由反力立柱、横梁、底座、伺服给进装置A 和加载头组成，所述反力立柱与底座固定连接，所述横梁固定在两个所述反力立柱上，所述伺服给进装置A 固定在所述横梁中间；所述压力传感器一端与所述加载头固定连接，另一端与所述伺服给进装置A 固定连接；所述试样承台固定在所述压力加载系统内部；所述预应力加载系统包括伺服给进装置B 、拉力传感器、加载板和支撑环台，所述伺服给进装置B 固定在所述底座里，所述拉力传感器一端与所述伺服给进装置B 连接，一端与加载板连接，所述支撑环台放置在所述底座上方；所述测试系统包括压力传感器、位移传感器和激光位移计；所述数据采集系统包括数据采集器和电脑；将制备好的试样安放在试样承台上，通过预应力加载系统和压力加载系统向面状材料试样分别施加预应力和压力，通过所述测试与数据采集系统读取所述压力传感器、位移传感器和激光位移计的数据计算出面状材料试样所承受的压力、位移及挠度。

【技术特征摘要】
1.一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，包括压力加载系统、试样承台、预应力加载系统、测试和数据采集系统；所述压力加载系统由反力立柱、横梁、底座、伺服给进装置A和加载头组成，所述反力立柱与底座固定连接，所述横梁固定在两个所述反力立柱上，所述伺服给进装置A固定在所述横梁中间；所述压力传感器一端与所述加载头固定连接，另一端与所述伺服给进装置A固定连接；所述试样承台固定在所述压力加载系统内部；所述预应力加载系统包括伺服给进装置B、拉力传感器、加载板和支撑环台，所述伺服给进装置B固定在所述底座里，所述拉力传感器一端与所述伺服给进装置B连接，一端与加载板连接，所述支撑环台放置在所述底座上方；所述测试系统包括压力传感器、位移传感器和激光位移计；所述数据采集系统包括数据采集器和电脑；将制备好的试样安放在试样承台上，通过预应力加载系统和压力加载系统向面状材料试样分别施加预应力和压力，通过所述测试与数据采集系统读取所述压力传感器、位移传感器和激光位移计的数据计算出面状材料试样所承受的压力、位移及挠度。2.根据权利要求1所述的一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，其特征在于：所述底座由上、下两层钢板组成，所述上层钢板呈方形，在中间设置一个位移测量孔，贯穿钢板，在四周以正六边形角点排布设置6个贯穿孔。3.根据权利要求1所述的一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，其特征在于：所述试样承台依据面状材料和连接方式不同，分为两种类型：对于喷射混凝土面状材料的铰接约束模式，所述试样承台为圆柱形，顶面呈球面，称为铰接试样承台；对于土工合成材料、钢丝网面状材料的固定约束模式，所述试样承台由支撑柱和试样夹具组成，所述试样夹具通过螺栓固定在支撑柱上，称为固定试样承台。4.根据权利要求1所述的一种通用面状材料张力、应变及挠度测试装置，其特征在于：所述铰接试样承台通过将所述支撑柱插入所述底座上层钢板的正六边形布置的贯穿孔内把支撑柱与底座连接；所述固定试样承台，将所述支撑柱穿过所述底座上层钢板的正六边形布设的贯穿孔与所述预应力加载系统的加载板固定连接。5.根据权利要求1所述的一种通用面状...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙涛，孙彦峰，刘强，高晓颖，周飞羽，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37