混凝土材料弯曲疲劳试验机制造技术

一种混凝土材料弯曲疲劳试验机，加载主体固定于外框架内由动力机构驱动，加载主体产生的惯性力的竖向分力实现混凝土试件的疲劳加载。外框架设有安装于外框架两侧的螺杆，螺杆贯穿刚性横梁两端通过螺母固定；刚性横梁通过拉簧与加载主体相连。加载主体的转动轴设置于Ｘ形框架的交叉点位置，其下连接质量块。Ｘ形框架端部设有滚动滑轮，外框架对应位置设置供滑轮滚动的导轨。显屏控制的数字显示屏、接触器与动力机构通过导线相连由开关控制以开启和关闭电机。本发明专利技术的质量块旋转所产生的惯性力竖向分量作为循环荷载，降低了试验成本。且外框架上涂防锈液，加载主体及外框架的导轨采用发黑工艺处理进行防锈处理，实现装置在环境箱中加载。

Bending fatigue testing machine for concrete materials

The utility model relates to a concrete material bending fatigue test machine, wherein, the loading body is fixed in the outer frame, driven by a power mechanism, and the vertical component force of the inertial force produced by the loading main body is used to realize the fatigue loading of the concrete specimen. The outer frame is provided with a screw rod arranged on both sides of the outer frame; the screw rod penetrates through the rigid cross beam; the two ends are fixed by nuts; the rigid crossbeam is connected with the loading main body through a tension spring. The rotating shaft of the loading body is arranged at the cross point position of the X shaped frame, and the lower part is connected with the mass block. The end of the X shaped frame is provided with a rolling pulley, and the outer frame is provided with a guide rail for rolling the pulley. A digital display screen with a display screen, a contactor and a power mechanism connected by a wire, controlled by a switch to turn on and off the motor. The vertical component of the inertial force produced by the mass block rotation of the invention acts as a cyclic load, thereby reducing the test cost. The outer frame is coated with antirust liquid, and the guide rail of the loading main body and the outer frame is processed by blackening process to prevent rust, and the device is loaded in the environment box.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属土木工程领域，具体涉及施加疲劳荷载的加载工具，尤其是一种为研究混凝 土材料在疲劳荷载作用下的耐久性能提供的试验机。
技术介绍
混凝土耐久性已成为当今世界混凝土结构研究的热点。混凝土桥梁长期在车辆荷载下 工作，还要接受外部环境作用的影响，如碳化、氯盐侵蚀等等。当混凝土碳化深度或氯盐 侵蚀深度到钢筋表面时，在水和氧气的作用下，钢筋锈蚀产生，混凝土结构达到其耐久性 极限。准确的预测结构耐久性寿命是当前耐久性研究的一个难题，要实现这一目标，必须 要建立相应的试验技术。现有的耐久性试验多是将混凝土材料放入环境箱中进行加速试验，但没有考虑荷载的 影响，与实际情况不符。有学者通过自行设计开发出了自平衡加载装置，但对混凝土试件 只能施加静力荷载。现有的疲劳加载装置多为液压伺服疲劳试验机，它们加载力量大、控 制方便，但在耐久性方面还存在两个难题 一是人工气候环境模拟箱对疲劳试验机各零配 件的防锈要求高、且液压式疲劳试验机成本昂贵，用于环境和疲劳荷载耦合作用下的混凝 土耐久性试验不经济也不够可靠；二是环境箱体积偏小，现有液压式疲劳试验机占用空间 大，与环境箱的共同作用还比较困难。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种混凝土材料弯曲疲劳试验机，其既能为混凝土材料施加疲劳 荷载，又因为其良好的防锈性能能够放置在环境箱中进行加载工作，且经济成本较低。 为了达到以上目的，本专利技术的解决方案是一种混凝土材料弯曲疲劳试验机，其包括外框架、加载主体、动力机构和显屏控制， 加载主体固定于外框架内，动力机构驱动加载主体，加载主体产生的惯性力的竖向分力实 现混凝土试件的疲劳加载，显屏控制开启和关闭动力机构的工作。进一步，所述外框架采用桁架式结构，其底部外框架底板为工字式结构。 所述加载主体包括X形框架、转动轴、质量块，转动轴设置于X形框架的交叉点位置， 其下连接质量块。所述转动轴、质量块均设有连杆，通过带内螺纹旋钮连接固定两连杆。 所述加载主体与外框架之间活动连接，优选地，在外框架上设置位置可变的刚性横梁，通过拉簧连接横梁与加载主体上部，更为优选地，拉簧为对称设置的两根。所述加载主体的X形框架端部设有滚动滑轮，外框架对应位置设置供滑轮滚动的导轨。 所述动力机构为电动机，其电机输出轴通过双链条与加载主体的转动轴相连，优选的，所述双链条上还设有张紧轮。所述显屏控制包括数字显示屏、接触器和开关，数字显示屏、接触器与电机之间通过 导线相连以控制电机，开关放置在混凝土试件下部，与数字显示屏相连。显屏控制的作用 在于可以显示电机旋转速度、累计圈数、设定电机停转圈数。此外，当混凝土试件发生疲 劳破坏时，断裂的混凝土试件将压在下面的开关上，数字显示屏接到信号后将通知接触器， 接触器断开电机电流，停止电机继续转动。所述外框架上涂防锈液，具体为先在构件表面除锈，然后于其表面涂防锈液2层，其 后再刷2层油漆作为外观处理；加载主体及外框架的导轨采用发黑工艺处理，具体为将钢 铁制品表面迅速氧化，使之形成致密的氧化膜保护层。进一步，所述外框架包括螺杆，螺母，导轨，刚性横梁，拉簧；导轨固定安装于外框 架两侧内部；所述螺杆平行于导轨固定安装于外框架的两侧，贯穿刚性横梁两端；螺母和 刚性横梁安装在螺杆上，刚性横梁位于螺母上部；拉簧一端与刚性横梁相连，另一端安装 在加载主体上。所述拉簧采用不锈钢材料。所述加载主体包括转动轴，质量块，连杆，带内螺纹旋钮；所述转动轴、质量块均设 有连杆，通过带内螺纹旋钮连接固定两连杆，旋动该旋钮可以改变质量块与转动轴之间的 旋转半径。所述加载主体与外框架之间的接触部位采用滚动式滑轮，以外框架上的导轨为轨道。 所述电机固定安装在加载主体上部，电机通过螺栓固定在基座钢板上，基座钢板焊接 在加载主体上部。所述电机与转动轴之间采用双链条传动。 所述电机工作电压为380V，防水等级为IP55。 所述加载主体还包括张紧轮，固定安装于链条中间位置。本专利技术的原理在于质量块体在绕水平轴旋转过程中会产生惯性力，该惯性力的竖向分 量为一变化值，进而可以实现对混凝土试件的正弦波方式加载。使用本装置，通过详细的动荷载测试检验了其可靠性。试验采取将传感器放置在刚 性分配梁上部，测试装置启动后对混凝土的加载力变化时程曲线，测试结果显示，加载力 时程曲线近似正弦波周期变化，且在整个加载过程中，试验机噪音小，稳定性高。由于质量块旋转速度和旋转半径均可调，改变质量块的旋转半径或旋转速度，即可实 现加载力大小的改变，本试验机最大的加载力幅值可达950N，适合于混凝土材料的弯曲疲 劳试验。在设计和加工过程中，对试验机可能存在的问题做了全面的思考和分析，并给出 了合理的解决措施，测试结果反映试验机工作稳定，加载力能达到预期要求。由于采用了以上技术方案，本专利技术具有以下有益效果本专利技术结构简单，拆装方便，解决了混凝土耐久性方面的两个难题 一方面由于采用 交流电机作用为动力源，质量块旋转所产生的惯性力竖向分量作为循环荷载，大大降低了 试验成本；另一方面整个装置都有防锈处理，且试验机的体积空间占用量小，能方便的将 装置放入大型的人工气候环境模拟箱中，实现疲劳荷载与环境共同作用下的混凝土耐久性 试验研究。附图说明图1是本专利技术一种实施例的整机主视图。图2是图1所示实施例的整机侧视图。图3是图1所示实施例的电机和显屏控制连接示意图。图4是图1所示实施例的电机和加载主体主视图。图5是图1所示实施例的电机和加载主体侧视图。图6是本专利技术的外框架主视图。图7是本专利技术的外框架侧视图。图8是本专利技术的混凝土试件加载示意图。图9是本专利技术的装置立体图。图10是试验机加载力时程曲线。具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术主要由四个部分组成加载主体、交流电机、外框架和显屏控制。如图l-2所 示，为本专利技术一种实施例的整机示意图，包括螺杆l，刚性横梁2，电机3，拉簧4，双链 条5，转动轴6，带内螺纹旋钮7，导轨8,旋转质量块9，滚动滑轮IO，刚性分配梁ll， 混凝土试件12，底板13，螺母14，张紧轮15，支撑滚轴16。外框架外部空间主要由显屏 控制组成，如图3所示，其包含数字显示屏、接触器和开关。数字显示屏、接触器和电机 三者采用导线进行两两相互连接，数字显示屏可以显示电机的转数和累积旋转圈数，并可 设定电机停转的累积圈数，接触器起到电路开关的功能，其连接的380V交流电源是电机工 作所需要的电源。开关通过接触器起作用，当开关上部受压时，电机工作电流被切断，反 之则连通。外框架内部空间按照从上到下的顺序可以分为加载主体上部空间(以下简称上 部)，加载主体中部空间(以下简称中部)和加载主体下部空间(以下简称下部)，其中螺 杆l、刚性横梁2、电机3、拉簧4、螺母14位于上部；转动轴6、带内螺纹旋钮7、旋转 质量块9、滚动滑轮IO、张紧轮15位于中部；刚性分配梁ll、混凝土试件12、底板13、 支撑滚轴16位于下部。螺杆l平行固定于外框架的内侧，贯穿刚性横梁2;刚性横梁2安 装在外框架上，可沿螺杆l上下移动，其高度可以通过螺母14进行调节；采用不锈钢材质 的拉簧4 一端与刚性横梁2相连，另一端安装在加载主体上；电机3安装在加载主体的上 部，电机输出轴与转动轴6之间采用双链条5连接，且链条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混凝土材料弯曲疲劳试验机，其特征在于：其包括外框架、加载主体、动力机构、显屏控制，加载主体固定于外框架内，动力机构驱动加载主体，加载主体产生的惯性力的竖向分力实现混凝土试件的疲劳加载，显屏控制开启和关闭动力机构的工作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾祥林，邹伟，黄庆华，张伟平，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[]