專利名稱：單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于力學(xué)特性測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種單軸拉伸與土梁彎 曲試驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
壓實(shí)粘土的裂縫問題是土石壩等土工建筑物經(jīng)常出現(xiàn)的工程隱患和重 要的破壞形式，是對土工建筑物的安全造成威脅和亟待解決的技術(shù)難題之 一。因此土體拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性的評價(jià)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。其合理 性關(guān)系到能否正確評價(jià)土工建筑物的安全性。軸向拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)?zāi)?前是測定壓實(shí)粘土拉伸特性參數(shù)最直接和有效的試驗(yàn)方法，它可以測得土 的抗拉強(qiáng)度和抗拉極限應(yīng)變等拉伸特性參數(shù)，是水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中指定的 測定土拉伸特性的試驗(yàn)方法。
進(jìn)行土的單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)是揭示土體裂縫成因的一個(gè)基本手 段，各國學(xué)者在此領(lǐng)域進(jìn)行了眾多研究，研制了大量的儀器設(shè)備。主要有 單軸拉伸裝置、土梁彎曲裝置等。其中，相當(dāng)多的單軸拉伸裝置是在直剪 儀的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，某學(xué)者研制的目前常用的應(yīng)力控制式單軸拉伸儀， 該儀器通過加卸砝碼的方式進(jìn)行加載控制， 一個(gè)顯著缺點(diǎn)是無法測得土體 完整的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，土在達(dá)到最大拉應(yīng)力時(shí)會出現(xiàn)脆斷。而對于土 體，現(xiàn)在的研究趨勢是認(rèn)為將其看作是非脆性斷裂材料，因而達(dá)抗拉強(qiáng)度后的軟化變形過程是研究其斷裂機(jī)理和建立斷裂過程數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵，上 述單軸拉伸裝置不能滿足測得試驗(yàn)過程中軟化變形的要求。某學(xué)者研制的 土梁彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置土梁反向支撐于支座上，在跨中等距的兩點(diǎn)逐級 施加向上荷載。為了消除自重影響，還可以在土梁下施加適量的向上平衡
力；也可將試樣用橡皮膜包裹后，放入比重接近的液體中?？梢娚鲜鐾亮?br> 彎曲試驗(yàn)裝置，操作程序和過程復(fù)雜，試驗(yàn)精度差，并且同樣采用了應(yīng)力 控制式加載。
綜上所述，目前國內(nèi)外研制和開發(fā)的土體拉伸特性測試設(shè)備存在以下
不足之處①大都功能簡單，實(shí)驗(yàn)方法粗糙；②傳統(tǒng)的試驗(yàn)裝置一般采用 應(yīng)力控制式加載，不能測得土體完整連續(xù)的應(yīng)力應(yīng)變曲線；③易受重力作 用的影響； 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集依靠砝碼稱重和測微計(jì)讀數(shù)，只能得到試驗(yàn) 過程中的若干稀疏點(diǎn)，總體精度較差；(D功能單一，單軸拉伸設(shè)備僅能進(jìn) 行單軸拉伸試驗(yàn)，土梁彎曲設(shè)備只能進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。因此，為了滿足開展 壓實(shí)粘土拉伸特性及斷裂機(jī)理研究的要求，需要開發(fā)和研制一套綜合型、 集成化的土工拉抻特性試驗(yàn)儀系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種單軸拉伸 與土梁彎曲試驗(yàn)儀，具有一機(jī)多用、提高試驗(yàn)儀利用效率，加載速度穩(wěn)定、 極慢，并且節(jié)約了成本的特點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種單軸拉伸與土梁 彎曲試驗(yàn)儀，包括一主體平臺l，主體平臺1上設(shè)有電機(jī)2，電機(jī)2的一側(cè)
設(shè)有電動平移臺5，在電動平移臺5與加載平臺6之間設(shè)有滾動導(dǎo)軌9，滾動導(dǎo)軌9上設(shè)有滑軌導(dǎo)向塊10，電機(jī)2的動力輸出端與剛性傳動桿3 —端 相連，剛性傳動桿3的另一端與滑軌導(dǎo)向塊10 —側(cè)相連，滑軌導(dǎo)向塊10 的另一側(cè)與剛性傳動桿7相連，剛性傳動桿7上設(shè)有力傳感器4，剛性傳動 桿7的另一端與加載平臺6上設(shè)置的加載裝置14相連，加載裝置14與加 載平臺6之間設(shè)有滾針軸承11。位移傳感器15固定在主體平臺1上，位移 傳感器15、力傳感器4與控制箱16內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡17相連。
所述的加載裝置14可以是單軸拉伸裝置，也可以是土梁彎曲試驗(yàn)裝置。
所述的單軸拉伸裝置包括前支擋板8及固定在主體平臺1上的后支檔 板12，前支檔板8通過剛性連接桿7與滑軌導(dǎo)向塊10連接。
所述的土梁彎曲試驗(yàn)裝置包括兩個(gè)固定于主體平臺1上的鉸支支座13 及四個(gè)裝卸式的金屬套環(huán)18，每個(gè)金屬套環(huán)18分別由四塊板片拼裝成一個(gè) 整體，土梁兩端各一板片與鉸支支座13相連起固定作用，中部兩塊板片通 過剛性連接桿7與滑軌導(dǎo)向塊10連接。
所述的位移傳感器15數(shù)量至少為一個(gè)。
所述的控制箱16設(shè)置在主體平臺1下部。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于①將單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)結(jié)合在一起，做到 一機(jī)多用，提高試驗(yàn)機(jī)利用效率，并且節(jié)約了成本；②加載方式技術(shù)先進(jìn)， 采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行應(yīng)變控制式加載，可以得到穩(wěn)定和極慢的加載速度；③ 應(yīng)變速率可根據(jù)需要在試驗(yàn)前設(shè)定并可在試驗(yàn)過程中進(jìn)行控制；@土梁在 水平面內(nèi)放置，消除土體自重的影響；⑤數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用負(fù)荷傳感器和 位移傳感器，通過數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，最大采集頻率達(dá)100次/秒，可完 整記錄土體的受拉斷裂過程。本發(fā)明可進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)與土梁彎曲試驗(yàn)的力學(xué)特性測試，達(dá)到了 預(yù)期的目的。


圖1為本發(fā)明的單軸拉伸試驗(yàn)裝置的主視圖。
圖2為本發(fā)明的單軸拉伸試驗(yàn)裝置的俯視圖。 圖3為本發(fā)明的土梁彎曲試驗(yàn)裝置的主視圖。 圖4為本發(fā)明的土梁彎曲試驗(yàn)裝置的俯視圖。
圖5為本發(fā)明的土梁彎曲試驗(yàn)裝置詳圖，其中(a)為中部金屬套環(huán)與 其相應(yīng)連接主視圖，(b)為鉸支支座主視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一歩詳細(xì)說明。 參見圖1、 2， 一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，包括一主體平臺1， 主體平臺1上設(shè)有電機(jī)2，電機(jī)2的一側(cè)設(shè)有電動平移臺5，在電動平移臺 5與加載平臺6之間設(shè)有滾動導(dǎo)軌9，滾動導(dǎo)軌9上設(shè)有滑軌導(dǎo)向塊10，電 機(jī)2的動力輸出端與剛性傳動桿3 —端相連，剛性傳動桿3的另一端與滑 軌導(dǎo)向塊10—側(cè)相連，滑軌導(dǎo)向塊10的另一側(cè)與剛性傳動桿7相連，剛 性傳動桿7上設(shè)有力傳感器4，剛性傳動桿7的另一端與加載平臺6上設(shè)置 的加載裝置7的前支擋板8相連，加載裝置14的后支檔板12固定在主體 平臺1上，前支檔板8通過剛性連接桿7與滑軌導(dǎo)向塊10連接，加載裝置 14與加載平臺6之間設(shè)有滾針軸承11。位移傳感器15通過卡件固定在主 體平臺1上，位移傳感器15可拆卸，位移傳感器15、力傳感器4與控制箱16內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡17相連。位移傳感器15數(shù)量至少為一個(gè)。所述的控制 箱16設(shè)置在主體平臺1下部。
參見圖3、 4、 5， 一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，包括一主體平臺l， 主體平臺1上設(shè)有電機(jī)2，電機(jī)2的一側(cè)設(shè)有電動平移臺5，在電動平移臺 5與加載平臺6之間設(shè)有滾動導(dǎo)軌9，滾動導(dǎo)軌9上設(shè)有滑軌導(dǎo)向塊10，電 機(jī)2的動力輸出端與剛性傳動桿3 —端相連，剛性傳動桿3的另一端與滑 軌導(dǎo)向塊10—側(cè)相連，滑軌導(dǎo)向塊10的另一側(cè)與剛性傳動桿7，剛性傳動 桿7上設(shè)有力傳感器4，剛性傳動桿7的另一端與加載平臺6上設(shè)置的加載 裝置14的四個(gè)金屬套環(huán)18相連，每個(gè)金屬套環(huán)18分別由四塊板片拼裝成 一個(gè)整體，加載裝置14的兩端設(shè)有鉸支支座13， 土梁兩端各有一板片與鉸 支支座13相連起固定作用，中部兩塊板片通過剛性連接桿7與滑軌導(dǎo)向塊 IO連接，位移傳感器15通過卡件設(shè)置在主體平臺l上，位移傳感器15可 拆卸，位移傳感器15、力傳感器4與控制箱16內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡17相連。 位移傳感器15數(shù)量至少為一個(gè)。所述的控制箱16設(shè)置在主體平臺1下部。
本發(fā)明的工作原理是
主體平臺1上將相應(yīng)的土體固定于加載平臺6上，控制箱17設(shè)定速率， 通過電機(jī)2帶動電動平移臺5及滑軌導(dǎo)向塊10帶動加載平臺6上的土體即 可進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中，控制箱16內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡17通過位移傳感器 15、力傳感器4實(shí)時(shí)采集并保存測量值。
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權(quán)利要求
1、一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，包括一主體平臺(1)，其特征在于，主體平臺(1)上設(shè)有電機(jī)(2)，電機(jī)(2)的一側(cè)設(shè)有電動平移臺(5)，在電動平移臺(5)與加載平臺(6)之間設(shè)有滾動導(dǎo)軌(9)，滾動導(dǎo)軌(9)上設(shè)有滑軌導(dǎo)向塊(10)，電機(jī)(2)的動力輸出端與剛性傳動桿(3)一端相連，剛性傳動桿(3)的另一端與滑軌導(dǎo)向塊(10)一側(cè)相連，滑軌導(dǎo)向塊(10)的另一側(cè)與剛性傳動桿(7)，剛性傳動桿(7)上設(shè)有力傳感器(4)，剛性傳動桿(7)的另一端與加載平臺(6)上設(shè)置的加載裝置(14)相連，加載裝置(14)與加載平臺(6)之間設(shè)有滾針軸承(11)，位移傳感器(15)通過卡件固定在主體平臺(1)上，位移傳感器(15)、力傳感器(4)與控制箱(16)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡(17)相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，其特征在于，所述的加載裝置(14)可以是單軸拉伸裝置，也可以是土梁彎曲試驗(yàn)裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，其特征在于，所述的單軸拉伸裝置包括前支擋板(8)及固定在主體平臺(1)上的后支檔板(12),前支檔板(8)通過剛性連接桿(7)與滑軌導(dǎo)向塊(10)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，其特征在于，所述的土梁彎曲試驗(yàn)裝置包括固定與主體平臺(1)上的鉸支支座(13)及裝卸式的金屬套環(huán)(18)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，其特征在于，所述的位移傳感器(15〉數(shù)量至少為一個(gè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，其特征在于，所述的控制箱(16)設(shè)置在主體平臺(1)下部。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，其特征在于，所述的固定鉸支支座(13)的數(shù)量為兩個(gè)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，其特征在于，所述的裝卸式的金屬套環(huán)(18)數(shù)量為四個(gè)
9、 根據(jù)權(quán)利要求4或8所述的一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，其特征在于，所述的金屬套環(huán)(18)分別由四塊板片拼裝成一個(gè)整體，土梁兩端各一板片與鉸支支座(13)相連起固定作用，中部兩塊板片通過剛性連接桿(7)與滑軌導(dǎo)向塊(10)連接，位移傳感器(15)通過卡件設(shè)置在主體平臺(1)上。
全文摘要
一種單軸拉伸與土梁彎曲試驗(yàn)儀，包括一電機(jī)，電機(jī)一側(cè)設(shè)有電動平移臺，電機(jī)與剛性傳動桿相連，剛性傳動桿與滑軌導(dǎo)向塊相連，滑軌導(dǎo)向塊與剛性傳動桿相連，剛性傳動桿上有力傳感器，剛性傳動桿與加載平臺上設(shè)置的加載裝置相連，位移傳感器固定在主體平臺上，位移傳感器、力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡相連，將土體固于加載平臺上，設(shè)定速率，通過電機(jī)帶動電動平移臺，滑軌導(dǎo)向塊帶動加載平臺上的土體即可進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集卡通過位移傳感器、力傳感器采集并保存測量值，具有成本低、加載穩(wěn)定、加載速度慢、可設(shè)應(yīng)變速率和控制的特點(diǎn)。
文檔編號G01N3/08GK101655432SQ20091002342
公開日2010年2月24日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者遜 孫, 張丙印, 李全明, 瑞 魏 申請人:清華大學(xué)