本發(fā)明涉及栓釘和混凝土作用體系下的拉伸試驗(yàn)，屬于力學(xué)性能檢測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

栓釘(電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘)作為目前工程建筑領(lǐng)域最為常用的連接件，以其施工方便，造價(jià)低的特點(diǎn)為廣大工程技術(shù)人員熟知。目前，對(duì)栓釘?shù)难芯恐饕性趯⑵渥鳛榭辜暨B接件方面，分析其抗剪切性能和失效機(jī)理，而對(duì)于拉伸性能僅僅局限于栓釘本身，忽略了其具體的工作環(huán)境，即栓釘通常是與混凝土相互作用。

伴隨著國家逐步在建筑行業(yè)推廣裝配式結(jié)構(gòu)，混凝土預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)會(huì)越來越多，越來越復(fù)雜，這其中就會(huì)涉及到作為連接件的栓釘與混凝土的作用體系，這就需要考慮作為連接件的栓釘在與混凝土作用時(shí)的力學(xué)性能分析，比如與不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土作用，又如與不同截面的混凝土結(jié)構(gòu)作用，再比如帶頭或者光頭又或者帶螺紋的不同栓釘與混凝土作用等等，這些都需要做嚴(yán)格的測(cè)試，測(cè)試中還需考慮到栓釘?shù)穆裆?，栓釘截面與混凝土截面的比值等變量，而現(xiàn)有的測(cè)試裝置和方法還沒有涉及到上述問題。

中國專利CN203606214U(2014.05.21)公開了一種焊接螺柱拉伸試驗(yàn)夾緊裝置，其通過焊接將栓釘固定在試件上，再通過壓板和底板夾持住試件，從而完成拉伸過程。

中國專利CN103234814B(2015.09.30)公開了一種栓釘焊接拉伸試驗(yàn)夾具及其拉伸方法，栓釘上部通過卡接缺口固定，下部通過鋼板固定，從而完成拉伸過程。

中國專利CN201765073U(2011.03.16)公開了一種栓釘檢測(cè)裝置，該裝置通過楔塊，螺釘和上下加載頭實(shí)現(xiàn)栓釘?shù)睦鞕z測(cè)。

因此，拉伸受力也是導(dǎo)致該連接結(jié)構(gòu)失效的一個(gè)因素，所以設(shè)計(jì)一套適用于栓釘與混凝土結(jié)構(gòu)的拉伸試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法對(duì)于研究其失效機(jī)理是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種栓釘混凝土拉伸試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，評(píng)估測(cè)試不同參數(shù)條件(比如空腔截面不同，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同，栓釘截面與混凝土截面的比值不同，栓釘埋深不同等)下的栓釘混凝土體系拉伸性能，進(jìn)一步研究栓釘混凝土的失效機(jī)理。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種栓釘混凝土拉伸試驗(yàn)裝置，包括底座和測(cè)量定位件，所述底座包含平行的上端板和下端板，上端板和下端板之間垂直連接有連接件，連接件內(nèi)有空腔，上端板和下端板上均開有通孔，且通孔與空腔連通；所述測(cè)量定位件上有一平面，所述平面長度大于等于下端板長度，所述平面中心開有孔。

所述上端板和下端板的橫截面外輪廓為圓形或正多邊形。

所述連接件為組合體，即分為上下兩個(gè)組合部件，通過螺紋或銷釘?shù)冗B接。

所述連接件橫截面的外輪廓為圓形或正多邊形。

進(jìn)一步，連接件的橫截面為變截面或等截面，其壁厚為定值或非定值。

所述空腔為貫穿連接件上下端面的等截面腔體，所述截面為圓形或正多邊形。

進(jìn)一步，空腔為變截面腔體。

所述測(cè)量定位件縱截面呈⊥形，其豎直邊上開有連接固定孔。

所述下端板的上表面與測(cè)量定位件的平面之間為位移計(jì)。

上端板和下端板與連接件之間采用焊接相連。

一種采用上述拉伸試驗(yàn)裝置的栓釘拉混凝土拉伸試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

①制樣，將栓釘貼有應(yīng)變片的一端穿過上端板的通孔插入空腔中，然后向空腔內(nèi)澆筑混凝土直到混凝土上表面與上端板的上表面平齊，栓釘?shù)牧硪欢舜┻^測(cè)量定位件的平面上的孔并與之固定，平面與下端板之間關(guān)于栓釘對(duì)稱設(shè)置兩臺(tái)位移計(jì)，整個(gè)過程確保栓釘?shù)妮S線與上端板，下端板以及空腔的中軸線重合；

②裝樣，將栓釘?shù)淖杂啥伺c萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)的上夾頭連接，下端板通過鋼管與下夾頭連接；

③加載，在彈性范圍內(nèi)以栓釘屈服荷載的1/4、2/4、3/4荷載對(duì)栓釘進(jìn)行重復(fù)張拉加載、卸載多次(例如3次，4次，具體次數(shù)可根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)調(diào)整)，然后張拉直至栓釘破壞。

④試樣切割，將連接件切割開(即沿軸向切開連接件的外壁)，保留空腔內(nèi)完整的混凝土結(jié)構(gòu)。

制樣步驟中，所述應(yīng)變片包括軸向和周向兩組應(yīng)變片，所述栓釘包括光圓型和螺紋型(即桿部是否帶有螺紋，不帶螺紋為光圓型)。

制樣步驟中，選擇上端板通孔孔徑與空腔截面直徑比值不同的一系列組合制樣。

本發(fā)明通過底座將栓釘與混凝土結(jié)合，通過變換連接件空腔的截面形狀，或者上端板通孔孔徑與空腔截面直徑比，或者混凝土強(qiáng)度等級(jí)，或者栓釘埋深，或者栓釘截面與混凝土截面的比值，又或者栓釘買入深度等參數(shù)，從而獲得不同條件下不同類型栓釘(光圓型或螺紋型)的拉伸斷裂數(shù)值，為進(jìn)一步研究栓釘-混凝土體系下斷裂機(jī)理，建立失效模型打下基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的拉伸試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中連接件截面為圓形且空腔截面為圓形時(shí)的拉伸試驗(yàn)裝置示意圖；

圖3是圖2的爆炸示意圖；

圖4為不同形式的栓釘結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5和圖6為不同形式的連接件和空腔結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本發(fā)明拉伸試驗(yàn)裝置的基本構(gòu)成圖，包括底座和測(cè)量定位件5，底座包含平行的上端板1和下端板2，上端板1和下端板2均為一塊中心開通孔的矩形厚鋼板，上端板1和下端板2之間垂直連接有連接件4，連接件4為鋼管，連接件4內(nèi)的空腔3與上端板1和下端板2上的通孔連通，下端板2的通孔內(nèi)加工有螺紋(拉伸時(shí)，可將一根端部帶有螺紋的鋼管或鋼棒旋入其中，然后與拉伸機(jī)的下夾頭連接)；測(cè)量定位件5為一塊縱截面呈⊥形的鋼質(zhì)構(gòu)件，下端面為平面6，平面6長度等于下端板2長度(這里的長度是指結(jié)構(gòu)件三維尺寸中最大的尺寸)，平面6中心開有孔，用于穿過栓釘9?！托螠y(cè)量定位件5的豎直邊上有一排關(guān)于中心對(duì)稱的圓孔。

如圖2所示，將上端板1，鋼管形連接件4和下端板2焊接構(gòu)成底座，造型類似繞線盤，確保鋼管形連接件4的中心軸線與上下端板的中心線重合。下端板2上接近4個(gè)端角部分開有螺栓連接孔。制備試樣時(shí)，選擇光圓型或螺紋型栓釘9，在栓釘9桿部貼上軸向和周向應(yīng)變片13，將其頭部一端經(jīng)上端板1的通孔放入鋼管形連接件4的空腔3中，然后向空腔3中澆筑混凝土，混凝土上平面與上端板1的表面平齊，待凝固后，利用下端板2四個(gè)端角處的螺栓孔和螺栓在其下方再連接一塊同尺寸的下端板2，利用下端板2通孔中的螺紋連接一跟帶外螺紋的鋼棒10。下端板2的上表面上且在連接件4的兩側(cè)放置一對(duì)位移計(jì)8，采用一對(duì)C形夾11夾持兩塊下端板2無位移計(jì)8的兩條重合邊緣。栓釘9的上部穿過測(cè)量定位件5下端的平面6中心位置的孔，并用緊固件12配合螺栓和豎直邊上的連接固定孔7固定，固定時(shí)確保位移計(jì)8上下兩端分別與測(cè)量定位件5的平面6和下端板2的上表面貼合。栓釘9的自由端與拉伸試驗(yàn)機(jī)的上夾頭連接，鋼棒10與下夾頭連接。

制備試樣時(shí)，可選擇不同類型的參數(shù)組合，包括以下方面：

①不同類型的栓釘9，例如光圓型和螺紋型，如圖4所示；

②連接件4的外壁輪廓(等截面或變截面)不同或壁厚不同，空腔3的截面形狀(等截面或變截面)不同，如圖5和圖6；

③空腔3的上端面外徑與上端板1中心通孔的外徑不同比值系列；

④栓釘9插入連接件4中深度不同；

⑤栓釘9的直徑與連接件4最小外徑不同比值系列。

⑥不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

以上參數(shù)可以任意混搭組合，比如①和②，⑤，③和④等等。

拉伸加載時(shí)，在彈性范圍內(nèi)以栓釘9屈服荷載的1/4、2/4、3/4荷載對(duì)栓釘9進(jìn)行重復(fù)張拉加載、卸載多次(例如3次，4次，具體次數(shù)可根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)調(diào)整)，然后張拉直至栓釘破壞。采用兩個(gè)位移計(jì)8所檢測(cè)得到的結(jié)果平均值作為試驗(yàn)的位移值。拉伸結(jié)束后，將連接件4切割開，觀察空腔3內(nèi)混凝土的失效情況。

通過設(shè)計(jì)不同的拉伸試驗(yàn)組合得出初始剛度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、最大位移、破壞形式等數(shù)據(jù)，然后分析建模，推導(dǎo)建立栓釘與混凝土結(jié)構(gòu)的失效模型。