一种蠕变-冲击联合试验装置

1.本发明涉及混凝土蠕变测量技术领域，具体为一种蠕变-冲击联合试验装置。


背景技术：

2.混凝土在常应力作用下应变随时间缓慢增长的现象。试验发现，混凝土的蠕变变形可能达到弹性变形的1～2倍，甚至更大。因此按弹性状态计算得到的混凝土结构的应力和变形只代表荷载开始作用的情况，为了了解结构在整个工作时期的应力和变形，必须考虑材料的蠕变性能。研究混凝土的蠕变和有关的计算理论，对于安全而经济地设计水工混凝土结构和钢筋混凝土结构，具有重要的意义。
3.专利申请号为cn202210217202.6，专利名称为一种用于岩石蠕变和松弛特性试验的恒定加载装置的中国专利，其中公开了通过多级杠杆对岩石进行加载，由于丝杠在加载不会产生竖直位移，因此可以提供恒定大小的加载以及恒定位移的加载，同时满足了岩石蠕变与松弛特性的试验研究要求，现有的蠕变-冲击联合试验装置虽然能够进行恒定位移加载的载荷进行测量，但是却无法对定速率加载的载荷进行测量，在需要进行定速率加载的载荷进行测量时，需要另外的设备进行测量，造成了试验成本的增加。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种蠕变-冲击联合试验装置，以解决上述背景技术中提出的现有的蠕变-冲击联合试验装置虽然能够进行恒定位移加载的载荷进行测量，但是却无法对定速率加载的载荷进行测量，在需要进行定速率加载的载荷进行测量时，需要另外的设备进行测量，造成了试验成本的增加的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种蠕变-冲击联合试验装置，包括：
6.支撑框架，所述包括底板、支柱、横板和支撑板，所述底板和所述支柱固定连接，所述横板和所述支撑板均与所述支柱滑动连接；
7.杠杆机构，所述杠杆机构和所述支撑框架活动连接，所述杠杆机构包括一级杠杆、第一连杆、二级杠杆和凸轮，所述一级杠杆和所述二级杠杆分别与所述第一连杆的两端相连接，所述二级杠杆和所述凸轮相连接；
8.检测台，所述检测台和所述支撑框架固定连接，所述检测台包括冲击底座、侧限约束套和整波块，所述冲击底座和所述侧限约束套相连接，所述侧限约束套和所述整波块活动连接，所述冲击底座上设置有静态压力传感器，所述整波块上设置有压电薄膜传感器；
9.工作件，所述工作件的两端分别和所述杠杆机构与所述检测台相连接，所述工作件包括导向杆套、压杆、滚轮和冲击砝码，所述导向杆套和所述压杆滑动连接，所述滚轮和所述冲击砝码分别设置在所述压杆的两端。
10.优选的，所述支撑框架还包括第一轴套、第二轴套、支架和位移传感器，所述第一轴套设置在所述支柱的圆周外侧壁上，所述第一轴套与所述横板相连接，所述第二轴套设置在所述支柱的圆周外侧壁上，所述第二轴套与所述支撑板相连接，所述支架设置在所述
横板底部边缘处，所述位移传感器设置在所述横板底部远离所述支架一侧。
11.优选的，所述杠杆机构还包括托盘、静压砝码、一级杠杆连接销、二级杠杆连接销和二级杠杆销轴，所述托盘设置在所述一级杠杆的侧壁上，所述静压砝码设置在所述托盘上，一级杠杆连接销设置在所述一级杠杆上并与所述第一连杆相连接，所述二级杠杆连接销设置在所述第一连杆上并与所述二级杠杆相连接，所述二级杠杆销轴设置在所述二级杠杆的外侧壁上并与所述支撑板相连接。
12.优选的，所述检测台还包括油膜、素混凝土、泡沫混凝土，所述油膜设置在所述侧限约束套的内腔侧壁上，所述素混凝土设置在所述侧限约束套的内腔，所述泡沫混凝土设置在所述侧限约束套的内腔并与所述素混凝土相连接。
13.优选的，所述冲击底座的顶部设置有接收端子。
14.优选的，所述整波块的底部设置有发射端子，所述发射端子与所述接收端子相对应。
15.优选的，还包括顶升机构，所述顶升机构安装在所述支撑框架的内侧并与所述杠杆机构连接，所述顶升机构包括固定插销台、丝杠、丝杠螺母和丝杠推盘，所述固定插销台和所述丝杠螺母分别设置在所述丝杠的两端，所述固定插销台与所述底板相连接，所述丝杠螺母与所述横板相连接，所述丝杠推盘设置在所述丝杠的端部，所述丝杠推盘与所述二级杠杆连接。
16.优选的，所述还包括伸缩机构，所述伸缩机构设置在所述底板的侧壁上，所述伸缩机构上的伸缩端与所述一级杠杆相连接。
17.优选的，还包括波速仪，所述波速仪设置在所述底板外侧，所述波速仪信号线分别与所述发射端子和所述接收端子连接。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种蠕变-冲击联合试验装置，通过多级杠杆和伸缩机构可实现最大500kn的定速率及恒定加载，并采用落锤进行冲击应力波加载，冲击能量可调，此外，该装置配备动态、静态压力传感器、波速仪和位移计，可实时监测长期荷载作用下试样的压力、波速和位移变化，该装置恒定荷载输出稳定、试验成本低。
附图说明
19.图1为本发明结构示意图；
20.图2为本发明支撑框架结构示意图；
21.图3为本发明杠杆机构结构示意图；
22.图4为本发明检测台结构示意图；
23.图5为本发明工作件结构示意图；
24.图6为本发明顶升机构结构示意图。
25.图中：100支撑框架、110底板、120支柱、130横板、140第一轴套、150支撑板、160第二轴套、170支架、180位移传感器、200杠杆机构、210一级杠杆、220托盘、230静压砝码、240一级杠杆连接销、250第一连杆、260二级杠杆、270二级杠杆连接销、280二级杠杆销轴、290凸轮、300检测台、310冲击底座、311接收端子、312静态压力传感器、320侧限约束套、330油膜、340整波块、341发射端子、342压电薄膜传感器、350素混凝土、360泡沫混凝土、400工作件、410导向杆套、420压杆、430滚轮、440冲击砝码、500顶升机构、510固定插销台、511固定
插销、520丝杠、530丝杠螺母、540丝杠推盘、600伸缩机构、700波速仪。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明提供一种蠕变-冲击联合试验装置，通过多级杠杆和伸缩机构可实现最大500kn的定速率及恒定加载，并采用落锤进行冲击应力波加载，冲击能量可调，此外，该装置配备动态、静态压力传感器、波速仪和位移计，可实时监测长期荷载作用下试样的压力、波速和位移变化，该装置恒定荷载输出稳定、试验成本低，请参阅图1，包括：支撑框架100、杠杆机构200、检测台300、工作件400、顶升机构500、伸缩机构600和波速仪700；
28.请参阅图1-2，包括底板110、支柱120、横板130和支撑板150，底板110和支柱120固定连接，横板130和支撑板150均与支柱120滑动连接，支撑框架100还包括第一轴套140、第二轴套160、支架170和位移传感器180，第一轴套140设置在支柱120的圆周外侧壁上，第一轴套140与横板130相连接，第二轴套160设置在支柱120的圆周外侧壁上，第二轴套160与支撑板150相连接，支架170设置在横板130底部边缘处，位移传感器180设置在横板130底部远离支架170一侧，支柱120的数量为四个，呈矩形安装在底板110的顶部四角，支柱120与底板110之间通过螺纹可拆卸连接，第一轴套140的数量为八个，第一轴套140通过螺纹连接或者螺栓连接可拆卸安装在支柱120的圆周外侧壁上，横板130套接在四个支柱120的圆周外侧壁上，八个第一轴套140均匀分布在横板130的上下两侧，一个支柱120上套接两个第一轴套140，一上一下分布在横板130的上下两侧，通过第一轴套140将横板130固定在支柱120上，第二轴套160的数量为八个，第二轴套160通过螺纹连接或者螺栓连接安装在支柱120的圆周外侧壁上，支撑板150套接在四个支柱120的圆周外侧壁上，八个支撑板150分布在支撑板150的上下两侧，一个支柱120上套接两个第二轴套160，一上一下分布在支撑板150的上下两侧，15水平设置在横板130的上端，支撑板150为框形结构，支架170焊接在横板130的底部左侧边缘处，位移传感器180通过螺栓可拆卸安装在横板130的底部远离支架170的一侧；
29.请参阅图1-2，杠杆机构200和支撑框架100活动连接，杠杆机构200包括一级杠杆210、第一连杆250、二级杠杆260和凸轮290，一级杠杆210和二级杠杆260分别与第一连杆250的两端相连接，二级杠杆260和凸轮290相连接，杠杆机构200还包括托盘220、静压砝码230、一级杠杆连接销240、二级杠杆连接销270和二级杠杆销轴280，托盘220设置在一级杠杆210的侧壁上，静压砝码230设置在托盘220上，一级杠杆连接销240设置在一级杠杆210上并与第一连杆250相连接，二级杠杆连接销270设置在第一连杆250上并与二级杠杆260相连接，二级杠杆销轴280设置在二级杠杆260的外侧壁上并与支撑板150相连接，一级杠杆210通过轴销可拆卸安装在支架170上，一级杠杆210能够以轴销和支架170的连接处为轴心进行翻转，通过支架170将一级杠杆210分割成长边和短边两个部分，托盘220通过轴销可拆卸安装在一级杠杆210长边的外侧壁上远离支架170的一侧，托盘220通过轴销能够在一级杠杆210上翻转，在一级杠杆210翻转时，使得托盘220在重力的作用下始终能够垂直于水平面，一级杠杆210上短边上通过一级杠杆连接销240安装有第一连杆250，第一连杆250上远
离一级杠杆连接销240的一端通过二级杠杆连接销270与二级杠杆260连接，二级杠杆260通过二级杠杆销轴280安装在支撑板150的内侧，二级杠杆260能够以二级杠杆销轴280为轴心进行翻转，通过二级杠杆销轴280将二级杠杆260分割成长边和短边两个部分，二级杠杆连接销270与二级杠杆260上的长边端部连接，凸轮290通过螺栓可拆卸安装在二级杠杆260的短边上，通过二级杠杆260的翻转能够带动凸轮290作弧形运动，在具体使用时，将静压砝码230至于托盘220上，增加托盘220的重量，通过托盘220和静压砝码230的配合使用带动一级杠杆210的长边向下翻转，一级杠杆210上的短边在一级杠杆210上的长边带动下向上翻转，通过一级杠杆210的短边带动第一连杆250上升，通过第一连杆250带动二级杠杆260上的长边向上翻转，通过二级杠杆260上的长边带动二级杠杆260上的短边向下翻转，通过二级杠杆260上的短边带动凸轮290作弧形运动；
30.请参阅图1-2和图4，检测台300和支撑框架100固定连接，检测台300包括冲击底座310、侧限约束套320和整波块340，冲击底座310和侧限约束套320相连接，侧限约束套320和整波块340活动连接，冲击底座310上设置有静态压力传感器312，整波块340上设置有压电薄膜传感器342，检测台300还包括油膜330、素混凝土350、泡沫混凝土360，油膜330设置在侧限约束套320的内腔侧壁上，素混凝土350设置在侧限约束套320的内腔，泡沫混凝土360设置在侧限约束套320的内腔并与素混凝土350相连接，冲击底座310的顶部设置有接收端子311，整波块340的底部设置有发射端子341，发射端子341与接收端子311相对应，冲击底座310通过螺栓可拆卸安装在底板110的顶部远离支架170的一侧，侧限约束套320通过螺纹连接或者螺栓连接可拆卸安装在冲击底座310的顶部凹槽内，从下向上依次将素混凝土350、泡沫混凝土360和素混凝土350置于侧限约束套320的内腔，设置在最下端的素混凝土350与接收端子311和静态压力传感器312接触，再将整波块340置于侧限约束套320的内腔与最上端的素混凝土350接触，使得发射端子341和压电薄膜传感器342与最上端的素混凝土350接触，整波块340与位移传感器180连接，在侧限约束套320的内腔侧壁上涂覆有油膜330，通过油膜330降低摩擦力，避免因摩擦力过大造成的测量误差；
31.请参阅图5，工作件400的两端分别和杠杆机构200与检测台300相连接，工作件400包括导向杆套410、压杆420、滚轮430和冲击砝码440，导向杆套410和压杆420滑动连接，滚轮430和冲击砝码440分别设置在压杆420的两端，导向杆套410通过螺纹连接或者螺栓连接可拆卸安装在横板130的顶部，导向杆套410贯穿横板130的底部，导向杆套410与整波块340相对应，压杆420插接在导向杆套410的内腔，压杆420的一端贯穿导向杆套410设置在横板130和支撑板150之间，压杆420的另一端贯穿导向杆套410设置在横板130的下端，冲击砝码440通过螺纹或者螺栓连接安装在压杆420的底部，冲击砝码440通过螺纹或者螺栓可拆卸与整波块340的顶部连接，滚轮430通过螺栓或者螺纹连接可拆卸安装压杆420的顶部，滚轮430与凸轮290接触，在具体使用时，凸轮290在二级杠杆260短边的带动下作弧形运动，凸轮290上的凸起部分对滚轮430形成向下的压力，通过滚轮430将向下的压力传递到压杆420上，带动压杆420向下运动，通过压杆420带动冲击砝码440向下运动，通过冲击砝码440带动整波块340向下运动，通过整波块340对素混凝土350和泡沫混凝土360形成静压力，通过静态压力传感器312对整波块340和素混凝土350之间的静压力进行监测，在整波块340向下运动时，通过整波块340带动位移传感器180上的测量头运动，通过位移传感器180测量整波块340的位移量；
32.请参阅图1-6，顶升机构500安装在支撑框架100的内侧并与杠杆机构200连接，顶升机构500包括固定插销台510、丝杠520、丝杠螺母530和丝杠推盘540，固定插销台510和丝杠螺母530分别设置在丝杠520的两端，固定插销台510与底板110相连接，丝杠螺母530与横板130相连接，丝杠推盘540设置在丝杠520的端部，丝杠推盘540与二级杠杆260连接，固定插销台510的圆周外侧壁上开设有固定插销511，固定插销台510通过轴承安装在底板110的顶部远离检测台300一侧，固定插销台510通过总成能够在底板110的顶部旋转，丝杠520通过螺栓可拆卸安装在固定插销台510的顶部，丝杠520的顶部贯穿横板130的顶部与丝杠螺母530连接，丝杠520的顶部贯穿丝杠螺母530通过丝杠推盘540与二级杠杆260连接，固定插销511呈环形均匀设置在固定插销台510的圆周外侧壁上，在具体使用时，通过固定插销511带动固定插销台510旋转，横板130上设有通孔，并在通孔内固定有丝杠螺母530，丝杠520圆周外侧壁上设有与丝杠螺母530匹配的外螺纹，并与丝杠螺母530螺纹连接，丝杠520顶部转动连接有丝杠推盘540，丝杠520位于二级杠杆260一端的底部，通过丝杠推盘540抵住二级杠杆260来推动二级杠杆260长边向上移动，二级杠杆260的短边带动凸轮290作弧形运动，通过凸轮290的凸起部位带动压杆420在导向杆套410的内腔竖直向下滑动，通过压杆420带动整波块340向下运动，整波块340用于与素混凝土350接触并对素混凝土350和泡沫混凝土360垂直静载，以此检测恒定位移量的垂直静载；
33.请参阅图1-5，伸缩机构600设置在底板110的侧壁上，伸缩机构600上的伸缩端与一级杠杆210相连接，伸缩机构600通过螺栓可拆卸安装在底板110的侧壁上，伸缩机构600上的伸缩端与一级杠杆210的长边活动连接，通过控制器设定伸缩机构600的定速率，伸缩机构600按照一定的速率回缩，带动一级杠杆210上的长边向下运动，从而带动整波块340一定的速率向下对素混凝土350和泡沫混凝土360施加压力，以此检测恒定速率下的垂直动载；
34.请参阅图1和图4，波速仪700设置在底板110外侧，波速仪700信号线分别与发射端子341和接收端子311连接，在整波块340对素混凝土350和泡沫混凝土360施加压力时，波速仪700通过发射端子341朝向素混凝土350和泡沫混凝土360发射信号，再通过接收端子311接受信号，通过接收端子311将信号传递到波速仪700上，通过波速仪700检测素混凝土350和泡沫混凝土360在压力下的波速。虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：包括：支撑框架（100），所述包括底板（110）、支柱（120）、横板（130）和支撑板（150），所述底板（110）和所述支柱（120）固定连接，所述横板（130）和所述支撑板（150）均与所述支柱（120）滑动连接；杠杆机构（200），所述杠杆机构（200）和所述支撑框架（100）活动连接，所述杠杆机构（200）包括一级杠杆（210）、第一连杆（250）、二级杠杆（260）和凸轮（290），所述一级杠杆（210）和所述二级杠杆（260）分别与所述第一连杆（250）的两端相连接，所述二级杠杆（260）和所述凸轮（290）相连接；检测台（300），所述检测台（300）和所述支撑框架（100）固定连接，所述检测台（300）包括冲击底座（310）、侧限约束套（320）和整波块（340），所述冲击底座（310）和所述侧限约束套（320）相连接，所述侧限约束套（320）和所述整波块（340）活动连接，所述冲击底座（310）上设置有静态压力传感器（312），所述整波块（340）上设置有压电薄膜传感器（342）；工作件（400），所述工作件（400）的两端分别和所述杠杆机构（200）与所述检测台（300）相连接，所述工作件（400）包括导向杆套（410）、压杆（420）、滚轮（430）和冲击砝码（440），所述导向杆套（410）和所述压杆（420）滑动连接，所述滚轮（430）和所述冲击砝码（440）分别设置在所述压杆（420）的两端。2.根据权利要求1所述的一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：所述支撑框架（100）还包括第一轴套（140）、第二轴套（160）、支架（170）和位移传感器（180），所述第一轴套（140）设置在所述支柱（120）的圆周外侧壁上，所述第一轴套（140）与所述横板（130）相连接，所述第二轴套（160）设置在所述支柱（120）的圆周外侧壁上，所述第二轴套（160）与所述支撑板（150）相连接，所述支架（170）设置在所述横板（130）底部边缘处，所述位移传感器（180）设置在所述横板（130）底部远离所述支架（170）一侧。3.根据权利要求2所述的一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：所述杠杆机构（200）还包括托盘（220）、静压砝码（230）、一级杠杆连接销（240）、二级杠杆连接销（270）和二级杠杆销轴（280），所述托盘（220）设置在所述一级杠杆（210）的侧壁上，所述静压砝码（230）设置在所述托盘（220）上，一级杠杆连接销（240）设置在所述一级杠杆（210）上并与所述第一连杆（250）相连接，所述二级杠杆连接销（270）设置在所述第一连杆（250）上并与所述二级杠杆（260）相连接，所述二级杠杆销轴（280）设置在所述二级杠杆（260）的外侧壁上并与所述支撑板（150）相连接。4.根据权利要求3所述的一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：所述检测台（300）还包括油膜（330）、素混凝土（350）、泡沫混凝土（360），所述油膜（330）设置在所述侧限约束套（320）的内腔侧壁上，所述素混凝土（350）设置在所述侧限约束套（320）的内腔，所述泡沫混凝土（360）设置在所述侧限约束套（320）的内腔并与所述素混凝土（350）相连接。5.根据权利要求4所述的一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：所述冲击底座（310）的顶部设置有接收端子（311）。6.根据权利要求5所述的一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：所述整波块（340）的底部设置有发射端子（341），所述发射端子（341）与所述接收端子（311）相对应。7.根据权利要求6所述的一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：还包括顶升机构（500），所述顶升机构（500）安装在所述支撑框架（100）的内侧并与所述杠杆机构（200）连
接，所述顶升机构（500）包括固定插销台（510）、丝杠（520）、丝杠螺母（530）和丝杠推盘（540），所述固定插销台（510）和所述丝杠螺母（530）分别设置在所述丝杠（520）的两端，所述固定插销台（510）与所述底板（110）相连接，所述丝杠螺母（530）与所述横板（130）相连接，所述丝杠推盘（540）设置在所述丝杠（520）的端部，所述丝杠推盘（540）与所述二级杠杆（260）连接，所述固定插销台（510）的圆周外侧壁上开设有固定插销（511）。8.根据权利要求7所述的一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：所述还包括伸缩机构（600），所述伸缩机构（600）设置在所述底板（110）的侧壁上，所述伸缩机构（600）上的伸缩端与所述一级杠杆（210）相连接。9.根据权利要求8所述的一种蠕变-冲击联合试验装置，其特征在于：还包括波速仪（700），所述波速仪（700）设置在所述底板（110）外侧，所述波速仪（700）信号线分别与所述发射端子（341）和所述接收端子（311）连接。

技术总结
本发明公开了混凝土蠕变测量技术领域的一种蠕变-冲击联合试验装置，包括：支撑框架，所述包括底板、支柱、横板和支撑板，所述底板和所述支柱固定连接，所述横板和所述支撑板均与所述支柱滑动连接；杠杆机构，所述杠杆机构和所述支撑框架活动连接，所述杠杆机构包括一级杠杆、第一连杆、二级杠杆和凸轮，该种蠕变-冲击联合试验装置，通过多级杠杆和伸缩机构可实现最大500kN的定速率及恒定加载，并采用落锤进行冲击应力波加载，冲击能量可调，此外，该装置配备动态、静态压力传感器、波速仪和位移计，可实时监测长期荷载作用下试样的压力、波速和位移变化，该装置恒定荷载输出稳定、试验成本低。低。低。


技术研发人员：王振 周航 李胡军 张国凯 吴红晓 顾琳琳 程子睿 周龙
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/9/20