用于测量喷射混凝土与围岩粘结强度的夹具及测量方法

1.本发明涉及土木工程技术领域，更具体的说是涉及一种用于测量喷射混凝土与围岩粘结强度的夹具及测量方法。


背景技术：

2.喷射混凝土与围岩的粘结强度对结构的影响十分重要。粘结强度是保证喷射混凝土与受喷面共同承担和传递受力的基础。
3.喷射混凝土材料具有一定的分散性，不同批次的材料强度存在很大差异，这将导致喷射混凝土与围岩的粘结强度会产生波动，当喷射混凝土在喷射围岩时，对围岩产生外力，同时也会影响喷射混凝土与围岩的粘结强度。
4.目前常用测量喷射混凝土与围岩粘结强度的方法主要包括拉拔法和劈裂法。拉拔法需分别对试样进行钻心取样和预埋构件，钻心取样很难取到完整试件，而预埋构件在拉拔试验中容易出现偏心问题，不利于测量试件真实粘结力。劈裂法在试验中存在线性加载方向与试件水平方向不垂直问题。
5.上述缺陷均会导致粘结强度的测量结果出现偏差。因此，如何克服现有的测量方法中存在的缺陷，提高测量结果准确率和测量效率，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种用于测量喷射混凝土与围岩粘结强度的夹具及测量方法。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种用于测量喷射混凝土与围岩粘结强度的夹具，包括：
9.转动连接的第一加载板和第二加载板；
10.设置在第一加载板和第二加载板一端的第一伸缩螺栓；
11.设置在第一加载板和第二加载板另一端的第二伸缩螺栓和受力装置；
12.以第一加载板和第二加载板中第一伸缩螺栓所在的一端为加载端，用于加载喷射混凝土试件；
13.以第一加载板和第二加载板中第二伸缩螺栓和受力装置所在的一端为受力端，用于接受外部拉力。
14.可选的，所述第一加载板和第二加载板两侧面的相同高度位置上均焊接有开圆孔薄钢片，所述开圆孔薄钢片的圆孔中贯穿有钢棍，所述钢棍外围设置有扭力弹簧，所述第一加载板和第二加载板之间通过贯穿开圆孔薄钢片的钢棍进行连接。
15.可选的，所述第一加载板和第二加载板加载端的相同高度位置开设有相同大小的孔洞，用于放置所述第一伸缩螺栓；
16.所述第一伸缩螺栓用于通过改变自身在加载端的位置，以适应喷射混凝土试件的长度。
17.可选的，所述第一加载板和第二加载板受力端的相同高度位置开设有相同大小的孔洞，用于放置所述第二伸缩螺栓；
18.所述第二伸缩螺栓用于通过旋转螺母改变螺杆长度。
19.可选的，所述受力装置包括焊接在第一加载板和第二加载板受力端的两根光圆钢筋。
20.一种用于测量喷射混凝土与围岩粘结强度的测量方法，使用上述任一项所述的夹具进行测量，包括以下步骤：
21.步骤1、固定试件：将喷射混凝土试件放置在夹具的第一加载板和第二加载板加载端，并夹紧；
22.步骤2、连接电液伺服试验机：将喷射混凝土试件、夹具分别与电液伺服试验机连接；
23.步骤3、加载试件：启动电液伺服试验机，按照预设参数对所述喷射混凝土试件进行位移加载；
24.步骤4、数据处理：获取加载过程中的最大拉力，依据所述最大拉力，确定喷射混凝土试件与围岩的粘结强度。
25.可选的，所述步骤1具体为：
26.步骤1.1、对喷射混凝土试件进行清洗；
27.步骤1.2、将喷射混凝土试件的围岩部分放在夹具的第一加载板和第二加载板加载端；
28.步骤1.3、依据所述喷射混凝土试件的长度改变第一伸缩螺栓在加载端的位置，拧紧第一伸缩螺栓；旋转第二伸缩螺栓的螺母，以调节螺杆长度。
29.可选的，所述步骤2具体为：
30.步骤2.1、将所述喷射混凝土试件的喷射混凝土部分与电液伺服试验机连接固定；
31.步骤2.2、电液伺服试验机夹紧夹具的受力装置。
32.可选的，所述步骤4中，喷射混凝土试件与围岩的粘结强度为：
[0033][0034]
其中，fs表示喷射混凝土试件与围岩的粘结强度，单位为mpa；f
max
表示试验最大荷载，单位为n；a表示喷射混凝土试件与围岩的接触面积，a＝bl，b为喷射混凝土试件的宽度，l为喷射混凝土试件的长度。
[0035]
经由上述的技术方案可知，本发明提供了一种用于测量喷射混凝土与围岩粘结强度的夹具及测量方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0036]
(1)本发明夹具可以根据试件尺寸来改变宽度，并且根据试件长度来设置下端第一伸缩螺栓的位置，可以应用于任何尺寸试件。
[0037]
(2)本发明夹具中使用两种伸缩螺栓，使试件受力更均匀，改善了原有试验不足。
[0038]
(3)本发明还提供了测量喷射混凝土与围岩粘结强度的测量方法，解决现有试验方法的不足。
[0039]
综上，本发明适用于任何尺寸的试件，并且不需要对试件进行预处理，同时还能避免偏心拉拔引起附加弯矩的影响，提高了测量结果的准确度和测量效率。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0041]
图1是本发明夹具的装置侧视图；
[0042]
图2是本发明夹具的装置主视图；
[0043]
图3是本发明夹具的装置俯视图；
[0044]
图4是本发明夹具的伸缩螺栓详图；
[0045]
图5是本发明夹具与电液伺服试验机连接示意图；
[0046]
图6为本发明测量方法步骤流程图；
[0047]
其中，1表示第一加载板，2表示第二加载板，3表示第一伸缩螺栓，4表示第二伸缩螺栓，5表示开圆孔薄钢片，6表示钢棍，7表示扭力弹簧，8表示光圆钢筋；
[0048]
m表示电液伺服试验机，a表示喷射混凝土试件的喷射混凝土部分，b表示喷射混凝土试件的围岩部分。
具体实施方式
[0049]
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。
[0050]
本发明实施例公开了一种用于测量喷射混凝土与围岩粘结强度的夹具，参见图1-图3，包括加载板、开圆孔薄钢片5、钢棍6、扭力弹簧7、两种不同形式的伸缩螺栓(第一伸缩螺栓3和第二伸缩螺栓4)、受力装置等结构。
[0051]
加载板贯穿整个夹具，以受力装置所在的一端为受力端，用于接受外部拉力，则另一端为加载端，用于加载喷射混凝土试件。
[0052]
加载板设置有两个，分别为第一加载板1和第二加载板2；所述第一加载板1和第二加载板2两侧面的相同高度位置上均焊接有开圆孔薄钢片5，故共有四个开圆孔薄钢片5，钢棍6贯穿四个开圆孔薄钢片5，将两个加载板连接起来，所述钢棍6外围设置有扭力弹簧7，所述扭力弹簧7可以设置有多个。两个加载板可以依据所述扭力弹簧7进行转动。
[0053]
第一加载板1由依次焊接的第一矩形钢板、第一平行四边形钢板、第二平行四边形钢板、第二矩形钢板所构成，参见图1，其中第一矩形钢板和第一平行四边形钢板之间成150
°
角焊接，所述第一平行四边形钢板和第二平行四边形钢板之间成120
°
角焊接，所述第二平行四边形钢板与第二矩形钢板之间成150
°
角焊接，第一平行四边形钢板、第二平行四边形钢板两侧同时与开圆孔薄钢片5焊接。所述第二加载板2与第一加载板1形状相同，本实施例不再赘述。
[0054]
第一伸缩螺栓3设置在加载板的加载端。具体的，所述第一加载板1和第二加载板2在加载端的相同高度位置处对应的开设有相同大小的孔洞，所述孔洞成对设置，用于放置所述第一伸缩螺栓3；所述第一伸缩螺栓3用于通过改变自身在加载端的位置，以适应喷射
混凝土试件的长度。在具体实施过程中，用于放置第一伸缩螺栓3的成对孔洞有若干对，所述第一伸缩螺栓3有两个，分别放置在喷射混凝土试件的两侧孔洞中。
[0055]
第二伸缩螺栓4和受力装置设置在加载板的受力端。具体的，第一加载板1和第二加载板2受力端的相同高度位置开设有相同大小的孔洞，所述孔洞成对设置，用于放置所述第二伸缩螺栓4；所述第二伸缩螺栓4用于通过旋转螺母改变螺杆长度。在具体实施过程中，用于放置第二伸缩螺栓4的成对孔洞有若干对，所述第二伸缩螺栓4也可以设置有多个。参见图4，为两种不同形式的伸缩螺栓。所述受力装置包括焊接在第一加载板1和第二加载板2受力端的两根相同大小的光圆钢筋8，与电液伺服试验机上端连接，通过移动电液伺服试验机上端给试件提供荷载。
[0056]
本发明装置中各个零件具体尺寸可设置为：
[0057]
加载板整体尺寸长500mm，宽10mm，高600mm，第一矩形钢板长500mm，宽10mm，高100mm，第一平行四边形钢板长500mm，宽10mm，高200mm，第一平行四边形钢板和第二平行四边形钢板大小相同，第一矩形钢板和第二矩形钢板相同。按照图1所示特定形状焊接后，在加载板下端开相同直径和相同高度的孔洞，孔洞直径为10mm，孔中心距钢板下端10mm，相邻孔心距为60mm，孔数为8。两个加载板由直径为8mm，长为500mm的钢棍6穿过直径为20mm、中心开10mm的孔洞的开圆孔薄钢片5进行连接，两片加载板可以依据钢棍6上的扭力弹簧7转动，扭力弹簧7线径15mm*外径10mm*圈数3圈，同时在下端孔洞处放置两个第一伸缩螺栓3，尺寸为m10*250mm，在特定形状焊接后的加载板上端安装若干个第二伸缩螺栓4，第二伸缩螺栓4为花篮螺栓，在加载板上端中心处焊接两根相同粗细大小的光圆钢筋8。
[0058]
本发明实施例还提供一种用于测量喷射混凝土与围岩粘结强度的测量方法，使用上述所述的夹具进行测量，参见图6，包括以下步骤：
[0059]
步骤1、固定试件：将喷射混凝土试件放置在夹具的第一加载板1和第二加载板2加载端，并夹紧，参见图5。具体包括：
[0060]
步骤1.1、使用丙酮对喷射混凝土试件的表面进行清洗；
[0061]
步骤1.2、将喷射混凝土试件的围岩部分放在夹具的第一加载板1和第二加载板2加载端卡槽中；
[0062]
步骤1.3、依据所述喷射混凝土试件的长度设置第一伸缩螺栓3在加载端的位置，在喷射混凝土试件的两侧分别放置第一伸缩螺栓3，拧紧两个第一伸缩螺栓3；旋转第二伸缩螺栓4的螺母，以调节螺杆长度，夹紧试件，避免在试验过程中试件脱离夹具，同时也为了试件受均匀拉力作用。
[0063]
步骤2、连接电液伺服试验机：将喷射混凝土试件、夹具分别与电液伺服试验机连接，参见图5。具体包括：
[0064]
步骤2.1、将所述喷射混凝土试件的喷射混凝土部分与电液伺服试验机连接固定；
[0065]
步骤2.2、电液伺服试验机夹紧夹具的受力装置(即两个光圆钢筋8)。
[0066]
步骤3、加载试件：启动电液伺服试验机，按照预设参数对所述喷射混凝土试件进行位移加载；所述预设参数为电液伺服试验机的加载速度，具体可设置为0.005mm/min。
[0067]
步骤4、数据处理：获取加载过程中的最大拉力，依据所述最大拉力，确定喷射混凝土试件与围岩的粘结强度：
[0068][0069]
其中，fs表示喷射混凝土试件与围岩的粘结强度，单位为mpa；f
max
表示试验最大荷载，单位为n；a表示喷射混凝土试件与围岩的接触面积，a＝bl，b为喷射混凝土试件的宽度，l为喷射混凝土试件的长度。
[0070]
下面结合具体实施例对本发明的方案进行描述。
[0071]
夹具根据试件尺寸来选择第一伸缩螺栓3拧紧的位置，同时夹具上端的第二伸缩螺栓4也进行拧紧，这两种螺栓为了防止试件在拉拔过程中从夹具中脱离，使试件受力均匀，避免出现偏心弯矩。夹具下端夹住试件，上端光圆钢筋8与电液伺服试验机相连，通过对电液伺服试验机进行控制，进而移动夹具位置进行实验加载，试件最终破坏来测量喷射混凝土与围岩粘结强度大小。
[0072]
为了准确计算出喷射混凝土与围岩的粘结力大小，在具体实施过程中可以取六个尺寸为150mm*150mm*150mm的立方体试件进行加载。所述试件是将混凝土喷射在围岩上，进行养护，28天完成后，根据试验需要，切割成需要的立方体尺寸，测量出粘结强度。加载所用夹具和方法参见上述实施例中的内容。
[0073]
根据破坏面的位置和破坏面形状，来判断此次试验是否在喷射混凝土与围岩的接触面发生破坏，如果未发生在接触面处，调整喷射混凝土与电液伺服试验机的夹持深度，以及夹具与围岩的夹持深度，直至在接触面发生破坏，进而更加准确地测量粘结强度的大小。
[0074]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0075]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。