CN117664548B - 一种cfrp加固梁耐久性试验设备及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加固梁试验技术领域，具体涉及一种CFRP加固梁耐久性试验设备及试验方法。本发明提供一种CFRP加固梁耐久性试验设备，包括对加固梁构件提供负载测试空间的框架结构、至少两个设置在负载测试空间内用于支撑以及调节加固梁构件高度的升降台和多个在加固梁构件宽度方向等距固定在负载测试空间的负载测试装置。本设备通过加固梁构件、框架结构、升降台和负载测试装置的相互配合，通过负载测试装置模拟出不同车型的模拟车辆，赋予模拟车辆相应重量、轮距、运动方向、数量，以达到真实模拟的效果，同时可进行不同负载测试模式的测试，解决了现有技术无法模拟真实场景，无法保证试验效果的问题。

Description

一种CFRP加固梁耐久性试验设备及试验方法

技术领域

本发明涉及加固梁试验技术领域，具体涉及一种CFRP加固梁耐久性试验设备及试验方法。

背景技术

CFRP（碳纤维增强聚合物）加固梁是一种结构加固技术，使用碳纤维布或板材与聚合物基体结合，以增强混凝土、钢或木等基材的承载能力和耐久性，通常应用于桥梁工程、建筑结构、道路工程等多个工程和建筑领域。在CFRP加固梁投入使用前需要使用试验设备评估其耐久性，有助于验证CFRP加固的效果是否符合设计要求，并确保加固后的结构能够在预期的使用寿命内保持安全和可靠。

现有技术公开号CN208076145U公开的一种用于CFRP材料加固梁耐久性试验装置，为了模拟不同车辆驶过加固梁试件而通过将不同重量的金属板放置于放置腔内，通过多个金属轮的重量直接作用于加固梁试件上以进行负载测试。上述现有技术一方面仅能产生几个固定重量的负载测试，测试范围较为有限，另一方面多个金属轮位置集中致使不能更为真实地模拟现实不同车型、车轮分散的负载场景，试验效果无法保证。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种CFRP加固梁耐久性试验设备及试验方法，能够有效解决现有技术负载测试范围有限、不能真实模拟现实负载场景的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种CFRP加固梁耐久性试验设备，包括对加固梁构件提供负载测试空间的框架结构、至少两个设置在负载测试空间内用于支撑以及调节加固梁构件高度的升降台和多个在加固梁构件宽度方向等距固定在负载测试空间的负载测试装置；

所述负载测试装置包括多个可相对于加固梁构件静止或在加固梁构件长度方向上运动的施力组件，所述施力组件包括上下分布的上运动体与下运动体，所述上运动体与下运动体相对侧分别固定设置有上电磁板与下电磁板，且上电磁板与下电磁板相斥设置并分别连接有外置直流电源，所述外置直流电源电性连接有控制器，所述下运动体在受到竖直向下的力后具有向上运动的趋势，所述下电磁板的侧面固定有至少一个振动件，所述下运动体的下端转动设置有两个行驶轮，且两个行驶轮的轮距可调；

所述负载测试空间框架结构内设置有用于实时监测加固梁构件的应变、位移参数的智能监测***。

进一步地，所述框架结构包括底支撑板和固定在底支撑板上端的两个侧支撑板，所述侧支撑板在宽度方向上等距开设有与负载测试装置数目相等的定位槽。

进一步地，所述负载测试装置还包括两个定位板，所述定位板与定位槽定位配合，两个所述定位板之间上下平行设置有横导向杆与螺纹杆，且横导向杆与定位板固定连接、螺纹杆与定位板转动连接，其中一个所述定位板上固定安装有用于驱动螺纹杆的驱动件；

所述上运动体滑动套设在横导向杆上，所述下运动体内水平开设有贯通槽，所述贯通槽内壁对称开设有两个边槽，两个所述边槽内对称设置有螺纹啮合结构；

所述螺纹啮合结构包括固定设置在边槽内壁的直线电机，所述直线电机的运动端固定设置有伸缩件，所述伸缩件的伸缩端固定有可与螺纹杆啮合的半螺母。

进一步地，所述上运动体的下端固定有多个竖导向杆，所述竖导向杆的下端滑动插设于下运动体上端，所述竖导向杆外套设有弹性件，所述弹性件的两端分别与上运动体、下运动体固接。

进一步地，所述上运动体与下运动体相对侧且在上电磁板、下电磁板的***固接有磁屏蔽罩。

进一步地，两个所述行驶轮的轮距调节范围为2.4—4m。

进一步地，所述上电磁板与下电磁板产生的磁斥力范围在250—25000*g，其中g=9.8N/kg。

一种CFRP加固梁耐久性试验设备的试验方法，包括以下步骤：

S1.将加固梁构件在宽度方向上推送至升降台上，通过升降台下落加固梁构件以使行驶轮与加固梁构件的上表面存在间隙；

S2.根据加固梁构件的宽度范围确定负载测试的车型并通过多个施力组件形成模拟车辆，确定模拟车辆的数量以及各自的运动方向，并确定负载测试模式，所述负载测试模式包括静态、动态、脉冲测试模式；

S3.进行负载测试并在测试过程中通过智能监测***实时监测加固梁构件的应变、位移参数并生成试验数据。

本发明提供的技术方案，与已知的现有技术相比，具有如下有益效果：

本设备通过加固梁构件、框架结构、升降台和负载测试装置的相互配合，通过负载测试装置模拟出不同车型的模拟车辆，赋予模拟车辆相应重量、轮距、运动方向、数量，以达到真实模拟的效果，同时可进行不同负载测试模式的测试，解决了现有技术无法模拟真实场景，无法保证试验效果的问题。

附图说明

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的立体图；

图2为本发明负载测试装置的立体图；

图3为本发明框架结构的立体图；

图4为本发明施力组件的剖视图；

图5为本发明施力组件的立体图。

图中的标号分别代表：1、加固梁构件；2、框架结构；21、侧支撑板；211、定位槽；22、底支撑板；3、升降台；4、负载测试装置；41、定位板；42、横导向杆；43、螺纹杆；44、施力组件；441、上运动体；442、下运动体；4421、贯通槽；4422、边槽；443、上电磁板；444、下电磁板；445、磁屏蔽罩；446、竖导向杆；447、振动件；448、螺纹啮合结构；4481、直线电机；4482、伸缩件；4483、半螺母；449、行驶轮；45、驱动件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例：

参照图1至图5，一种CFRP加固梁耐久性试验设备，包括对加固梁构件1提供负载测试空间的框架结构2、至少两个设置在负载测试空间内用于支撑以及调节加固梁构件1高度的升降台3（为现有技术）和多个在加固梁构件1宽度方向等距固定在负载测试空间的负载测试装置4。本设备通过加固梁构件1、框架结构2、升降台3和负载测试装置4的相互配合，可将不同尺寸的加固梁构件1借助外界设备（如液压推力机）推送至升降台3之上，并使用升降台3将不同厚度的加固梁构件1与负载测试装置4的最下端存在间隙，后通过负载测试装置4模拟出不同车型的模拟车辆，赋予模拟车辆相应重量、轮距、运动方向、数量，以达到真实模拟的效果，同时可进行不同负载测试模式（静态负载、动态负载以及脉冲负载）的测试，解决了现有技术无法模拟真实场景，无法保证试验效果的问题。

具体的，参照图3，框架结构2包括底支撑板22和固定在底支撑板22上端的两个侧支撑板21，侧支撑板21在宽度方向上等距开设有与负载测试装置4数目相等的定位槽211，另外可采用现有技术常见的固定方式进行固定，如螺纹固定，需要说明的是，侧支撑板21的宽度是不作限制的，以实际布置场景以及试验需要为限，相应的也需要布置相同数量的负载测试装置4对加固梁构件1在宽度范围内不同位置的负载测试。

具体的，参照图1至图2、图4至图5，负载测试装置4包括多个可相对于加固梁构件1静止或在加固梁构件1长度方向上运动的施力组件44，由于施力组件44作为形成模拟车辆的单体，施力组件44可按需设定静止和可运动状态的数量，可运动状态的施力组件44构成了模拟相应车型的车辆，如轿车、SUV、跨界车辆、卡车、货车等，不同车型的车辆具有不同数量的车轮。

更具体的，参照图4至图5，施力组件44包括上下分布的上运动体441与下运动体442，上运动体441与下运动体442相对侧分别固定设置有上电磁板443与下电磁板444，且上电磁板443与下电磁板444相斥设置（即磁极方向相反设置）并分别连接有外置直流电源，通过外界直流电源对上电磁板443与下电磁板444通电以产生相斥的磁场，由于下运动体442相对于上运动体441活动设置，以通过下运动体442间接地向加固梁构件1传递相应压力以进行负载测试，以形成模拟车辆重量对加固梁构件1产生的重力（负载）影响，外置直流电源电性连接有现有技术的控制器（图中未画出），通过控制器可对上述磁斥力的大小进行改变、保持恒定、动态变化、瞬时变化以满足静态负载、动态负载、脉冲负载的测试，上电磁板443与下电磁板444产生的磁斥力范围在250—25000*g，其中g=9.8N/kg，上述磁斥力范围即为不同车型的车辆的重力范围。需要说明的是，上述静态负载测试为一个恒定的负载，施加在加固梁构件1上并保持不变，可模拟加固梁构件1在静止或常态条件下所承受的负载，用于评估加固梁构件1的静态稳定性和承载能力；上述动态负载是以变化的频率或振动施加在加固梁构件1上的负载，可模拟加固梁构件1在地震、风、机械振动等动态环境下的响应，适用于需要评估加固梁构件1在地震等动态条件下的稳定性和耐久性的情况，在下电磁板444的侧面固定有至少一个振动件447（为振动器）的目的也在于此；上述脉冲负载是以瞬时冲击或冲击负载形式作用在结构上的负载，可模拟加固梁构件1在***、碰撞或其他瞬时冲击事件中的响应，用于评估加固梁构件1在意外事故或紧急情况下的抗冲击性能。

为了尽量避免上电磁板443与下电磁板444产生磁场对外界的影响而在上运动体441与下运动体442相对侧且在上电磁板443、下电磁板444的***固接有磁屏蔽罩445，通过磁屏蔽罩445使磁场仅在磁屏蔽罩445内侧起作用，另外的上运动体441与下运动体442同样采用磁屏蔽材料做成以达到上述目的。

另外使常态下的下运动体442在受到竖直向下的力后具有向上运动的趋势，使下运动体442在常态下为弹性抬升状态，以保证在无磁场影响下而不会对加固梁构件1产生重力影响，实现此目的设置如下：上运动体441的下端固定有多个竖导向杆446，竖导向杆446的下端滑动插设于下运动体442上端，竖导向杆446外套设有弹性件，弹性件的两端分别与上运动体441、下运动体442固接，在弹性件无磁斥力影响下使下运动体442处于抬升状态，在有磁斥力影响下，向下推动下运动体442而对加固梁构件1产生压力，进行负载测试。

下运动体442的下端转动设置有两个行驶轮449，且两个行驶轮449的轮距可调，两个行驶轮449的轮距可调方式较为多样，如液压机，目的是使两个行驶轮449的轮距符合相应车型的模拟车辆，而现实中不同车型的车辆的两个行驶轮449的轮距调节范围为2.4—4m，可在此范围内进行相应调节。

参照图1至图3，为实现负载测试装置4在框架结构2的定位及固定而作以下设置：负载测试装置4还包括两个定位板41，定位板41与定位槽211定位配合，此定位配合为定位槽211、定位板41采用具有限位性结构特征，两个定位板41之间上下平行设置有横导向杆42与螺纹杆43，且横导向杆42与定位板41固定连接、螺纹杆43与定位板41转动连接，其中一个定位板41上固定安装有用于驱动螺纹杆43的驱动件45（驱动电机），可通过驱动件45设定驱动速度、驱动方向以确定模拟车辆的行驶速度、行驶方向，在下运动体442处于可运动状态时，通过驱动件45驱动螺纹杆43，负载测试装置4在横导向杆42、螺纹杆43两线限制下进行加固梁构件1长度方向的运动，实现模拟车辆相对于加固梁构件1的运动，在达到螺纹杆43一端极限位置处时，驱动件45要反向驱动。需要说明的是，由于负载测试装置4本身重力相对于横导向杆42重力均衡，在负载测试装置4相对于加固梁构件1处于静止状态时，不会发生偏斜，另外可作支撑、限位措施。

更具体的，上运动体441滑动套设在横导向杆42上，横导向杆42对上运动体441进行导向，横导向杆42可以为圆形，但优选为方形以进行限位。为了实现负载测试装置4相对于加固梁构件1静止和可运动状态的切换而进行以下设置：1、下运动体442内水平开设有贯通槽4421，贯通槽4421内壁对称开设有两个边槽4422，两个边槽4422内对称设置有螺纹啮合结构448，在处于可运动状态下的负载测试装置4对加固梁构件1施加压力时，下运动体442相对下降，但由于贯通槽4421的存在而不会发生运动干涉。

更为具体的，螺纹啮合结构448包括固定设置在边槽4422内壁的直线电机4481，直线电机4481的运动端（滑块）固定设置有伸缩件4482（为电动伸缩杆），伸缩件4482的伸缩端固定有可与螺纹杆43啮合的半螺母4483，相对于加固梁构件1处于静止状态的负载测试装置4中半螺母4483与螺纹杆43存在间距，不受螺纹杆43的转动影响，当负载测试装置4需要切换至可运动状态时，通过直线电机4481调节半螺母4483的竖直位置、通过伸缩件4482调节半螺母4483的水平位置，在半螺母4483与螺纹杆43位置对应时，通过直线电机4481与伸缩件4482的配合实现半螺母4483与螺纹杆43的啮合，位置确定可采用智能元件实现，如光电式对射型传感器，在此需要说明的是，由此结构的设计，可同时进行不同位置的静态负载测试与动态负载测试。

另外，本设备还包括负载测试空间框架结构2内设置有用于实时监测加固梁构件1的应变、位移等参数的智能监测***，此智能监测***为现有技术，可进行数据采集、处理、监测、报警、分析等功能，以实时监测分析负载测试。

基于以上内容而另外提供了一种CFRP加固梁耐久性试验设备的试验方法，包括以下步骤：

S1.将加固梁构件1在宽度方向上推送至升降台3上，通过升降台3下落加固梁构件1以使行驶轮449与加固梁构件1的上表面存在间隙，需要说明的是，在推送加固梁构件1前，升降台3的上端处于最低位置以提供更大的推送空间；

S2.根据加固梁构件1的宽度范围确定负载测试的车型并通过多个施力组件44形成模拟车辆，确定模拟车辆的数量以及各自的运动方向，并确定负载测试模式，负载测试模式包括静态、动态、脉冲测试模式；

S3.进行负载测试并在测试过程中通过智能监测***实时监测加固梁构件1的应变、位移参数并生成试验数据。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种CFRP加固梁耐久性试验设备，其特征在于，包括对加固梁构件（1）提供负载测试空间的框架结构（2）、至少两个设置在负载测试空间内用于支撑以及调节加固梁构件（1）高度的升降台（3）和多个在加固梁构件（1）宽度方向等距固定在负载测试空间的负载测试装置（4）；

所述负载测试装置（4）包括多个可相对于加固梁构件（1）静止或在加固梁构件（1）长度方向上运动的施力组件（44），所述施力组件（44）包括上下分布的上运动体（441）与下运动体（442），所述上运动体（441）与下运动体（442）相对侧分别固定设置有上电磁板（443）与下电磁板（444），且上电磁板（443）与下电磁板（444）相斥设置并分别连接有外置直流电源，所述外置直流电源电性连接有控制器，所述下运动体（442）在受到竖直向下的力后具有向上运动的趋势，所述下电磁板（444）的侧面固定有至少一个振动件（447），所述下运动体（442）的下端转动设置有两个行驶轮（449），且两个行驶轮（449）的轮距可调；

所述负载测试空间的框架结构（2）内设置有用于实时监测加固梁构件（1）的应变、位移参数的智能监测***；

所述负载测试装置（4）还包括两个定位板（41），所述定位板（41）与定位槽（211）定位配合，两个所述定位板（41）之间上下平行设置有横导向杆（42）与螺纹杆（43），且横导向杆（42）与定位板（41）固定连接、螺纹杆（43）与定位板（41）转动连接，其中一个所述定位板（41）上固定安装有用于驱动螺纹杆（43）的驱动件（45）；

所述上运动体（441）滑动套设在横导向杆（42）上，所述下运动体（442）内水平开设有贯通槽（4421），所述贯通槽（4421）内壁对称开设有两个边槽（4422），两个所述边槽（4422）内对称设置有螺纹啮合结构（448）；

所述螺纹啮合结构（448）包括固定设置在边槽（4422）内壁的直线电机（4481），所述直线电机（4481）的运动端固定设置有伸缩件（4482），所述伸缩件（4482）的伸缩端固定有可与螺纹杆（43）啮合的半螺母（4483）。

2.根据权利要求1所述的一种CFRP加固梁耐久性试验设备，其特征在于，所述框架结构（2）包括底支撑板（22）和固定在底支撑板（22）上端的两个侧支撑板（21），所述侧支撑板（21）在宽度方向上等距开设有与负载测试装置（4）数目相等的定位槽（211）。

3.根据权利要求1所述的一种CFRP加固梁耐久性试验设备，其特征在于，所述上运动体（441）的下端固定有多个竖导向杆（446），所述竖导向杆（446）的下端滑动插设于下运动体（442）上端，所述竖导向杆（446）外套设有弹性件，所述弹性件的两端分别与上运动体（441）、下运动体（442）固接。

4.根据权利要求1所述的一种CFRP加固梁耐久性试验设备，其特征在于，所述上运动体（441）与下运动体（442）相对侧且在上电磁板（443）、下电磁板（444）的***固接有磁屏蔽罩（445）。

5.根据权利要求1所述的一种CFRP加固梁耐久性试验设备，其特征在于，两个所述行驶轮（449）的轮距调节范围为2.4—4m。

6.根据权利要求1所述的一种CFRP加固梁耐久性试验设备，其特征在于，所述上电磁板（443）与下电磁板（444）产生的磁斥力范围在250—25000*g，其中g=9.8N/kg。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的CFRP加固梁耐久性试验设备的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将加固梁构件（1）在宽度方向上推送至升降台（3）上，通过升降台（3）下落加固梁构件（1）以使行驶轮（449）与加固梁构件（1）的上表面存在间隙；

S2.根据加固梁构件（1）的宽度范围确定负载测试的车型并通过多个施力组件（44）形成模拟车辆，确定模拟车辆的数量以及各自的运动方向，并确定负载测试模式，所述负载测试模式包括静态、动态、脉冲测试模式；

S3.进行负载测试并在测试过程中通过智能监测***实时监测加固梁构件（1）的应变、位移参数并生成试验数据。