塑性混凝土试件弹性模量试验的方法及设备与流程

1.本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种用于对水利工程中采用的塑性混凝土试件进行弹性模量试验的方法及设备。


背景技术：

2.塑性混凝土是一种水泥用量较低，并掺加较多的膨润土、粘土等材料的大流动性混凝土，具有低强度、低弹模和大应变等特性，是一种柔性材料，可以很好地与较软的地基基础相适应，同时又具有很好的防渗性能，在水利工程的防渗中应用较多。其中，静力抗压弹性模量是塑性混凝土的一个重要力学指标，它反映了塑性混凝土所受应力与所产生应变之间的关系，在水利工程中，静力抗压弹性模量是进行塑性混凝土配合比设计的一个重要参数，因此，在应用塑性混凝土之前，需对塑性混凝土试件进行试验。
3.目前，水利行业内进行塑性混凝土弹性模量试验一般采用动力源为液压系统的普通压力机进行弹性模量试验，如采用图1所示的压力机结构，采用高压液压源为动力源，其上压板n在外力作用下与安装在下压板t上试件的上表面贴合后停止，然后下压板在液压缸推动作用下上升以对试件进行挤压。下压板两侧安置一对千分表m，通过一对千分表对静力抗压试验过程中塑性混凝土试件的变形量进行测量。或者，采用如中国专利号为cn202471504u、名称为塑性混凝土全量程静力抗压弹性模量试验架公开的结构，其上压板两端固两只上接杆，下压板两端固接着两只下接杆，双向连接件里端与上接杆配合连接，双向连接件外端配合安装着测量装置，在上接杆上通过双向连接件安装的测量装置其测量头与下接杆顶端的支座相配合，测量装置为千分表或位移传感器。
4.采用上述压力机或试验架按现行的塑性混凝土弹性模量试验规程进行塑性混凝土试件弹性模量试验时，采用液压源为动力源，且测量力值范围大，因此对塑性混凝土试件进行弹性模量试验时精确度差，过程可控性也差；上述设备采用千分表进行试件的变形测量，试验过程中需要三人协同作业：一人控制试验机，两人对千分表进行人工读数，极大浪费人力，人工成本高，且人工读数准确度不高，使得试验误差大；而采用双向连接件一头固定上接杆，一头固定千分表或位移传感器的方案，上接杆不是直接将受到力作用于千分表或位移传感器，因此不能真实反映试件的受力，也不能真实反映试件的变形量，准确度差，经常会出现一组试验作废无效重做的现象，且在试验时需调整双向连接件的上下位置，试验操作繁琐，增加试验时间，影响试验效率。此外，在相邻两次预压时试件变形值差值不符合预定值后，需人工对试件位置进行调整，调整时间长，增加试验人员劳动强度，降低试验效率。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种塑性混凝土试件弹性模量试验的方法及设备，采用伺服电机作为动力源，不用油源，试验过程可控性好，且更加清洁，使用维护更方便，能真实反映试件受力后的位移变化，使弹性模量试验数据更精确，试验过程只需
一人，节约人力，减少用工成本，提高试验效率，
6.为实现本发明的上述目的，本发明一方面提供一种塑性混凝土试件弹性模量试验的方法，包括通过对塑性混凝土试件进行多次预压，获取多次塑性混凝土试件变形值，当相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值，进行塑性混凝土试件正式弹性模量试验，其中：
7.通过伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件的多次预压，以便对预压压力进行精确控制；
8.在所述相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，利用由试验设备底座支撑的试件位置调整装置调整塑性混凝土试件在下承压板上的位置；
9.在塑性混凝土试件在下承压板上的位置被调整位置后，对塑性混凝土试件进行预压，直至相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值。
10.优选的，所述试件位置调整装置包括：
11.接收所述相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值的控制器，用于根据所述差值对试件位置调整装置动作机构进行控制，以便使试件位置调整装置动作机构抱起所述塑性混凝土试件并移动到相应的位置。
12.优选的，所述试件位置调整装置动作机构包括：设置在试验设备底座中的水平移动机构，用于根据所述控制器发出的控制指令，进行水平移动；设置在所述水平移动机构上的升降机构，用于在所述水平移动机构移动到位时，进行升降操作；设置在所述升降机构上的抱紧机构，用于在所述升降机构移动到位时，进行抱紧操作。
13.优选的，所述升降机构在所述水平移动机构移动到位时，进行升降操作包括：
14.当设置在底座中的到位传感器检测到水平移动机构移动到位后，向所述控制器发送水平移动机构到位信息；
15.所述控制器根据所述水平移动机构到位信息，发出控制升降机构进行升降操作的指令，使升降机构进行升降操作。
16.优选的，所述抱紧机构在所述升降机构移动到位时，进行抱紧操作包括：
17.当设置在底座中或升降机构上的到位传感器检测到升降机构升降到位后，向所述控制器发送升降机构到位信息；
18.所述控制器根据所述升降机构到位信息，发出控制抱紧机构进行抱紧操作的指令，使抱紧机构进行抱紧操作。
19.优选的，所述控制器根据所述升降机构到位信息，发出控制抱紧机构进行抱紧操作的指令，使抱紧机构进行抱紧操作包括：
20.所述控制器接收到所述升降机构发送的到位信息后，发出控制抱紧机构进行张开操作的指令，使抱紧机构张开；
21.当抱紧机构的张开到位传感器检测到抱紧机构张开到位后，向所述控制器发送张开到位信息；
22.所述控制器根据所述张开到位信息，发出控制抱紧平移机构的下层横向平移机构进行横向平移操作的指令，使下层横向平移机构沿水平方向的横向平移；
23.当下层横向平移机构的到位传感器检测到其平移到位后，向所述控制器发送平移到位信息；
24.所述控制器根据所述平移到位信息，发出控制抱紧机构进行闭合操作的指令，使抱紧机构进行抱紧操作，并抱住试件。
25.进一步的，所述抱紧机构进行抱紧操作，并抱住试件后，还包括：
26.当抱紧机构的闭合到位传感器检测到抱紧机构闭合到位并抱住试件后，向所述控制器发送抱紧到位信息；
27.所述控制器根据所述抱紧到位信息，发出控制升降机构进行升起操作的指令，使升降机构伸缩杆沿竖直方向再次向上伸出；
28.当升降机构的到位传感器检测到伸缩杆向上伸出到位后，向所述控制器发送伸出到位信息；
29.所述控制器根据所述伸出到位信息，发出控制抱紧平移机构的上层纵向平移机构进行纵向平移操作的指令，使上层纵向平移机构沿水平方向的纵向平移；
30.当上层纵向平移机构的到位传感器检测到其平移到位后，向所述控制器发送平移到位信息；
31.所述控制器根据所述上层纵向平移机构平移到位信息，发出控制抱紧机构进行张开操作的指令，使抱紧机构张开，以将试件移动至所需位置处。
32.优选的，通过对塑性混凝土试件进行预压，获取塑性混凝土试件变形值包括：
33.当伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件的预压时，上承压板两侧的一对测量杆随着上承压板移动；
34.上承压板两侧的一对测量杆随着上承压板移动时，下承压板两侧上的与一对测量杆位置对应的一对光栅尺组件分别检测塑性混凝土试件两侧的变形值，并将变形值传送给控制器。
35.优选的，控制器接收相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值，并根据差值对试件位置调整装置动作机构进行控制，以便使试件位置调整装置动作机构抱起所述塑性混凝土试件并移动到相应的位置包括：
36.控制器接收相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值后，确定所述差值是否满足预定值；
37.若所述差值不满足预定值，控制器比较接收到的当前预压时塑性混凝土试件两侧的变形值，以获得塑性混凝土试件两侧中的变形较小侧；
38.获得塑性混凝土试件的变形较小侧后，控制器控制一对试件位置调整装置动作机构抱起所述塑性混凝土试件并朝变形较小侧移动，直至移动到相应的位置。
39.另一方面，本发明还提供一种用于如上所述方法的塑性混凝土试件弹性模量试验的设备，包括：具有底座、上承压板、下承压板的试验架和上承压板驱动装置，其中，所述上承压板驱动装置的动力源为可对预压压力进行精确控制的伺服电机；所述底座上设置有试件位置调整装置，用于在对塑性混凝土试件进行多次预压且相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，调整塑性混凝土试件在下承压板上位置。
40.优选的，所述试件位置调整装置包括：用于在相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，抱起所述塑性混凝土试件并移动到相应位置的动作机构；接收相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值的控制器，用于根据所述差值对动作机构进行控制。
41.进一步的，还包括塑性混凝土试件变形检测装置，其包括：安装在所述上承压板两
侧的一对测量杆；固定安装在所述下承压板两侧且与一对测量杆位置对应的用于获取试件预压时试样两侧变形值的一对光栅尺组件。
42.优选的，所述动作机构包括：设置在试验设备底座中的水平移动机构，用于根据所述控制器发出的控制指令，进行水平移动；设置在所述水平移动机构上的升降机构，用于在所述水平移动机构移动到位时，进行升降操作；设置在所述升降机构上的抱紧机构，用于在所述升降机构移动到位时，进行抱紧操作。
43.优选的，所述底座内部两侧设置一对伺服电机，每个伺服电机与用于固定上承压板的横梁一侧通过传动机构连接。
44.优选的，所述试验架还包括竖直安装在底座两侧的一对支撑框及固定安装在一对支撑框相对侧面的一对导轨；所述横梁可沿一对导轨升降。
45.优选的，所述底座上表面安装有球铰支座，所述下承压板下部与球铰支座铰接。
46.优选的，所述传动机构为丝杠螺母传动机构，其螺母与所述横梁一侧固定连接。
47.优选的，所述上承压板两侧对称设置一对连接座，所述连接座上开设有竖直通孔，每个测量杆穿过对应侧连接座的通孔。
48.优选的，所述连接座上开设有与通孔轴向垂直的螺孔，螺孔螺接有用于紧固穿过通孔的测量杆的螺栓。
49.与现有技术相比，本发明塑性混凝土试件弹性模量试验的方法及设备具有如下优点：
50.1、本发明塑性混凝土试件弹性模量试验的方法及设备，采用伺服电机作为动力源，不用油源，更加清洁，使用维护更方便，伺服电机带动横梁移动实现上承压板移动，使试验速度、行程可按需要确定，试验过程可控性好，试验更灵活，伺服电机安置在底座内，使得整体结构紧凑，体积更小。
51.2、本发明设备，上承压板、下承压板之间间距可调，方便塑性混凝土试件的安装，采用电子光栅尺组件、测量杆来测量塑性混凝土试件在试验中的位移值，能真实反映试件受力后的位移值，使弹性模量试验数据更精确；此外，测量杆相对上承压板的位置可调，便于对不同高度的试件进行弹模试验。
52.3、本发明设备，在对塑性混凝土试件进行多次预压的过程中，当相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，可自动调整塑性混凝土试件在下承压板上的位置，从而减少操作人员劳动强度，提高试验效率。
53.4、本发明设备试验过程中只需要一人操作即可完成试验，相比现有技术试验需要三名专业技术人员同时参与，极大节约人力，减少用工成本，提高试验效率，满足现如今大批量、高标准塑性混凝土试件的检测需求，可为工程项目提供及时有效的检测数据。自动完成试验，可大幅降低试验误差，提高试验结果的准确性，提升试验效率并降低检测成本，使得工程项目对该数据获取的时效性得到保障，进而做到对工程质量的有效把控，为工程质量保驾护航。
54.下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
55.图1是现有技术塑性混凝土全量程静力抗压弹性模量试验机的局部示意图；
56.图2a是本发明塑性混凝土试件弹性模量试验设备处于一种状态时的结构示意图(试件位置调整装置的抱紧机构等未伸出于底座)；
57.图2b是本发明设备处于另一种状态时的结构示意图(试件位置调整装置的抱紧机构等伸出于底座)；
58.图3是本发明设备中上承压板与下承压板部分的局部放大示意图；
59.图4是本发明设备中伺服电机驱动横梁的局部放大示意图；
60.图5a、图5b是本发明的试件位置调整装置相对下承压板处于两种不同安装位置的结构示意图；
61.图6是本发明水平移动机构的一种结构示意图；
62.图7a是本发明抱紧机构一种结构示意图；
63.图7b、7c是本发明抱紧机构另一结构相对升降机构处于不同位置时的结构示意图；
64.图8是本发明升降机构的第一种结构示意图；
65.图9是图8中伸缩部分的示意图；
66.图10是本发明抱紧平移机构的结构示意图；
67.图11是本发明抱紧机构采用电动夹持爪的结构示意图；
68.图12a是本发明采用电动夹持爪抱紧试件的示意图；
69.图12b是本发明采用液压夹持爪抱紧试件的示意图；
70.图13是本发明试验方法中若相邻两次预压试件变形值不符合预定值时的的控制结构图；
71.图14是本发明预压试验时根据相邻两次预压的试件变形值确定是否进行试件位置调整的原理图；
72.图15是本发明塑性混凝土试件弹性模量试验方法的流程图。
具体实施方式
73.在进行塑性混凝土试件的正式静力抗压弹性模量试验(简称弹模试验)之前，需对塑性混凝土试件进行多次预压，获取多次塑性混凝土试件变形值，直至相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值如0.006mm(或0.005mm)为止，否则应继续进行预压，直至差值达到要求，然后才能进行塑性混凝土试件正式弹性模量试验。
74.由于水利工程中应用的塑性混凝土试件的内部是由砂石骨料组成，在弹模试验的预压过程中时很难保证试件的受力中心就是试件的几何中心，这就需对试件进行多次预压，而在对试件进行多次预压试验时，会反复出现相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值的情况，现有技术中，需操作人员反复停机并进行人工调整，多次反复地执行这样的操作，极大增加操作人员的劳动强度，且影响试验进程。为了解决这一问题，本发明采用由试验设备底座支撑的试件位置调整装置调整塑性混凝土试件在下承压板上的位置。此外，为了不用油源，使试验过程可控性好，更加清洁，本发明采用伺服电机作为动力源，通过伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件的多次预压及正式试验，从而可对预压压力及正式试验压力进行精确控制，使弹性模量试验数据更精确。
75.具体的，如图15所示，本发明采用的塑性混凝土试件弹性模量试验的方法包括通
过对塑性混凝土试件进行多次预压，获取多次塑性混凝土试件变形值，当相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值，进行塑性混凝土试件正式弹性模量试验，其中：
76.通过伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件的多次预压，以便对预压压力进行精确控制；
77.在所述相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，利用由试验设备底座支撑的试件位置调整装置调整塑性混凝土试件在下承压板上的位置；
78.在塑性混凝土试件在下承压板上的位置被调整位置后，对塑性混凝土试件进行预压，直至相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值。
79.其中，本发明采用如图2a、图2b所示的塑性混凝土试件弹性模量试验设备进行性混凝土试件弹性模量试验(图2a、图2b分别示出本发明试验设备处于不同状态时的示意图)。
80.由图可知，本发明塑性混凝土试件弹性模量试验设备包括：具有底座1a、上承压板5、下承压板3的试验架和上承压板驱动装置，其中，上承压板驱动装置的动力源为可对预压压力进行精确控制的伺服电机；底座上设置有试件位置调整装置，用于在对塑性混凝土试件进行多次预压且相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，调整塑性混凝土试件在下承压板上位置。
81.具体的，如图2a-图4所示，本发明试验架包括机架1，机架包括底座1a、竖直安装在底座两侧的一对支撑框1b、两端固定连接一对支撑框顶端的顶梁1d及固定安装在一对支撑框相对侧面的一对竖直导轨1c(参见图4)。在机架上安装有上下相对的上承压板和下承压板，上承压板在上承压板驱动装置的驱动下可沿一对导轨升降移动，以对放置在下承压板上的塑性混凝土试件进行挤压试验。
82.其中，上承压板驱动装置包括一对电机驱动装置，每个电机驱动装置包括伺服电机、与伺服电机传动连接的传动机构、与一对传动机构输出元件连接的横梁，上承压板固定安装在横梁下方。
83.而底座采用箱体式结构，在其内部两侧分别固定安装一伺服电机71，每个伺服电机的输出轴与传动机构连接，传动机构可以采用丝杠螺母传动机构，也可以采用齿轮齿条传动机构，还可以采用现有技术将转动转变为直线运动的机构。本发明优选采用丝杠螺母传动机构，其丝杠72与伺服电机输出轴或减速机构输出轴连接且沿竖直方向延伸。装配时，丝杠安置于支撑框内且沿支撑框高度方向延伸，其螺母73与横梁74的对应一侧固定连接。当一对伺服电机同步旋转时，通过各自丝杠上的螺母带动横梁沿着支撑框上的导轨上下移动。而横梁下部与上承压板连接，连接时，可在横梁下部中心位置设置连接座75(参见图4)，上承压板与连接座通过螺栓固定连接在一起。此外，还可在连接座上设置用于在试验时检测上承板施加压力的负荷传感器。横梁在一对伺服电机的驱动下沿竖直方向升降移动时，带动上承压板升降移动，上承压板向下移动时可对放置在下承压板上的塑性混凝土试件顶部施加挤压力，以实现弹性模量试验的预压及正式试验。
84.在底座的上表面中心位置固定安装有支座2，支座上方与下承压板下部连接。为了在对塑性混凝土试件进行弹模试验的过程中，能根据试件表面情况自动调整试件位置，该支座采用球铰支座，而下承压板下部与球铰支座铰接。
85.为了能真实反映试验过程中试件受力后产生的位移值，本发明设备还包括塑性混
凝土试件变形检测装置，其包括：安装在上承压板两侧的一对测量杆6；固定安装在下承压板两侧且与一对测量杆位置对应的用于获取试件预压时试样两侧变形值的一对光栅尺组件11。
86.设计时，本发明在上承压板两侧对称设置一对连接座51，连接座上开设有竖直通孔，在每个连接座的通孔内穿设一个测量杆，测量杆采用圆柱杆。并且，在下承压板的两侧固定安装一对光栅尺组件，一对光栅尺组件位于一对测量杆正下方。
87.为了可以根据试验需要调整测量杆相对下承压板的高度，在每个连接座外侧壁均开设与通孔轴向垂直的螺孔，螺孔螺接有螺栓(或螺钉)，螺栓末端可伸入到螺孔内并抵在穿过通孔的测量杆外壁，从而将测量杆紧固在连接座上。设计时，螺栓末端可加工成与测量杆外表面相适配的弧形面。当然，也可以采用现有技术其它结构将测量杆紧固在连接座上。
88.当需对试件进行弹模试验时，试件被放在下承压板上之后，通过一对伺服电机同步带动上承压板向下移动，直至上承压板与试件上表面接触，然后通过调整上承压板两侧的与连接座螺孔螺接的一对螺栓的拧入深度，来调整测量杆与下承压板上对应侧光栅尺组件的距离，使一对测量杆下端可分别抵在一对光栅尺组件上表面。当按照试验规程通过伺服电机带动上承压板向下移动以便对试件进行挤压时，通过一对光栅尺组件可实时采集到试件被挤压时对应侧发生的位移变化。
89.一对光栅尺组件采集到的位移信息将被传递给与一对光栅尺组件通过线缆连接或无线连接的数据采集装置9，其接收及处理一对光栅尺组件传送的位移信息，并发送给控制器10。当对试件进行多次预压，且相邻两次试件变形后位移值之差超过预定值时，控制器将控制试件位置调整装置执行相应操作，以抱起下承压板上的塑性混凝土试件并将其移动到相应位置。而相关结果可在显示屏8上显示出来，从而使试验人员可实时获取位移及弹性模量。
90.其中，本发明用于对试件位置进行调整的试件位置调整装置包括：用于在相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，抱起塑性混凝土试件并移动到相应位置的动作机构；接收相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值的控制器，用于根据差值对动作机构进行控制。
91.其中，如图7a、图7b、图7c所示，本发明的试件位置调整装置动作机构包括：设置在试验设备底座中的水平移动机构，用于根据控制器发出的控制指令，进行水平移动；设置在水平移动机构上的升降机构，用于在水平移动机构移动到位时，进行升降操作；设置在升降机构上的抱紧机构，用于在升降机构移动到位时，进行抱紧操作。
92.具体的，在试验设备底座中设置水平轨道300，水平移动机构沿水平轨道进行水平移动。设计时，水平轨道300安置在底座内部一侧，具有一对第一导轨301，一对第一导轨沿与下承压板径向平行的方向延伸，末端可与下承压板中心轴的延长线相交。水平轨道300可设置在下承压板的后侧(如图5a所示)，也可设置在下承压板的左侧(如图5b所示)或右侧(图中未示出)。无论设置在哪个位置，需在底座内部的相应位置设置用于安置试件位置调整装置的安置槽。当需对试件位置进行调整时，试件位置调整装置的部分机构可从底座内伸出(如图2b所示)，而当不需不对试件位置进行调整时，试件位置调整装置的各部分机构可部分或全部隐藏于底座内(如图2a所示)。需要注意的是，设置安置槽时，要确保底座上表面的开孔与用于支撑下承压板的支座外边缘之间具有可供试验安全进行且不影响试验结
果的间距，并且，水平轨道的长度以及与安装在底座内的用于驱动上承压板移动的一对伺服电机之间距离要合理确定，以便试件位置调整装置不影响试验的正常进行。
93.其中，本发明水平移动机构可以采用如图6所示的结构，包括：安置在一对第一导轨上的第一滑座201；与第一滑座连接的用于驱动其沿第一导轨平移的第一驱动结构，其包括第一电机303、与第一电机传动连接的第一丝杆传动组件302，第一丝杆传动组件的螺母与第一滑座底部固定连接。第一电机接收到控制其动作的指令后工作，驱动第一滑座沿水平轨道平移，以便从初始位置(即远离底座中心的位置)移动到所需位置(即靠近底座中心的位置)，从而带动安装于其上的升降机构、抱紧机构沿水平方向移动至所需位置。此外，水平移动机构也可以采用现有技术的其它机构。
94.其中，本发明的升降机构可以采用如图8、图9所示的结构，包括：底部固定安装在第一滑座201上表面的外壳202；安置在外壳外的伸缩杆204；安置在外壳内的套筒203；安置在外壳内且用于驱动伸缩杆沿竖直方向伸缩移动的的升降结构，其包括：安置在套筒一侧的第二电机241；与第二电机输出轴传动连接的传动组件242(可为齿轮传动组件或其它传动组件)；与传动组件的动力输出轴连接的螺杆243，安置在套筒内且与套筒同轴；与螺杆螺纹连接的螺母244；套装在螺杆外的直径大于螺杆外径的连接套245。连接套位于螺母上方且下表面与螺母连接、上表面与伸缩杆204下部固定连接。当第二电机(可为伺服驱动电机)工作时，通过传动组件传动后实现对螺杆的驱动，螺杆通过自身的旋转实现了与其螺纹连接的螺母沿其轴向上下移动，螺母的上下移动带动了连接套沿螺杆的上下移动。设计时，螺母的外径小于连接套的外径，连接套的外径大于伸缩杆的外径，伸缩杆中心设有用于套装螺杆的通孔。在套筒内壁设置导向槽(图中未示出)，使连接套沿着套筒的导向槽移动，这样，连接套及伸缩杆在螺母的推动作用下沿螺杆做上下的移动。设计时，可在第一滑座内开设安置相应元件的安置腔(图中未示出)，第二电机安装在第一滑座上方，传动组件安置在安置腔内，套筒底部与第一滑座上表面固定连接。本发明也可以采用现有技术的其它升降结构驱动伸缩杆相对套筒伸缩移动，在此不再赘述。
95.其中，本发明抱紧机构可直接安装在伸缩杆204顶端(如图7a所示)，也可通过抱紧平移机构205(如图10所示)与伸缩杆连接(如图7b、图7c所示)，优选的，本发明采用通过抱紧平移机构与伸缩杆连接的结构，以便伸缩杆升降到位后，抱紧机构可以相对伸缩杆沿水平方向朝着试件方向平移，从而抱紧试件。
96.具体的，抱紧机构可采用如图7b、图7c、图11-图12b所示的结构，包括：固定座207；安装在固定座上且可开合的夹持组件。本发明夹持组件可采用如图11、图12a所示的电动夹持组件，包括：夹持架264，夹持架内对称设有一对圆弧形的滑道；弧形的一对夹持爪265，分别安置在一对滑道上且可沿滑道移动，可伸出夹持架张开以抱住试住或回缩到夹持架内；安装在固定座上且与夹持架一侧固定连接的直线导轨262；与直线导轨滑动连接的滑座263，滑座通过一对连接件与一对夹持爪的一端铰接；驱动滑座在直线导轨上往复移动的电机驱动组件，包括第三电机与丝杆传动机构。设计时，在固定座207上设置两个位于直线导轨两端的立板，将一根丝杆两端与两个立板转动连接，在其中一个立板外侧安装有用于驱动丝杆转动的第三电机261，丝杆与滑座底部固定连接。当需抱住试件时，第三电机带动丝杆旋转，能够带动滑座沿直线导轨往复移动，从而通过连接件带动一对夹持爪沿滑道往复滑动，进而控制一对夹持爪的开合。
97.或者，夹持组件可采用如图12b所示的液压夹持组件，包括：夹持座268，具有对称且沿弧线相背伸出的一对夹持杆；安装在一对夹持杆上的液压缸267；与液压缸的活塞杆末端固定连接的一对抓手266。其中，夹持座底部可固定安装在固定座上，而一对抓手的相对表面为弧形表面，以便与试件外表面相匹配。设计时，抓手可通过可拆卸方式与活塞杆末端连接在一起，且抓手的弧形表面可设计成不同半径，这样可根据不同直径试件更换相应抓手，即可采用同一设备对不同试件进行弹模试验。
98.无论夹持组件采用何种结构，各元件的尺寸都可根据实际情况合理确定，尤其是夹持爪或抓手的高度，以便能安稳地抱住试件并将试件移动到所需位置。
99.其中，抱紧机构通过抱紧平移机构205与伸缩杆连接时，抱紧机构的固定座与抱紧平移机构的平移座253固定连接。本发明的抱紧平移机构205可以采用如图10所示的结构，包括下层横向平移机构和上层纵向平移机构。
100.下层横向平移机构包括：底部与伸缩杆204顶端固定连接的下连接底座254，其两侧设置滑轨，滑轨延伸方向与下承压板径向平行；与连接底座滑动连接的下平移座253；驱动下平移座沿下连接底座往复移动的下驱动组件，其可采用上述的电机驱动组件：包括第四电机251、与第四电机传动连接的丝杆传动组件252，丝杆传动组件的螺母与下平移座固定连接。此外，驱动组件也可采用液压驱动组件等。上层纵向平移机构包括：底部与下平移座253上表面固定连接的上连接底座257，其上轨道延伸方向与下连接底座滑轨方向垂直；与上连接底座滑动连接的上平移座256；驱动上平移座沿上连接底座往复移动的上驱动组件，其也可采用电机驱动组件：包括第五电机255、与第五电机传动连接的丝杆传动组件，丝杆传动组件的螺母与上平移座底部固定连接。上平移座的上表面与抱紧机构的固定座207固定连接，或者，上平移座与固定座为一体结构。通过抱紧平移机构，可以使抱紧机构的夹持组件相对伸缩杆沿着水平方向的横向移动(即朝着靠近试件或远离试件方向移动)以张开或闭合，又可使抱紧机构抱着试件沿着水平方向的纵向移动，以将试件抱到所需的相应位置处。
101.其中，在上述各动作机构动作的过程中，为了便于对各动作机构的移动位置进行精准确定，可在相应元件上设置用于检测各动作机构执行指令后到达所需位置处的到位检测组件及用于检测各动作机构回复到初始位置时的回位检测组件。如，在水平轨道和/或底座和/或第一滑座上设置检测第一滑座沿水平方向移动到所需位置处时的到位检测组件(或称到位传感器)和检测第一滑座回到初始位置处时的回位检测组件(或称回位传感器)；在底座和/或升降机构上设置升降机构的伸缩杆是否伸出到所需高度处时的到位检测组件和伸缩杆回到初始位置处时的回位检测组件；在下平移座和/或上连接底座上设置的用于检测上连接底座在下平移座上沿水平方向横向移动到所需位置及回到初始位置处的到位检测组件和回位检测组件；在上平移座和/或抱紧机构的固定座上设置相应的到位检测组件和回位检测组件；在夹持爪和/或固定座和/或滑座上设置相应的检测夹持爪或抓手张开到所需位置处时的到位检测组件和检测夹持爪或抓手闭合到初始位置处时的回位检测组件等。
102.其中，上述各到位检测组件和回位检测组件均可采用现有技术能提示到位与回位的传感器，且各传感器的安装位置均根据实际情况确定，在此不再细述。
103.需要说明的是，上述中的各机构可回到的初始位置处，是指试件位置调整装置不
需执行相应动作时、各机构所在的初始位置，即，在塑性混凝土试件弹性模量试验的多次预压过程中，获取到的相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定要求，因此不需对下承压板上试件的位置进行调整时各机构所在的初始位置。而当相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定要求时，上述各机构才相应移动至所需位置。各机构从初始位置移动到所需位置的距离可根据实际情况合理确定。
104.其中，装配时，应使抱紧机构夹持组件的张合方向与下承压板上安放的试件方向对应，以便夹持组件张开再闭合时可从试件两侧抱住试件(如图12a、图12b所示)。
105.下面，对采用本发明设备进行塑性混凝土试件弹性模量试验的方法进行详细描述。
106.s01、通过伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件的多次预压，以便对预压压力进行精确控制。
107.试验之前，将塑性混凝土试件放置在试验设备的下承压板上，然后通过设置在底座内两侧的一对伺服电机驱动上承压板向下移动以对塑性混凝土试件进行多次预压。
108.在预压过程中，根据预先设置好的压力对伺服电机转速进行控制，使伺服电机驱动的上承压板下降距离能被精准控制，从而可使上承压板可以按预设压力精准地对塑性混凝土试件预压，提高弹模试验的精准度。
109.s02、在对塑性混凝土试件进行多次预压试验过程中，获取多次塑性混凝土试件变形值，直至相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值。
110.在通过伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件进行预压试验过程中，需对每次预压时塑性混凝土试件两侧的变形值进行检测，其包括：
111.在伺服电机驱动上承压板向下移动过程中时，安装在上承压板两侧的一对测量杆也将随着上承压板向下移动；
112.在上承压板对塑性混凝土试件施加挤压力使试样受到压缩变形过程中，在试样变形采集控制单元的控制下，安装在下承压板两侧且与一对测量杆位置分别对应的一对光栅尺组件(即如图14所示的第一光栅尺组件和第二光栅尺组件)将工作，光栅尺组件的采集模块将采集因受到对应测量杆压缩而产生的数据变化，并获得塑性混凝土试件两侧的变形值。
113.通过一对光栅尺组件获得每次预压时试件两侧的变形值后，将对变形值进行处理，并将多次预压时每相邻两次预压时塑性混凝土试件变形值的差值发送给控制器，而控制器接收上述变形值的差值，并根据差值对试件位置调整装置动作机构进行控制，以便使试件位置调整装置动作机构抱起塑性混凝土试件并移动到相应的位置。
114.其中，如图13、图14所示，通过一对光栅尺组件获得每次预压时试件两侧的变形值后，将对变形值进行处理包括：
115.对每次预压时塑性混凝土试件两侧的一对变形值进行平均处理，以获得每次预压后被做均值处理的塑性混凝土试件变形值；
116.对每相邻两次预压后被做均值处理的塑性混凝土试件变形值进行差值计算，以获得相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值。
117.其中，对每次预压时塑性混凝土试件两侧的一对变形值进行平均处理包括：
118.通过第一光栅尺组件的第一采集模块采集到每次预压时塑性混凝土试件一侧的
变形值；
119.通过第二光栅尺组件的第二采集模块采集到该次预压时塑性混凝土试件另一侧的变形值；
120.通过平均模块对得到的每次预压时塑性混凝土试件两侧的一对变形值进行平均值计算，从而得到该次预压时被做均值处理的塑性混凝土试件变形值。
121.对得到的一对变形值进行平均值计算可以采用均方差或现有技术的其它方法，在此不再细述。
122.其中，控制器接收相邻两次预压后塑性混凝土试件变形值的差值，并根据差值对试件位置调整装置动作机构进行控制，以便使试件位置调整装置动作机构抱起塑性混凝土试件并移动到相应的位置，包括：
123.控制器接收相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值后，确定差值是否满足预定值；
124.若差值满足预定值，则控制器发出设备进入塑性混凝土试件正式弹性模量试验的指令，设备对试件进行正式弹性模量试验；
125.若差值不满足预定值，控制器比较接收到的当前预压时塑性混凝土试件两侧的变形值，获得塑性混凝土试件两侧中的变形较小侧(即一对变形值中较小值所在侧)，接着，控制器控制试件位置调整装置动作机构抱起塑性混凝土试件使其朝变形较小侧移动，直至移动到相应位置。然后试件位置调整装置回位，通过上承压板对试件继续进行预压，直至相邻两次预压的变形值差值满足预定值为止。
126.其中，在相邻两次预压的变形值差值不满足预定值时，控制器控制试件位置调整装置动作机构抱起塑性混凝土试件使其朝变形较小侧移动，直至移动到相应位置包括：
127.设置在试验设备底座中的水平移动机构根据控制器发出的控制指令进行水平移动，使试件位置调整装置在水平移动机构的带动下沿水平方向从初始位置到达预设位置；
128.试件位置调整装置沿水平方向从初始位置到达预设位置后，设置在水平移动机构上的升降机构进行升降操作，以使试件位置调整装置在升降机构的带动下沿竖直方向从初始高度到达预设高度；
129.试件位置调整装置沿竖直方向从初始高度到达预设高度后，设置在升降机构上的抱紧机构对塑性混凝土试件进行抱紧操作。
130.下面，仅以水平移动机构、升降机构、抱紧平移机构采用电机驱动，且抱紧机构处于相对闭合的初始状态为例，对控制器控制试件位置调整装置动作机构抱起塑性混凝土试件使其朝变形较小侧移动，直至移动到相应位置的过程进行描述。
131.当水平移动机构接收到控制器发出的进行水平移动的控制指令后，安装在底座内的水平移动机构的第一电机动作，带动第一滑座沿安装在底座内的水平轨道平移，使第一滑座从远离底座中心的初始位置移动到靠近底座中心的所需位置处。在第一滑座水平移动过程中，通过设置在水平轨道和/或底座和/或第一滑座上的第一到位检测组件对第一滑座是否水平移动到所需位置进行检测。
132.当用于检测第一滑座移动位置的到位检测组件检测到第一滑座移动到位(即到达预设的所需位置处)后，向控制器发送第一滑座移动到位信息，控制器根据该到位信息发出第一电机停止动作、升降机构的第二电机动作的指令。第二电机根据该指令工作，带动螺杆
旋转，从而带动伸缩杆朝上伸出，直至伸出于底座并上升到所需位置处。在伸缩杆沿竖直方向朝上升起的过程中，通过设置在底座和/或升降机构上的第二到位检测组件对伸缩杆是否升起到所需位置进行检测。
133.当用于检测伸缩杆升起位置的到位检测组件检测到伸缩杆移动到位(即升到预设的所需位置处)后，向控制器发送伸缩杆升起到位信息，控制器根据该到位信息发出第二电机停止动作、抱紧机构的第三电机动作的指令。第三电机根据该指令工作，带动丝杆旋转，使夹持组件的一对夹持爪张开。在一对夹持爪张开过程中，通过设置在夹持爪和/或固定座和/或滑座上的第三到位检测组件对夹持爪是否张开到所需位置进行检测。
134.或者，在控制器收到伸缩杆升起到位信息后，发出第二电机停止动作、抱紧机构的液压缸动作的指令。液压缸根据该指令工作，使一对抓手张开。同样，在一对抓手张开过程中，通过设置在抓手和/或固定座和/或滑座上的第三到位检测组件对抓手是否张开到所需位置进行检测。
135.当用于检测抱紧机构的夹持组件张开位置的到位检测组件检测到张开到位后，向控制器发送张开到位信息，控制器根据该到位信息发出第三电机或液压缸停止动作、抱紧平移机构的第四电机动作的指令。第四电机根据该指令工作，带动丝杆旋转，使下平移座从远离试件中心的初始位置移动到可以使位于其上方且张开的一对夹持爪对准并环绕放置在下承压板上试件的所需位置处，即，使一对夹持爪朝着试件方向移动，直至一对夹持爪中心与试件中心重合。在下平移座带动一对夹持爪沿横向平移的过程中，通过设置在下平移座和/或上连接底座和/或下连接底座上的第四到位检测组件对下平移座是否移动到所需位置进行检测。
136.当用于检测下平移座位置的到位检测组件检测到下平移座移动到位后，向控制器发送移动到位信息，控制器根据该到位信息发出第四电机停止工作、抱紧机构的第三电机或液压缸动作的指令。第三电机或液压缸根据该指令工作，使一对夹持爪或抓手可以抱紧试件。
137.在抱紧机构抱紧试件后，向控制器发送抱紧到位信息，控制器根据该抱紧到位信息及试件移动到所需相应位置信息，发出使升降机构伸缩杆向上伸出预定距离的指令，抱紧机构将抱着试件向上移动，使试件底部离开下承压板预设距离。
138.试件被抱离下承压板后，升降机构向控制器发送抱离到位信息，控制器根据该信息以及试件移动至所需位置处的方向及距离信息，发出抱紧机构的第三电机或液压缸停止工作、抱紧平移机构的第五电机动作的指令。第五电机根据该指令工作，带动上平移座沿纵向移动，从而将抱住的试件移动至所需位置处。然后控制夹持组件执行张开操作以松开试件并将试件放置在下承压板的所需位置处。在此过程中，可通过对各电机转速进行控制以确定移动距离，还可通过到位传感器检测是否到位。
139.当抱紧机构将试件移动至所需位置处并松开后，控制器控制各机构执行与上述操作相反的指令，依次回复到初始位置。在回复到初始位置的过程中，可通过各回位传感器检测是否回归到位。
140.在塑性混凝土试件被试件位置调整装置动作机构抱起并移动到相应的位置后，继续对试件进行预压操作，且预压操作后均对相邻两次试件变形值差值进行比较，若相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值，重复上述抱紧试件移到相应位置的操作，
直至相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值后，停止对试件的预压操作。
141.s03、在相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值后，通过伺服电机驱动上承压板，对塑性混凝土试件进行正式弹性模量试验。
142.在相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值后，通过伺服电机驱动上承压板，按规范要求对塑性混凝土试件进行正式弹性模量试验。进行正式弹性模量试验的过程按规范进行，在此不再细述。
143.其中，本发明伺服电机可采用力值量程为200kn的电机，其能够实现试验设备中移动横梁的速度控制，从而使预压压力更精确，且预压过程可控性更高。
144.在对塑性混凝土试件进行弹性模量试验的整个过程中，一对光栅尺组件将采集到的位移信息传递给数据采集装置，数据采集装置接收及处理一对光栅尺组件传送的位移信息，并发送给控制器，控制器接收与处理相应信息，对设备的各动作机构进行控制，并可将相关结果在计算机系统的显示屏8上显示出来，从而使试验人员可实时获取位移及弹性模量。其中，计算机系统中预存有控制各机构自动执行相应操作的试验程序。在试验开始后，试样受到上承压板挤压而压缩变形，一对光栅尺组件受到测量杆的压缩进而产生数据变化，然后通过数据采集器传送到计算机系统，并根据试验程序设定的取值点进行自动取值，实现数据取值全过程自动化，避免了人为因素带入的误差。实现数据取值全过程自动化，消除人为因素，大幅提升试验取值的准确性和效率。并且，可根据相邻两次预压后试件的变形值差值确定是否需自动移动试件，从而极大提高试验效率，减少劳动强度及用工成本。
145.通过试验对比发现，200kn微机控制的驱动上承压板移动的动力源为液压源的弹模试验设备的力值最大偏差率平均值为1.1％，而采用本发明200kn微机控制的动力源为伺服电机的弹模试验设备的力值最大偏差率平均值为0.6％。由此可见，采用本发明伺服电机作为动力源的设备，使得试验的稳定性好于现有技术的液压源为动力源的设备，精确性更高。
146.尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种塑性混凝土试件弹性模量试验的方法，包括：通过对塑性混凝土试件进行多次预压，获取多次塑性混凝土试件变形值，当相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值，进行塑性混凝土试件正式弹性模量试验，其特征在于：通过伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件的多次预压，以便对预压压力进行精确控制；在所述相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，利用由试验设备底座支撑的试件位置调整装置调整塑性混凝土试件在下承压板上的位置；在塑性混凝土试件在下承压板上的位置被调整位置后，对塑性混凝土试件进行预压，直至相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值。2.根据权利要求1所述的方法，所述试件位置调整装置还包括：接收所述相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值的控制器，用于根据所述差值对试件位置调整装置动作机构进行控制，以便使试件位置调整装置动作机构抱起所述塑性混凝土试件并移动到相应的位置。3.根据权利要求2所述的方法，所述试件位置调整装置动作机构包括：设置在试验设备底座中的水平移动机构，用于根据所述控制器发出的控制指令，进行水平移动；设置在所述水平移动机构上的升降机构，用于在所述水平移动机构移动到位时，进行升降操作；设置在所述升降机构上的抱紧机构，用于在所述升降机构移动到位时，进行抱紧操作。4.根据权利要求3所述的方法，所述升降机构在所述水平移动机构移动到位时，进行升降操作包括：当设置在底座中的到位传感器检测到水平移动机构移动到位后，向所述控制器发送水平移动机构到位信息；所述控制器根据所述水平移动机构到位信息，发出控制升降机构进行升降操作的指令，使升降机构进行升降操作。5.根据权利要求3所述的方法，所述抱紧机构在所述升降机构移动到位时，进行抱紧操作包括：当设置在底座中或升降机构上的到位传感器检测到升降机构升降到位后，向所述控制器发送升降机构到位信息；所述控制器根据所述升降机构到位信息，发出控制抱紧机构进行抱紧操作的指令，使抱紧机构进行抱紧操作。6.根据权利要求5所述的方法，所述控制器根据所述升降机构到位信息，发出控制抱紧机构进行抱紧操作的指令，使抱紧机构进行抱紧操作包括：所述控制器接收到所述升降机构发送的到位信息后，发出控制抱紧平移机构的下层横向平移机构进行横向平移操作的指令，使下层横向平移机构沿水平方向的横向平移；当下层横向平移机构的到位传感器检测到其平移到位后，向所述控制器发送平移到位信息，所述控制器根据所述平移到位信息控制抱紧机构进行抱紧操作。7.根据权利要求6所述的方法，所述抱紧机构进行抱紧操作还包括：所述控制器根据所述抱紧机构抱紧到位信息，发出控制升降机构进行升起操作的指令，使升降机构伸缩杆沿竖直方向再次向上伸出；
当升降机构的到位传感器检测到伸缩杆向上伸出到位后，向所述控制器发送伸出到位信息；所述控制器根据所述伸出到位信息，发出控制抱紧平移机构的上层纵向平移机构进行纵向平移操作的指令，使上层纵向平移机构沿水平方向的纵向平移；当上层纵向平移机构的到位传感器检测到其平移到位后，向所述控制器发送平移到位信息；所述控制器根据所述上层纵向平移机构平移到位信息，发出控制抱紧机构进行张开操作的指令，使抱紧机构张开，以将试件移动至所需位置处。8.根据权利要求1所述的方法，通过对塑性混凝土试件进行预压，获取塑性混凝土试件变形值包括：当伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件的预压时，上承压板两侧的一对测量杆随着上承压板移动；上承压板两侧的一对测量杆随着上承压板移动时，下承压板两侧上的与一对测量杆位置对应的一对光栅尺组件分别检测塑性混凝土试件两侧的变形值，并将变形值传送给控制器。9.一种用于如权利要求1-8任一项所述方法的塑性混凝土试件弹性模量试验的设备，包括：具有底座、上承压板、下承压板的试验架和上承压板驱动装置，其特征在于：所述上承压板驱动装置的动力源为可对预压压力进行精确控制的伺服电机；所述底座上设置有试件位置调整装置，用于在对塑性混凝土试件进行多次预压且相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，调整塑性混凝土试件在下承压板上位置。10.根据权利要求9所述的设备，所述试件位置调整装置包括：用于在相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，抱起所述塑性混凝土试件并移动到相应位置的动作机构；接收相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值的控制器，用于根据所述差值对动作机构进行控制。

技术总结
本发明公开一种塑性混凝土试件弹性模量试验的方法及设备，方法包括对塑性混凝土试件进行多次预压，获取塑性混凝土试件变形值，直至相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值满足预定值，其中：通过伺服电机驱动上承压板实现对塑性混凝土试件的多次预压；在相邻两次塑性混凝土试件变形值的差值不满足预定值时，利用由试验设备底座支撑的试件位置调整装置调整塑性混凝土试件在下承压板上的位置，并对调整位置后的试件继续进行预压。本发明方法，采用伺服电机作为动力源，不用油源，试验过程可控性好，且更加清洁，使用维护更方便，能真实反映试件受力后的位移变化，使弹性模量试验数据更精确，试验过程只需一人，节约人力，减少用工成本，提高试验效率。提高试验效率。提高试验效率。


技术研发人员：张宝增 孙亮 李宝国 王宏远 张俊超 李佐良 孙静 张超 李冬 郭震 胡钰滨 赵唯杰
受保护的技术使用者：中国水电基础局有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/14