一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法，包括下部承台、液压仪、以及固定在下部承台上的步进马达和用于计算摩擦系数的控制器；下部承台上安装有能够在下部平台上水平移动的下盒，并在步进马达的驱动下移动；下盒上放置有待测筋带，待测筋带上设置有土体式样。本发明能过模拟不同温度，不同环境湿度条件下加筋土的土-筋之间的摩阻状态，不论在实验室条件或者实际原型试验现场条件下，均可进行试验操作，而且能适应的测试筋带范围更广，更切合实际条件。本发明首次实现了在试验室测定土-筋界面摩擦系数的可能。同时本发明测试仪装置轻便、原理简单、操作简洁、稳定性好、经济实用，并且具有可重复操作。
【专利说明】-种测定±-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于±木工程领域，涉及一种摩擦系数测定装置，具体涉及一种测定 ±-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法。
【背景技术】
[0002] 加筋±挡墙或加筋±支挡结构，主要依靠±体与拉筋之间产生的摩阻力来限制± 体的变形，改良±体的力学特性，从而达到加筋的效果。其基本原理存在于拉筋与±体之间 的相互摩阻联结之中，只有正确测定±-筋之间的摩擦系数，才能使加筋±挡墙在设计、经 济方面更加趋于合理。
[0003] 伴随着我国公路建设事业的发展，必然要求其对公路附属设施（此处指加筋±挡 墙）在强度、耐久性等方面提出更高的要求。该就要求在设计之初获得的加筋±的各种实 验参数更加符合实际，更加正确。因此，如何获取正确的± -筋摩擦系数，其摩擦系数的测 定方法，W及筋带在±体中的布置方法，一直W来是众多学着研究和争论的焦点。同时，至IJ 目前为止，还没有一套测定±-筋之间摩擦系数的试验设备，也没有形成统一、规范的试验 操作方法和流程。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种结构轻巧、方便操作、受外部因素 影响小W及测量结果精确的测定±-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法，该测定仪首次 实现了在试验室测定± -筋界面摩擦系数的可能，解决加筋±± -筋界面摩擦系数试验测 试问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0006] -种测定±-筋界面摩擦系数的直剪仪，包括下部承台、液压仪、W及固定在下部 承台上的步进马达和用于计算摩擦系数的控制器；下部承台上安装有能够在下部平台上水 平移动的下盒，并在步进马达的驱动下移动；下盒上放置有待测筋带，待测筋带上设置有± 体式样；下部承台上还固定有上盖，上盖内安装有液压仪，液压仪均匀的将压力传递给设置 于其下部的±体式样。
[0007] 所述液压仪与±体式样之间设置有薄壁钢板，液压仪通过薄壁钢板将压力均匀地 传递给±体式样。
[0008] 所述下盒的上部开设有方槽，方槽内嵌入厚钢板，待测筋带紧密粘接在厚钢板的 上表面上；下盒通过拉杆与步进马达的输出轴相连。
[0009] 所述下部承台上安装有供下盒水平移动的轨道。
[0010] 所述液压仪的下部与压力传感器相接触，步进马达的前部安装有拉力传感器；压 力传感器和拉力传感器的信号输出端均与控制器的信号输入端相连。
[0011] 所述压力传感器采用JXY-4型压轴式双模±压力传感器，拉力传感器采用SY-S3 型拉力传感器，步进马达采用28BYJ-48型步进马达。
[0012] 所述控制器包括操作面板，W及内部的用于为整个直剪仪提供电源的电源�？楹� 用于计算摩擦系数的数据处理模块；操作面板上设置有显示器、电源开关、显示屏幕切换按 钮、液压仪控制按钮、步进马达控制按钮、压力传感器开关W及拉力传感器开关；液压仪控 制按钮、步进马达控制按钮、压力传感器开关、拉力传感器开关W及电源开关均通过导线与 相对应的液压仪、步进马达、压力传感器、拉力传感器W及电源�？橄嗔�。
[0013] 所述数据处理�？榈氖淙攵擞肜Υ衅骱脱沽Υ衅飨嗔涑龆擞胂允酒飨� 连。
[0014] 所述上盖通过蝶形螺母和固定螺栓固定在下部承台上。
[0015] 本发明还公开了一种±-筋界面摩擦系数的测定方法，包括W下步骤：
[0016] 1)取出上盖，将±体试样，安装于上盖中；再将待测筋带粘结于厚钢板上，并将其 整体安装于下盒的方槽中；此时将上盖扣于下盒上，并紧固，使±-筋之间接触紧密；
[0017] 2)打开电源开关，并分别打开压力传感器开关、拉力传感器开关；此时调节液压 控制按钮，使± -筋之间产生挤压力；接下来，开启步进马达控制按钮使步进马达拉动下盒 刖进；
[0018] 3)压力传感器和拉力传感器将记录该过程中± -筋界面之间的摩擦力学特性随 时间的变化曲线W及速率随时间的变化曲线；旋转屏幕切换按钮，切换各个记录曲线，并计 算该测试时间段内的瞬时压力、拉力、速率及其平均值，进而求得±-筋界面上的摩擦力； 再根据整个摩擦体的质量和得到的摩擦力，通过下式计算得到的± -筋界面之间额摩擦系 数：
[0019] tanq>= F/P
[0020] 式中，tamp为摩擦系数，F为拉应力，P为正应力。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果：
[0022] 本发明通过设置带有显示器W及开关按钮的控制设备和带有直剪仪的测试部件， 通过数据处理�？榻馐圆考洗衅魉杉氖荽透荽砟？榻屑虻サ脑� 处理计算，进而得到当前试验条件下的± -筋界面摩擦系数。本发明能过模拟不同温度，不 同环境湿度条件下加筋±的±-筋之间的摩阻状态，不论在实验室条件或者实际原型试验 现场条件下，均可进行试验操作，而且能适应的测试筋带范围更广，更切合实际条件，能更 客观的评价加筋±±-筋之间的摩擦状况。本发明首次实现了在试验室测定±-筋界面摩 擦系数的可能。同时本发明测试仪装置轻便、原理简单、操作简洁、稳定性好、经济实用，并 且具有可重复操作。
[0023] 进一步的，本发明薄壁钢板用来均衡液压仪作用在±样上的压力，使压力可W均 匀分布在±样试件上。
[0024] 进一步的，本发明厚钢板用来粘结待测筋带或±工格栅，能够防止在剪切过程中 ±工格栅发生变形而改变剪切面，保证剪切面始终存在于±样和格栅之间。
【专利附图】
【附图说明】
[00巧]图1为本发明的主视图；
[0026] 图2为本发明的俯视图；
[0027] 图3为本发明的左视剖面图；
[0028] 图4为本发明的立体图。
[0029] 其中，1为下部承台；2为下盒；3为厚钢板；4为待测筋带；5为±体试样；6为薄壁 钢板；7为JXY-4型压轴式双模±压力传感器；8为液压仪；9为上盖；10为蝶形螺母；11为 固定螺栓；12为步进马达；13为SY-S3型拉力传感器；14为控制器；15为轨道；16为显示 器；17为电源开关；18为连杆；19为屏幕切换按钮；20为液压仪控制按钮；21为步进马达 控制按钮；22为压力传感器开关；23为拉力传感器开关
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
[0031] 参见图1至图4,本发明包括下部承台W及安装在下部承台上的测量装置，测量装 置包括安装试验试件的直剪仪，W及操作控制设备；直剪仪由H部分组成，包括下部承台1 W及固定于下部承台1上的上盖9、安装待测筋带4的下盒2、对下盒2施加拉力的步进马 达12 W及控制器14 ;下部承台1上安装有供下盒水平移动的轨道15, W及固定上盖9的固 定螺栓11 ;上盖9内部安装有液压仪8,用来对±样施加压力，其加压与加压通过导线与控 制设备相连实现，在其下面安装有JXY-4型压轴式双模±压力盒，上盖可W通过螺母固定 于下部承台上面。如图3所示，液压仪8下面与JXY-4型压轴式双模±压力传感器7相接 触，通过薄壁钢板6将压力均匀地传递给±体式样5 ;JXY-4型压轴式双模±压力传感器， 用来采集液压仪施加在±样上的压力，压力信号的输出端与控制设备的显示器相连，其下 部与薄壁钢板相接处。下盒2为内凹方槽，方槽内嵌入厚钢板3,待测筋带4与厚钢板3紧 密粘结；下盒2通过连杆18与步进马达12相连，在施力过程中下盒2沿轨道15前后移动； SY-S3型拉力传感器13安装在步进马达12前部。控制器14内设置有用于计算摩擦系数的 数据处理�？�、显示器16 W及为整个直剪仪提供电源的电源�？椋皇荽砟？榈氖淙攵� 与拉力传感器13和压力传感器7相连，输出端与显示器16相连。如图2所示，显示器16 的侧面设置有用于切换显示内容的显示屏幕切换按钮19、液压仪控制按钮20、步进马达控 制按钮21、压力传感器开关22、拉力传感器开关23 W及电源开关17 ;液压仪控制按钮20、 步进马达控制按钮21、压力传感器开关22、拉力传感器开关23 W及电源开关17均通过导 线与相对应的液压仪8、步进马达12、JXY-4型压轴式双模±压力传感器7、SY-S3型拉力传 感器13 W及电源�？橄嗔�。
[0032] 本发明的具体操作方法是；扭下蝶形螺母10,取出上盖9,将待测±体制作成方块 ±样5,安装于上盖9图示位置；再将待测筋带4粘结于厚钢板3上，并将其整体安装于图示 的下盒位置；此时将上盖9通过螺栓倒扣于下盒上，并紧固蝶型螺母，使± -筋之间接触紧 密；该过程完毕后，打开电源开关17,并分别打开压力传感器开关22、拉力传感器开关23 ; 此时再调节液压控制按钮20, ± -筋之间存在一定的挤压力；接下来，开启步进马达控制按 钮21使步进马达12 W-定速率拉动下盒2前进。此时，传感器将记录该过程中± -筋界 面之间的摩擦力学特性随时间的变化曲线W及速率随时间的变化曲线；旋转屏幕切换按钮 19,切换各个记录曲线，并计算该测试时间段内的瞬时压力、拉力、速率及其平均值。进而 可求得±-筋界面上的摩擦力。再根据整个摩擦体的质量和得到的摩擦力即可计算得到的 ±-筋界面之间额摩擦系数。具体包含的计算公式有：
[0033] tancp= F/P
[0034] 式中：
[00对 tanq>--摩擦系数
[003引 F--（剪）拉应力
[0037] P-正应力
[0038] 本发明完成对不同筋带类型，不同±质的±-筋界面摩擦系数摩擦系数的测定工 作，而且可W模拟在实验室条件下± -筋界面所受到的摩擦系数。同时，该发明有很强的环 境适应能力和模拟实际工作环境条件下的试验测试。因此本发明所测得的数据精度高，科 学性强，从而可W为有关加筋±的设计等科研工作提供可靠的数据，同时也可为已建成的 加筋±支挡结构的安全性再评价提供可靠依据。因此本发明是一种理想的±-筋界面摩擦 系数测定设备。
[0039] W上内容仅为说明本发明的技术思想，不能W此限定本发明的保护范围，凡是按 照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书 的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种测定土 -筋界面摩擦系数的直剪仪，其特征在于：包括下部承台（I)、液压仪 (9)、以及固定在下部承台（1)上的步进马达（12)和用于计算摩擦系数的控制器（14);下 部承台（1)上安装有能够在下部平台（1)上水平移动的下盒（2)，并在步进马达（12)的驱 动下移动；下盒（2)上放置有待测筋带（4)，待测筋带（4)上设置有土体式样（5);下部承 台（1)上还固定有上盖（9)，上盖（9)内安装有液压仪（8)，液压仪（8)均匀的将压力传递 给设置于其下部的土体式样（5)。
2. 根据权利要求1所述的新型测定土-筋界面摩擦系数直剪仪，其特征在于：所述液 压仪（8)与土体式样（5)之间设置有薄壁钢板（6)，液压仪（8)通过薄壁钢板（6)将压力均 匀地传递给土体式样（5)。
3. 根据权利要求1或2所述的新型测定土-筋界面摩擦系数直剪仪，其特征在于：所述 下盒（2)的上部开设有方槽，方槽内嵌入厚钢板（3)，待测筋带（4)紧密粘接在厚钢板（3) 的上表面上；下盒（2)通过拉杆（18)与步进马达（12)的输出轴相连。
4. 根据权利要求3所述的新型测定土-筋界面摩擦系数直剪仪，其特征在于：所述下 部承台（1)上安装有供下盒（2)水平移动的轨道（15)。
5. 根据权利要求4所述的新型测定土-筋界面摩擦系数直剪仪，其特征在于：所述液 压仪（8)的下部与压力传感器（7)相接触，步进马达（12)的前部安装有拉力传感器（13); 压力传感器（7)和拉力传感器（13)的信号输出端均与控制器（14)的信号输入端相连。
6. 根据权利要求5所述的新型测定土-筋界面摩擦系数直剪仪，其特征在于：所述压 力传感器（7)采用JXY-4型压轴式双模土压力传感器，拉力传感器（13)采用SY-S3型拉力 传感器，步进马达（12)采用28BYJ-48型步进马达。
7. 根据权利要求5所述的新型测定土-筋界面摩擦系数直剪仪，其特征在于：所述控 制器（14)包括操作面板，以及内部的用于为整个直剪仪提供电源的电源�？楹陀糜诩扑� 摩擦系数的数据处理�？椋徊僮髅姘迳仙柚糜邢允酒鳎�16)、电源开关（17)、显示屏幕切换 按钮（19)、液压仪控制按钮（20)、步进马达控制按钮（21)、压力传感器开关（22)以及拉力 传感器开关（23);液压仪控制按钮（20)、步进马达控制按钮（21)、压力传感器开关（22)、拉 力传感器开关（23)以及电源开关（17)均通过导线与相对应的液压仪（8)、步进马达（12)、 压力传感器（7)、拉力传感器（13)以及电源�？橄嗔�。
8. 根据权利要求7所述的新型测定土-筋界面摩擦系数直剪仪，其特征在于：所述数 据处理�？榈氖淙攵擞肜Υ衅鳎�13)和压力传感器（7)相连，输出端与显示器（16)相 连。
9. 根据权利要求1所述的新型测定土-筋界面摩擦系数直剪仪，其特征在于：所述上 盖（9)通过蝶形螺母（10)和固定螺栓（11)固定在下部承台（1)上。
10. -种采用权利要求7所述直剪仪的土-筋界面摩擦系数的测定方法，其特征在于， 包括以下步骤： 1) 取出上盖（9)，将土体试样（5)，安装于上盖（9)中；再将待测筋带（4)粘结于厚钢 板（3)上，并将其整体安装于下盒的方槽中；此时将上盖（9)扣于下盒（2)上，并紧固，使 土-筋之间接触紧密； 2) 打开电源开关（17)，并分别打开压力传感器开关（22)、拉力传感器开关（23);此时 调节液压控制按钮（20)，使土-筋之间产生挤压力；接下来，开启步进马达控制按钮（21) 使步进马达（12)拉动下盒（2)前进； 3)压力传感器（7)和拉力传感器（13)将记录该过程中土-筋界面之间的摩擦力学特 性随时间的变化曲线以及速率随时间的变化曲线；旋转屏幕切换按钮（19)，切换各个记录 曲线，并计算该测试时间段内的瞬时压力、拉力、速率及其平均值，进而求得土-筋界面上 的摩擦力；再根据整个摩擦体的质量和得到的摩擦力，通过下式计算得到的土-筋界面之 间额摩擦系数：
式中，tanq)为摩擦系数，F为拉应力，P为正应力。
【文档编号】G01N19/02GK104502270SQ201410811116
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】贾兴利, 熊子瑜, 刘帆, 刘伟强 申请人:长安大学
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