CN103217341A - 一种ccz型混凝土构件徐变正负温变试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，包括徐变试验箱、交流接触器、温度控制仪、温度测试器、冷凝器、压缩机、过滤器、换热器、蒸发器、启动电源、数据线、氟利昂等设备。本发明正负温变试验仪适用所有混凝土结构徐变试验，可以控制在-20℃～+25℃的变温徐变试验，即可使温度控制在恒定的某一固定值，进行长期徐变试验，又可实现变温试验，如高低温、正负温交替，模拟大气温度的变化；温度精度为0.1℃，实现温度自动控制，在设定温度后，无需人员操作，其可根据正负温变箱内的温度进行自动启动和停止，准确控制在规定的温度范围内；仪器易于操作，工程成本小；实现了混凝土构件徐变的变温试验研究。

Description

一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪

技术领域

本发明涉及一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪。 

背景技术

徐变是在持续荷载作用下，混凝土结构的变形随时间不断增加的现象。通常混凝土结构徐变比弹性变形大1～3倍，在结构设计中徐变是必须要考虑的重要因素。影响普通混凝土(素混凝土)徐变的内部原因有：水泥、骨料、水胶比、灰浆率、外加剂、粉煤灰等；影响混凝土(素混凝土)徐变的外部因素有：加载龄期、加载应力、持续时间、相对湿度、温度、时间尺寸，形状、浸泡介质、碳化等。而影响钢管混凝土的因素既有上述中的部分因素，又有其鲜明的特征，如湿度影响没有，而含钢率则有影响。针对影响混凝土结构徐变的不同影响因素，可以使试验优化，比如在其它因素不变的情况下，改变一种因素，对混凝土结构徐变进行研究，从而得出其影响程度，如改变水灰比、改变骨料，改变外加剂、改变试件尺寸、改变持续时间及加载应力等，这些均较容易实现，目前有较为成熟的试验方法。但由于温度对混凝土构件徐变影响非常明显，温度对混凝土构件徐变的影响成为当前混凝土研究的一个重要领域，特别是在特殊的气候环境下，如高温、低温或温差较大的地区，准确确定混凝土结构的徐变性能，成为这些地区必须考虑的问题。由于混凝土结构分布在不同地区，各地区的温度有很大区别，不同地区由于温度不同，不能用一种温度试验得到的混凝土徐变性能对全国的混凝土结构徐变进行设计。不同地区混凝土徐变存在差异：(1)比如在东北、西北地区，冬季气温达到零下二三十度，这样极端低温地区，混凝土结构会发生与南方地区不同的徐变性能；(2)西北地区，如乌鲁木齐、吐鲁番等地区，不仅冬季低温，而且夏季高温，同时昼夜温差，最大 超过20℃，季节温差超过80℃，在这样极端气候下，混凝土结构徐变又不同与东北和南方地区。(3)南方地区相对温差较小，混凝土结构的徐变有不同于东北和西北。温度直接影响混凝土结构的徐变，而钢管混凝土的徐变受温度影响更加显著。可以统计到仅2011年钢管混凝土系杆拱桥倒塌、拆除就有8座，分别是重庆市綦江彩虹桥(1999年倒塌)、四川宜宾小南门大桥(2001倒塌)、重庆武隆县乌江二桥(2004拆除)、江苏常州运村公路大桥(2007年倒塌)、新疆巴音郭楞蒙古自治州库尔勒孔雀河大桥(2011倒塌)、福建安溪铭选大桥(2011拆除)、江苏盐城境内328省道通榆河桥(2011年倒塌)、福建武夷山公馆大桥(2011倒塌)。钢管混凝土系杆拱桥倒塌危及到了人的生命安全，仅重庆市綦江彩虹桥倒塌就造成40人死亡，轻重伤14人，带来的损失和社会影响是不可估量的。造成钢管混凝土系杆拱桥倒塌或拆除的主要原因是钢管内混凝土收缩徐变改变结构受力、结构应力重分布造成吊杆断裂等。系统深入的研究混凝土构件收缩徐变是混凝土结构设计、施工中必须解决的问题。 

针对混凝土结构徐变国内外学者作了许多有意义的探索，如一种混凝土徐变试验系统、一种混凝土受压徐变仪、一种混凝土构件徐变试验加载器、混凝土受压徐变试验测试仪等，这些有意义的研究和发明，在不同的混凝土工程中发挥了重要的作用。 

现有技术之一：一种混凝土徐变试验系统，提供一种混凝土徐变试验系统，包括机座、丝杠、顶板、电液伺服作动器、应变计、荷载传感器及碟形弹簧，所述丝杠底部固定于机座，所述顶板固定于丝杠顶部，所述丝杠上安装可移动的下压板及上压板，所述碟形弹簧设置在上压板和顶板之间，所述荷载传感器装设于上压板底部，所述应变计嵌入试件中，所述电液伺服作动器设置在机座与下压板之间。通过在试件上部采用碟形弹簧实现反力加载，底部采用电液伺服作动器加载，可实现直接测量全级配混凝土的徐变特性，较为真实地反映全级配混凝土的徐变特性，使工程设计更安全可靠和经济合理。 

现有技术一存在以下缺点： 

1、技术一提供了一种做徐变的试验仪器，可以按照规范控制在20±2℃，无法实现正负变温的混凝土徐变试验。 

现有技术之二：一种混凝土受压徐变仪。包括上底板、千斤顶、上中板、试件垫板、下中板、弹簧、下底板、立柱和固定螺母；其特征在于立柱为可容纳多个试件的加长立柱，在两个试件间设有滑动块，在叠放试件的上、下端面有钢球。滑动块为三角形，并卡在立柱上固定。本发明的混凝土受压徐变仪在原有徐变仪结构的基础上，采用加长立柱，使徐变仪试验容量增加，对叠放试件的上、下端面采用钢球与约束滑块产生轴向传递荷载，同时对试件在高荷载作用下的偏心具有一定的扶持作用，保证安全生产，并提高设备的利用率，减少投资。 

现有技术二的缺点同技术一相同。 

现有技术之三：一种混凝土构件徐变试验加载器，包括刚架、杠杆、千斤顶和支座。刚架固定在支座上，杠杆的一端铰接在刚架的立柱上，杠杆下方放置千斤顶，千斤顶放置在支座上。旨在提供一种加载方便快捷、加载吨位大的构件徐变加载器，利用杠杆原理，配合千斤顶可方便快捷地对构件施加恒荷载，加载量大，大大减轻劳动强度，试验数据准确可靠，解决了传统加载设备无法长期对构件施加大吨位荷载及加载不均衡的难题。 

现有技术三的缺点同技术一相同。 

现有技术之四：一种混凝土受压徐变试验测试仪，包括位移传感器，荷载传感器，其特征在于，还包括约束框架，约束框架两端分别安装有荷载施加装置和弹性蓄能装置，荷载传感器位于荷载施加装置和弹性蓄能装置之间，荷载传感器与荷载施加装置或弹性蓄能装置连接，位移传感器安装于待测试件表面，位移传感器和荷载传感器与多元数据自动采集仪连接。混凝土受压徐变试验测试仪操作方便、数据自动采集的高精度、低成本、在试验过程中可维持荷载稳定。 

现有技术四的缺点同技术一相同。 

通过以上现有技术的查新及目前国内外混凝土构件徐变试验仪器的查阅发现，目前没有任何实现混凝土构件徐变正负温变的试验仪，但是，实际混凝土 构件徐变均在自然条件下经历正负温变，开展混凝土构件正负温变的试验是结构设计、施工、运营必须要解决的问题，而发明一种适应混凝土构件徐变正负温变的试验仪也是混凝土结构发展必须经历的一个过程，本发明从无到有创造了一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变的试验仪。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对目前没有可以实现混凝土构件徐变正负温变试验仪的现状，提供一种结构可行，设计合理，能够满足混凝土构件徐变正负变温试验的一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪。 

本发明的目的在于提供一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，包括徐变试验箱、流接触器、温度控制仪、温度测试器、冷凝器、压缩机、过滤器、换热器、蒸发器、启动电源、数据线、氟利昂； 

所述试验箱体由数据线及线缆、试验箱框架、保温板、温度综合控制系统、观察窗、试验箱门体、温度测试器组成；夹芯板是由两层成型金属面板和直接在面板中间发泡、熟化成型的高分子隔热内芯组成，填充系统使用的也是闭泡分子结构，内面层成型为平板以适应铺设蒸发器的需要，蒸发器通过低温低压的液态制冷剂在其传热壁的一侧传热器腔内气化吸热或放热，而使传热壁另一侧试验箱内的空气被冷却或加热，设计采用多排蛇管的型式； 

蒸发器的布置形式为：在试验箱正上方中心部位安装有将试验仪气体的各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量传感器的温度测试器；温度综合控制系统有控制箱、温度控制仪、启动电容、交流接触器，控制箱及各组件，温度综合控制系统里安装有通过铂电阻温度传感装置，把温度信号变换成电信号，通过单片机电路控制继电器使得CCZ型混凝土构件徐变箱实现加热或制冷，即实现正负温变的控制；温度综合控制系统内安装启动压缩机的交流电解的启动电容；用主接点实现开闭电路，用辅助接点来执行控制命令的交流接触器；观察窗为双层真空玻璃窗，试验门体的材料为夹芯板。 

所述的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其中所述冷凝器、压缩机、换热器、过滤器等设备组件安装在试验仪箱上方；冷凝器主要用来冷凝氟利昂的制冷或加热蒸汽，进而将徐变正负温变箱的温度达到预期的温度；压缩机是混凝土构件徐变正负温变试验仪的制冷或加热设备，其由壳体、电动机、缸体、活塞、启动器、热保护器及冷却系统组成，压缩机从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力；试验仪中按有除去液体中少量固体颗粒的过滤器，同时安装有提供氟利昂官腔空间的换热器。 

进一步，所述的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其中所述的1-试验箱体为长×宽×高＝1.1m×1.1m×2.2m。 

进一步，其中试验箱框架由75mm×75mm×1250mm方钢通过焊接构成试验箱的框架。 

本发明的有益效果： 

1、本发明解决了混凝土构件实现正负温变的试验； 

2、本发明试验仪适用任何混凝构件徐变正负变试验； 

3、本发明试验仪各组件安装简单，操作方便； 

4、本发明试验仪实现数据自动采集的高精度、工程成本增加小； 

5、本发明试验仪对噪音小，不会造成环境的噪音污染。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的试验仪系统构造图； 

图2是本发明实施例提供的试验仪体构造图； 

图3是本发明实施例提供的蒸发器的布置形式的示意图； 

图4是本发明实施例提供的温度综合控制系统控制箱构造示意图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明实施例提供了一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其包括：1-试验箱体、2-交流接触器、3-温度控制仪、4-温度测试器、5-冷凝器、6-压缩机、7-换热器、8-过滤器、9-启动电源、10-蒸发器、11-氟利昂、12-数据线及线缆等设备组件，一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪的系统构造图见图1。 

所述的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其中所述的1-试验箱体为长×宽×高＝1.1m×1.1m×2.2m的，试验箱体构造图见图2。试验箱体由12-数据线及线缆、13-试验箱框架、14-保温板、15-温度综合控制系统、16-观察窗、17-试验箱门体、18-温度测试器等组成。其中13-试验箱框架由75mm×75mm×1250mm方钢通过焊接构成试验箱的框架，为主要受力部分；14-夹芯板是由两层成型金属面板和直接在面板中间发泡、熟化成型的高分子隔热内芯组成，填充系统使用的也是闭泡分子结构，可以杜绝水汽的凝结，外层钢板的成型充分考虑了结构和强度要求，并兼顾美观，内面层成型为平板以适应铺设10-蒸发器的需要，10-蒸发器通过低温低压的液态制冷剂(11-氟利昂)在其传热壁的一侧(传热器腔内)气化吸热(放热)，而使传热壁另一侧(1-试验箱内)的空气被冷却(加热)，设计采用多排蛇管的型式，10-蒸发器的布置形式见图3，在试验箱正上方中心部位安装有将试验仪气体的各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量传感器的温度测试器。15-温度综合控制系统有22-控制箱、3-温度控制仪、9-启动电容、2-交流接触器，控制箱及各组件构造见图4，15-温度综合控制系统里安装有通过12-铂电阻温度传感装置，把温度信号变换成电信号，通过单片机电路控制继电器使得CCZ型混凝土构件徐变箱实现加热(或制冷)，即实现正负温变的控制；15-温度综合控制系统内安装启动压缩机的交流电解的9-启动电容；用主接点实现开闭电路，用辅助接点来执行控制命令 的2-交流接触器。16-观察窗及试验门体尺寸见图2，16-观察窗为双层真空玻璃窗，试验门体的材料为夹芯板。 

所述的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其中所述5-冷凝器、6-压缩机、7-换热器、8-过滤器等设备组件安装在试验仪箱上方。组件中5-冷凝器主要用来冷凝氟利昂的制冷(加热)蒸汽，进而将徐变正负温变箱的温度达到预期的温度；压缩机是混凝土构件徐变正负温变试验仪的最主要的制冷(加热)设备，其由壳体、电动机、缸体、活塞、控制设备(启动器和热保护器)及冷却系统组成，压缩机从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝→膨胀→蒸发(吸热)的制冷循环；试验仪中按有除去液体中少量固体颗粒的过滤器，可保护设备的正常工作，当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而清洁的滤液则由过滤器出口排出，当需要清洗时，只要将可拆卸的滤筒取出，处理后重新装入即可，其使用维护极为方便；同时安装有提供氟利昂官腔空间的换热器。 

一种上述CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪的使用方法，按照试验目的及设计要求将混凝土类结构试件浇筑加工好，按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBT50082-2009)、《中国工程建设标准化协会标准.钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28：90)等规范规程下，将制作好的试件加载在弹簧式压缩徐变仪上，将CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪移动，使弹簧式压缩徐变仪位置在CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪中间位置，关上箱门体，通过温度控制综合系统设置徐变温度范围，并启动CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪中控温装置，进行正负变温或某一恒温下混凝土构件试件的徐变性能试验。 

针对目前无法实现正负变温徐变试验的现状，特别是钢筋混凝土、钢管混凝土等对温度非常敏感的构件中，应用目前现有的徐变试验方法无法实现变温的试验，在这种条件下，通过对CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪深入的 可行性分析和方案设计研究，以实现混凝土构件徐变正负温变试验为目的，通过设计一种即可以满足温控制，又可以满足徐变试验的要求，设计一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪。在室内进行了多种设计方案比选，材料、设备性能的选定及大量试验，通过不同设计方案的优化，分析温度控制的可行性，得出最优化的混凝土构件徐变正负温变试验仪的设计构造，新研制的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪以满足不同温度(-20℃～+25℃)的变温或恒温试验的要求。 

在正负变温的实现过程中，由于徐变试验所需时间较长，对试验仪的运转性能、温度稳定性、温度的可控性、负温的实现等，这些特殊的试验条件为徐变正负变温试验仪的研制提出了新的考验，如何保证各设备长达36个月及更长时间的使用、如何保证试验仪2.226m³这样大的空间内实现温度的稳定性、如何满足混凝土类结构徐变温度的可控性，实现模拟外界气候变化的要求、如何实现-20℃的低温要求成为新的难题，在这些条件下，本发明在试验过程中得到“长江学者和创新团队发展计划资助(IRT1139)及兰州交通大学青年科学基金(2012028)”资助，根据大量设计方案比选、设备性能稳定性测试、试验仪正负变温试验研究，证实CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪可以实现徐变温度的正负变温要求，使试验数据满足设计、研究、施工、使用的要求。 

实施例1 

本实施例CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪主要构件包括：试验箱体、交流接触器、温度控制仪、温度测试器、冷凝器、压缩机、换热器、过滤器、启动电源、蒸发器、氟利昂、数据线及线缆等设备组件。 

实施例2 

1、将各组件按照图1～图4进行安装； 

2、移动CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，使加载混凝土类结构好的弹簧式压缩徐变仪在其正中，开启并设置相关设备，进行徐变试验。 

CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪主要作用： 

1)可进行混凝土构件的徐变试验：包括普通混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢管混凝土结构(圆钢管混凝土、方钢管混凝土)等与混凝土有关的结构的徐变试验； 

2)可将温度控制在-20℃～+25℃范围内； 

3)可进行控制温度内的某一恒定温度的徐变试验； 

4)可进行控制温度内的任一变化温度范围内的试验； 

5)可进行6个月～36个月的徐变正负变温试验，实现模拟大气温度变化对混凝土结构徐变影响的试验； 

6)可实现温度测量精度为0.1℃的徐变试验； 

7)在设定温度后，无需人员操作，其可根据正负温变箱内的温度进行自动启动和停止(包括实现人为停机延时)，准确控制在规定的温度范围内。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其特征在于，包括徐变试验箱、流接触器、温度控制仪、温度测试器、冷凝器、压缩机、过滤器、换热器、蒸发器、启动电源、数据线、氟利昂；

所述试验箱体由数据线及线缆、试验箱框架、保温板、温度综合控制系统、观察窗、试验箱门体、温度测试器组成；夹芯板是由两层成型金属面板和直接在面板中间发泡、熟化成型的高分子隔热内芯组成，填充系统使用的也是闭泡分子结构，内面层成型为平板以适应铺设蒸发器的需要，蒸发器通过低温低压的液态制冷剂在其传热壁的一侧传热器腔内气化吸热或放热，而使传热壁另一侧试验箱内的空气被冷却或加热，设计采用多排蛇管的型式；

蒸发器的布置形式为：在试验箱正上方中心部位安装有将试验仪气体的各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量传感器的温度测试器；温度综合控制系统有控制箱、温度控制仪、启动电容、交流接触器，控制箱及各组件，温度综合控制系统里安装有通过铂电阻温度传感装置，把温度信号变换成电信号，通过单片机电路控制继电器使得CCZ型混凝土构件徐变箱实现加热或制冷，即实现正负温变的控制；温度综合控制系统内安装启动压缩机的交流电解的启动电容；用主接点实现开闭电路，用辅助接点来执行控制命令的交流接触器；观察窗为双层真空玻璃窗，试验门体的材料为夹芯板。

所述的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其中所述冷凝器、压缩机、换热器、过滤器等设备组件安装在试验仪箱上方；冷凝器主要用来冷凝氟利昂的制冷或加热蒸汽，进而将徐变正负温变箱的温度达到预期的温度；压缩机是混凝土构件徐变正负温变试验仪的制冷或加热设备，其由壳体、电动机、缸体、活塞、启动器、热保护器及冷却系统组成，压缩机从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力；试验仪中按有除去液体中少量固体颗粒的过滤器，同时安装有提供氟利昂官腔空间的换热器。

2.根据权利要求1所述的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其特征在于，所述的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其中所述的1-试验箱体为长×宽×高＝1.1m×1.1m×2.2m。

3.根据权利要求1所述的CCZ型混凝土构件徐变正负温变试验仪，其特征在于，其中试验箱框架由75mm×75mm×1250mm方钢通过焊接构成试验箱的框架。

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