CN103389247A - 一种用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂的试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，包括试件模具系统以及水固热耦合测试系统，试件模具系统包括浇筑模具和水密封夹具，浇筑模具的中心位置设置纵向贯穿浇筑模具的模拟初始裂缝，模拟初始裂缝的上方横向设置水压测量弯管，水压测量弯管一端埋入浇筑模具且对应模拟初始裂缝设置，另一端伸出浇筑模具与水固热耦合测试系统连接。改变了传统劈裂试验采用混凝土楔形劈裂试件无法密封高水压作用和圆柱形混凝土试件无法测量试验过程中的裂缝开度、水压、水温等重要数据的缺陷，克服了高水压下水力劈裂试验的水密封问题以及实时测量劈裂过程中缝内水压变化和应变等数据，试验系统与实际情况更加吻合。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂的试验系统，属于试验装置领域。
背景技术
裂缝是大体积混凝土结构老化和病变的主要反应，高水压力造成的水力劈裂问题一直是水利工程界研究的基础课题，由于水压作用下的混凝土断裂试验难度大装置复杂，以往的试验研究由于模型材料，制作方法，量测技术等限制，试验采用机械压力模拟水压，此方法无法完全模拟高压水在裂缝中的双重水力效应，或者有学者进行拉压应力条件下混凝土试件高压水劈裂试验研究，其缺陷是没有对裂缝的形成过程以及裂缝形成后的扩展情况，诸如裂缝开裂缝宽，混凝土应变以及混凝土开裂过程中水压力变化情况等因素进行深入研究。因此此类试验均无法全面的体现出高水压下混凝土构件水力劈裂的特性。
发明内容
本发明针对现有水力劈裂试验系统的缺陷，开发制作一种可以测得高压水头下水力劈裂完整特性的试验系统，并研制了一套特殊的水密封装置，可以适用于高水压下混凝土构件水力劈裂特性试验研究。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，包括试件模具系统以及与试件模具系统连接的水固热耦合测试系统，试件模具系统包括浇筑模具，浇筑模具的中心位置设置纵向贯穿浇筑模具的模拟初始裂缝，模拟初始裂缝的上方横向设置水压测量弯管，水压测量弯管一端埋入浇筑模具且对应模拟初始裂缝设置，另一端伸出浇筑模具与水固热耦合测试系统连接。
所述试件模具系统还包括水密封夹具，水密封夹具对应模拟初始裂缝位置开设钢架进出水口，水密封夹具包括两个工字钢，分别设置在浇筑模具的纵向前后两侧，两工字钢内侧对应模拟初始裂缝位置开设凹槽，凹槽内设置橡胶垫，橡胶垫高出凹槽且完全盖住模拟初始裂缝表面；其中一工字钢的外侧分别设置水管接头，另一工字钢外侧设置阀门。
所述浇筑模具的横向两侧的中心开设孔洞，孔洞内设置轴拉钢筋。
所述水压测量弯管埋入浇筑模具的一端尾部扎满小孔，且包裹一层透水土布。
所述水固热耦合测试系统包括水压量测控制系统、水温量测控制系统、裂缝应变量测系统、数据输出记录系统，其中：
水压量测控制系统，用于控制对试件模具系统的压力加载，和压力数据的收集；
水温量测控制系统，用于控制对试件模具系统的温度控制及调节，和温度数据的收集；
裂缝应变量测系统，用于测量并收集应变值和缝宽变化的数据；
数据输出记录系统，用于采集并收集所有数据并实时记录。
所述水压量测控制系统包括压力传感器，压力传感器与水压测量弯管的伸出端连接。
所述裂缝应变量测系统包括应变片和夹式引伸计，应变片夹式引伸计的两片刀头分别设置于模拟初始裂缝的缝端两侧，应变片至少2对，分别对称竖向设置在模拟初始裂缝的缝端下方。
所述模拟初始裂缝制作方法如下：浇筑前在模具前后中心竖向加工出贯穿孔，用于插入模拟初始裂缝的钢片，钢片的一侧打磨成圆弧刀刃状即为模拟初始裂缝的开缝端，在浇筑24h后拔出钢片形成模拟初始裂缝。
与现有相比，本发明的优点有：
1、改变了传统劈裂试验采用混凝土楔形劈裂试件无法密封高水压作用（200m以上水头）和圆柱形混凝土试件无法测量试验过程中的裂缝开度、水压、水温等重要数据的缺陷，克服了高水压下水力劈裂试验的水密封问题以及实时测量劈裂过程中缝内水压变化和应变等数据，试验系统与实际情况更加吻合；
2、具有劈裂水压加载方案、水温、外力荷载可调节的特点，可进行不同条件下的混凝土构件水力劈裂特性研究；
3、试验获得的水压、应变、缝宽、温度、机械荷载等信息可进行全自动实时采集，并整理保存。
附图说明
图1为本发明水固热耦合测试系统示意图；
图2为本发明浇筑模具的俯视结构示意图；
图3为本发明浇筑模具A-A断面结构示意图；
图4为本发明水密封夹具安装及橡胶垫布置俯视示意图；
图5为本发明水密封夹具安装及橡胶垫布置断面结构示意图；
图6为本发明浇筑模具表面应变片及夹式引伸计安装示意图；
图7为本发明浇筑模具的压力传感器连接示意图。
其中：1、模拟初始裂缝；2、水压测量弯管；3、轴拉钢筋；4、浇筑模具；5、螺栓；6、橡胶垫；7、钢架进出水口；8、钢架进水接头；10、工字钢；11、加压垫块；12、应变片；13、夹式引伸计；14、压力传感器接头；15、压力传感器；16、透水土工布；17、凹槽。具体实施方式
现结合具体实施方式，对本发明的技术方案进一步阐释。
1）试件浇筑模具的制作：浇筑前在模具前后中心竖向加工出贯穿孔，用于插入模拟初始裂缝1的钢片，在浇筑24h后拔出钢片形成模拟初始裂缝1，此后正常养护等待试验；将三根水压测量弯管2预先埋设在如附图3所示位置，弯管深入混凝土中，在弯管最前端10mm左右的管壁扎满小孔，并包裹一层透水土工布16，以使水压能够传入弯管中而混凝土不会在浇筑或振捣过程中堵塞管壁上的孔眼；弯管位置可以调整以测量不同位置的水压；模具外伸出的弯管部分留出一定长度，弯管伸出混凝土后各弯管的间距可适当加大以便提供足够空间用来连接压力传感器15；其中浇筑模具4内部尺寸为150mm×150mm×300mm；贯穿孔的长50mm，宽2~5mm；钢片长200mm，厚度1~4mm不等，宽50mm，钢片的一侧打磨成圆弧刀刃状（即为模拟初始裂缝的开缝端）；
进行轴拉作用下混凝土试件水力劈裂试验时，试件浇筑模具需要在两侧中心开孔以放置轴拉钢筋3；
进行轴压作用下混凝土试件水力劈裂试验试件浇筑时，可用胶带从模具内部把两端的轴拉钢筋孔封闭。
2）水密封夹具的制作：夹具采用两个工字钢10联合夹持，并保证止水，工字钢尺寸如附图4所示，两侧工字钢内侧均开有凹槽17，凹槽内设置橡胶垫6，橡胶垫高出凹槽，可完全盖住模拟初始裂缝表面，两侧工字型钢腹板中心均开有钢架进出水口7，一外侧安装钢架进水接头8连接注水管，另一外侧安装止水阀门，阀门在注水时打开作通气孔使用，当气体排空后关闭阀门；两侧工字型钢采用6根直径12mm螺纹钢连接，通过每侧6只螺栓5可实现均匀夹持；
其中凹槽深3mm，宽度15mm，长度150mm；橡胶垫厚5mm，高出于钢架内侧2mm。
3）数据采集模块的制作：模块示意图如图1所示，包括水压量测控制系统、水温量测控制系统、裂缝应变量测系统、数据输出记录系统、试件模具系统与各个系统连接，试件模具系统包括水密封夹具与浇筑模具，其中：
水压量测控制系统：试验所采用的水固热耦合测试系统提供并实时采集数据，并且可以调整加载大小及速率，裂缝产生后的混凝土内部水压采用HM-20-1-A1-F2-W3压力传感器(量程0~3MPa，精度为10KPa)，试验前采用电动调压泵直接连接压力传感器对值进行标定，得出压力传感器测值和真值之间的标定曲线，通过曲线将测值转化为真值；
水温量测控制系统：是由内部温度传感器提供，并且系统的温控装置可实现温度变化；
裂缝应变量测系统：水力劈裂裂缝应变扩展情况采用应变片12及夹式引伸计13，应变片粘贴在模拟初始裂缝的缝端两边如附图6，应变片长度20mm，宽5mm，每隔4mm布置一个，每个试样布置10个，通过动态应变测试系统测定应变值，并从电脑中读出实时数据并记录，夹式引伸计两片刀头分别安置于工字钢腹板两侧且靠近缝端处，如附图6，缝宽变化通过计算机软件实时采集并记录，轴压及轴拉荷载由通过试验机加载系统提供，加载梯度实时大小等均可以从计算机中实时读出并记录；
数据输出记录系统：通过自主研究的数据采集系统把水压采集数据、应变采集术、温度采集数据传入电脑，利用组态王软件开发的混凝土构件水力劈裂数据采集软件进行实时测量并记录。
Claims (8)
1.一种用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，其特征在于：包括试件模具系统以及与试件模具系统连接的水固热耦合测试系统，试件模具系统包括浇筑模具，浇筑模具的中心位置设置纵向贯穿浇筑模具的模拟初始裂缝，模拟初始裂缝的上方横向设置水压测量弯管，水压测量弯管一端埋入浇筑模具且对应模拟初始裂缝设置，另一端伸出浇筑模具与水固热耦合测试系统连接。
2.如权利要求1所述用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，其特征在于：所述试件模具系统还包括水密封夹具，水密封夹具对应模拟初始裂缝位置开设钢架进出水口，水密封夹具包括两个工字钢，分别设置在浇筑模具的纵向前后两侧，两工字钢内侧对应模拟初始裂缝位置开设凹槽，凹槽内设置橡胶垫，橡胶垫高出凹槽且完全盖住模拟初始裂缝表面；其中一工字钢的外侧分别设置水管接头，另一工字钢外侧设置阀门。
3.如权利要求2所述用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，其特征在于：所述浇筑模具的横向两侧的中心开设孔洞，孔洞内设置轴拉钢筋。
4.如权利要求3所述用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，其特征在于：所述水压测量弯管埋入浇筑模具的一端尾部扎满小孔，且包裹一层透水土布。
5.如权利要求1或2或3或4所述用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，其特征在于：所述水固热耦合测试系统包括水压量测控制系统、水温量测控制系统、裂缝应变量测系统、数据输出记录系统，其中：
水压量测控制系统，用于控制对试件模具系统的压力加载，和压力数据的收集；
水温量测控制系统，用于控制对试件模具系统的温度控制及调节，和温度数据的收集；
裂缝应变量测系统，用于测量并收集应变值和缝宽变化的数据；
数据输出记录系统，用于采集并收集所有数据并实时记录。
6.如权利要求5所述用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，其特征在于：所述水压量测控制系统包括压力传感器，压力传感器与水压测量弯管的伸出端连接。
7.如权利要求6所述用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，其特征在于：所述裂缝应变量测系统包括应变片和夹式引伸计，应变片夹式引伸计的两片刀头分别设置于模拟初始裂缝的缝端两侧，应变片至少2对，分别对称竖向设置在模拟初始裂缝的缝端下方。
8.如权利要求7所述用于模拟高水压下混凝土构件水力劈裂特性的试验系统，其特征在于：所述模拟初始裂缝制作方法如下：浇筑前在模具前后中心竖向加工出贯穿孔，用于插入模拟初始裂缝的钢片，钢片的一侧打磨成圆弧刀刃状即为模拟初始裂缝的开缝端，在浇筑24h后拔出钢片形成模拟初始裂缝。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |