CN103512806B - 一种混凝土圆筒壳安全性能的新型测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置，包括胶囊、加压装置、支撑装置、形变检测装置、声探测装置和数据采集处理装置。如此，利用加压装置给环形胶囊加压，在支撑装置的支撑下，环形胶囊将膨胀压力均匀施加于混凝土外筒壳的内表面和混凝土内筒壳的外表面，加压装置对环形胶囊加压直至破坏，将压力信号传输给数据采集处理装置，形变检测装置检测相应筒壳的形变，将形变信号传输给数据采集处理装置，声探测装置探测相应筒壳的裂缝情况，将裂缝情况信号传输给数据采集处理装置分析处理，与现有技术相比，利用本发明重复检测多组不同参数的两混凝土圆筒壳，可预测混凝土圆筒壳可能出现的裂缝和破坏形式；还提出基于上述装置的测试方法。

Description

一种混凝土圆筒壳安全性能的新型测试方法

技术领域

本发明涉及建筑物或构筑物中壳体结构的测试技术领域，具体涉及一种可测试钢筋混凝土圆筒壳所能承受的内外压力以及内外压力与裂缝开展情况、破坏形式的关系的混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置及测试方法。

背景技术

现有技术中，人们在建造各类反应堆（例如，沸水堆、压水堆和气冷堆等）时，基本上采用的是钢压力容器。但是，随着单机容量的增大，各类反应堆的尺寸均大幅增长，给钢压力容器的加工、制作以及后期的运输都带来了困难。正是上述问题，促使了钢筋混凝土压力容器的研究和应用，这是因为钢筋混凝土结构可以依据不同的使用形状和要求来建造，并在适当的位置施加预应力，可以使整个压力容器具有较好的密闭性和安全性。其中，应用较为广泛和具有竞争力的两种结构形式是球形和圆筒形。在内外压力作用下，两者都属于典型的壳体结构。大量的研究表明，圆筒壳更适合作为钢筋混凝土压力容器的结构形式，其内部有竖向钢筋和环向钢筋。钢筋混凝土圆筒壳在核电站的安全壳、海洋平台、大型筒仓和储液罐等工程中也有所使用。但是在实际建筑物或构筑物中的混凝土圆筒壳经常因内或外压力过大，自身强度不足而出现混凝土圆筒壳破裂等事故，但是由于这些建筑物或构筑物的体量较大、结构形式复杂等因素，工程技术人员难以开展准确的原型结构的科学实验研究，不便测试钢筋混凝土圆筒壳所能承受的内或外压力以及内或外压力与裂缝开展形式、破坏形式的关系，进而无法预测出混凝土圆筒壳在承受相应内或外压时可能出现的裂缝开展形式、破坏形式，以给出混凝土圆筒壳厚薄界限的建议值，对该类结构的工程设计进行指导，进而不能预防钢筋混凝土圆筒壳结构在各类荷载作用下发生灾害。

鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的其一目的在于提供一种测试钢筋混凝土圆筒壳所能承受的内外压力以及内外压力与裂缝开展情况、破坏形式的关系的混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置，进而可预测出混凝土圆筒壳在承受相应内压或外压时可能出现的裂缝开展形式和破坏形式，从而能准确掌握混凝土圆筒壳的力学性能，给出混凝土圆筒壳厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地预防钢筋混凝土圆筒壳结构在各类荷载作用下发生灾害。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置的测试方法，可高效实现上述目的。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

一种混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置，包括胀设于同心套设的混凝土外筒壳和混凝土内筒壳之间的空隙内的环形胶囊，对环形胶囊进行加压膨胀的加压装置，封挡于所述空隙两端口对环形胶囊进行反力支撑的支撑装置，设于混凝土外筒壳或混凝土内筒壳上检测相应筒壳形变量的形变检测装置，设于混凝土外筒壳或混凝土内筒壳上探测相应筒壳的预探测处裂缝情况的声探测装置，以及与加压装置、形变检测装置和声探测装置以信号传输的方式连接以采集并处理混凝土外筒壳或混凝土内筒壳内部压力、形变数据和裂缝情况信号的数据采集处理装置。

上述加压装置包括与上述环形胶囊连通的注水管道和泄水管道；所述注水管道具有水流水压调节泵、水压检测表和单向注水阀门，上述数据采集处理装置与所述水压检测表以信号传输的方式连接在一起；所述泄水管道具有单向泄水阀门。

上述水流水压调节泵包括电动试压泵和手动试压泵。

上述支撑装置包括对应封挡于竖向设置的混凝土外筒壳和混凝土内筒壳之间的空隙的上端口的环形挡板，和对应封挡于所述空隙的下端口的底板；所述环形挡板的宽度略小于所述空隙的宽度，且所述环形挡板配设有支撑于上方的支撑横梁，此支撑横梁的两端分别由固定于地面上的固定支撑柱固定支撑；所述底板垫设于混凝土外筒壳和混凝土内筒壳下方。

上述环形胶囊的上端对应混凝土内筒壳或混凝土外筒壳设有排气孔。

上述形变检测装置包括多个沿混凝土外筒壳或混凝土内筒壳的竖向钢筋和环向钢筋布设的应变片，和多个对应混凝土外筒壳的外表面或混凝土内筒壳的内表面布设用于检测相应处在水平方向上相对位移的差动式位移传感器或百分表；所述应变片和差动式位移传感器与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起。

上述声探测装置包括多个对应混凝土外筒壳的外表面或混凝土内筒壳的内表面布设的声发射探头，和采集回馈声信号的信号采集仪；所述信号采集仪与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起。

一种基于上述混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置的测试方法，采用如下步骤：

（1）根据测试要求制作相应壁厚和半径的一组混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件；

（2）将上述环形胶囊匹配装于制作完成的混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件之间的空隙内，将上述加压装置与所述环形胶囊安装在一起，并将上述支撑装置封挡于所述空隙的两端口；将上述形变检测装置安装于所述混凝土外筒壳试件的外表面或混凝土内筒壳试件的内表面；将上述声探测装置安装于所述混凝土外筒壳试件的外表面或混凝土内筒壳试件的内表面；将上述数据采集处理装置分别与所述加压装置、所述形变检测装置和声探测装置以信号传输的方式连接在一起；

（3）利用上述加压装置对上述环形胶囊进行加压膨胀；运行上述形变检测装置、声探测装置和数据采集处理装置；利用所述加压装置对所述环形胶囊进行持续加压膨胀直至上述混凝土外筒壳试件或混凝土内筒壳试件破坏，利用上述数据采集处理装置对整个过程中采集的压力信号、形变数据信号和裂缝情况信号进行分析处理。

在上述步骤（1）中，绑扎上述底板、混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件的钢筋骨架，并在所述混凝土外筒壳试件的竖向钢筋和环向钢筋上粘贴上述应变片，上述底板与所述混凝土外筒壳试件和所述混凝土内筒壳试件一体浇筑成型，先浇筑底板，然后采用滑模施工方法浇筑所述混凝土内筒壳试件，然后浇筑所述混凝土外筒壳试件；使上述混凝土内筒壳试件的厚度大于上述混凝土外筒壳试件的厚度，并在所述混凝土内筒壳试件外设置预应力加强钢筋，成型所述混凝土内筒壳试件时，在所述混凝土内筒壳试件下部设置供上述注水管道和泄水管道穿过安装的通孔，并在所述混凝土内筒壳试件上部对应上述排气孔设置通口；

或者绑扎上述底板、混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件的钢筋骨架，并在所述混凝土内筒壳试件的竖向钢筋和环向钢筋上粘贴上述应变片，上述底板与所述混凝土外筒壳试件和所述混凝土内筒壳试件一体浇筑成型，先浇筑底板，然后采用滑模施工方法浇筑所述混凝土内筒壳试件，然后浇筑所述混凝土外筒壳试件；使上述混凝土外筒壳试件的厚度大于上述混凝土内筒壳试件的厚度，并在所述混凝土外筒壳试件外设置预应力加强钢筋，成型所述混凝土外筒壳试件时，在所述混凝土外筒壳试件下部设置供上述注水管道和泄水管道穿过安装的通孔，并在所述混凝土外筒壳试件上部对应上述排气孔设置通口；

在上述步骤（2）中，在预定位置固定设置两上述固定支撑柱，并根据上述混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件的高度将上述支撑横梁的两端与两所述固定支撑柱在相应高度处固定连接，将安装好的上述环形胶囊、混凝土外筒壳试件、混凝土内筒壳试件和底板对应置于所述支撑横梁的下方，将上述环形挡板设置于所述环形胶囊与支撑横梁之间对环形胶囊进行反力支撑；将上述注水管道和泄水管道分别通过上述通孔进行安装；将上述水压检测表、电动试压泵、手动试压泵和单向注水阀门与上述注水管道安装在一起，并将所述水压检测表与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；将上述单向泄水阀门与上述泄水管道安装在一起；将多个上述声发射探头安装于待被测试的所述混凝土外筒壳试件的外表面，或所述混凝土内筒壳试件的内表面，安装上述信号采集仪，并将所述信号采集仪与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；将多个上述差动式位移传感器或百分表布设于待被测试的所述混凝土外筒壳试件的外表面，或所述混凝土内筒壳试件的内表面的各位移待测点处，并将各所述差动式位移传感器与数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；打开上述排气孔，关闭所述泄水管道，利用上述电动试压泵对所述环形胶囊进行注水加压，至注满水，不留褶皱，然后关闭所述排气孔;

在上述步骤（3）中，上述加压装置对上述环形胶囊进行加压包括两个阶段，先利用上述电动试压泵对所述环形胶囊进行第一阶段注水加压，一段时间后，并在待被测试的上述混凝土外筒壳试件或混凝土内筒壳试件破裂前，利用手动试压泵对所述环形胶囊进行第二阶段注水加压，直至待被测试的所述混凝土外筒壳试件或混凝土内筒壳试件破坏；

在上述步骤（1）中制作多组壁厚和半径不同的混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件，并重复上述步骤分别对各组混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件进行测试，利用上述数据采集处理装置对所有数据进行分析处理。

采用上述技术方案后，本发明的混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置，利用加压装置对环形胶囊进行加压使其膨胀，并在支撑装置的支撑下，环形胶囊将膨胀压力均匀施加于待测的混凝土外筒壳的内表面和混凝土内筒壳的外表面，加压装置对环形胶囊逐渐加压直至混凝土外筒壳或混凝土内筒壳破坏，加压装置在整个加压过程中将压力信号传输给数据采集处理装置，形变检测装置在整个过程中检测混凝土外筒壳或混凝土内筒壳的形变，并将形变量等参数信号传输给数据采集处理装置，声探测装置探测混凝土外筒壳或混凝土内筒壳的预探测处裂缝情况，将裂缝情况信号传输给数据采集处理装置，数据采集处理装置对采集的各数据信号进行分析处理，得出钢筋混凝土圆筒壳所能承受的内外压力以及内外压力与裂缝开展情况、破坏形式的关系，与现有技术相比，利用本发明的混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置，重复检测多组不同厚度、半径、钢筋构成等的两混凝土圆筒壳的内压或外压，经分析处理后，可预测出钢筋混凝土圆筒壳在承受相应内压或外压时可能出现的裂缝开展形式和破坏形式，从而能准确掌握钢筋混凝土圆筒壳的力学性能，给出钢筋混凝土圆筒壳厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地预防钢筋混凝土圆筒壳结构在各类荷载作用下发生灾害。

本发明还提出一种基于上述混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置的测试方法，可高效实现对钢筋混凝土圆筒壳的极限内外压力的测试，并对实际建筑物或构筑物中的钢筋混凝土圆筒壳的性能进行准确分析和预测，给出钢筋混凝土圆筒壳厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地预防钢筋混凝土圆筒壳结构在各类荷载作用下发生灾害。

附图说明

图1为本发明的剖视示意图；

图2为本发明另一种实施方式的剖视示意图；

图3为本发明局部结构的俯视示意图。

图中：

1-环形胶囊11-排气孔

2-加压装置21-注水通道

211-水流水压调节泵212-水压检测表

213-单向注水阀门22-泄水通道

221-单向泄水阀门

3-支撑装置31-环形挡板

32-底板33-支撑横梁

34-固定支撑柱

4-形变检测装置5-声探测装置

6-混凝土外筒壳7-混凝土内筒壳

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例进行详细阐述。

本发明的一种混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置，在使用时，通常弧顶朝上，如图1-3所示，包括环形胶囊1、加压装置2、支撑装置3、形变检测装置4、声探测装置5和数据采集处理装置（图中未标出）。

环形胶囊胀设于同心套设的混凝土外筒壳6和混凝土内筒壳7之间的空隙内，加压装置2对环形胶囊1进行加压使其膨胀，支撑装置3封挡于所述空隙的两端口对环形胶囊1进行反力支撑，形变检测装置4设于待被测试的混凝土外筒壳6或混凝土内筒壳7上用于检测相应筒壳的形变量，声探测装置5设于待被测试的混凝土外筒壳6或混凝土内筒壳7上探测相应筒壳的预探测处的裂缝情况，数据采集处理装置与加压装置2、形变检测装置4和声探测装置5均以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接，在使用过程中，利用加压装置2对环形胶囊1进行加压使其膨胀，并在支撑装置3的支撑作用下，环形胶囊1将膨胀压力均匀施加于待测的混凝土外筒壳6的内表面和混凝土内筒壳7的外表面，当欲测试混凝土外筒壳6的内压时，可通过加厚和增加预应力加强钢筋的方式来增加混凝土内筒壳7的强度，令加压装置2对环形胶囊1逐渐加压直至混凝土外筒壳6破坏，加压装置2在整个加压过程中将压力信号传输给数据采集处理装置，形变检测装置4在整个过程中检测混凝土外筒壳6的形变，并将形变量等参数信号传输给数据采集处理装置，声探测装置5探测混凝土外筒壳6的预探测处的裂缝情况，将裂缝情况信号传输给数据采集处理装置，数据采集处理装置对采集的各数据信号进行分析处理，得出钢筋混凝土圆筒壳所能承受的内压力以及内压力与裂缝开展情况、破坏形式的关系；当欲测试混凝土内筒壳7的外压时，可通过加厚和增加预应力加强钢筋的方式来增加混凝土外筒壳6的强度，令加压装置2对环形胶囊1逐渐加压直至混凝土内筒壳7破坏，加压装置2在整个加压过程中将压力信号传输给数据采集处理装置，形变检测装置4在整个过程中检测混凝土内筒壳7的形变，并将形变量等参数信号传输给数据采集处理装置，声探测装置5探测混凝土内筒壳7的预探测处的裂缝情况，将裂缝情况信号传输给数据采集处理装置，数据采集处理装置对采集的各数据信号进行分析处理，得出钢筋混凝土圆筒壳所能承受的外压力以及外压力与裂缝开展情况、破坏形式的关系；可利用本发明的混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置，重复检测多组不同厚度、半径、钢筋构成等的两钢筋混凝土圆筒壳的内压或外压，经分析处理后，可预测出钢筋混凝土圆筒壳在承受相应内压或外压时可能出现的裂缝开展形式和破坏形式，从而能准确掌握钢筋混凝土圆筒壳的力学性能，给出钢筋混凝土圆筒壳厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地预防钢筋混凝土圆筒壳结构在各类荷载作用下发生灾害。

为了具体实现加压装置2对环形胶囊1的加压，优选地，加压装置2通过注水加压的方式对环形胶囊1进行加压，包括与环形胶囊1连通的注水管道21和泄水管道22；注水管道21具有水流水压调节泵211、水压检测表212和单向注水阀门213，上述数据采集处理装置与水压检测表212以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；泄水管道22具有单向泄水阀门221，操作人员可根据测试要求通过水流水压调节泵211调节注水管道21中的水压、水流量，水压检测表212用于检测注水管道21内水流的水压，并将水压信号传输给数据采集处理装置，单向注水阀门213和单向泄水阀门221可实现对环形胶囊1注水加压的稳定性和精确性。

优选地，水流水压调节泵211包括电动试压泵和手动试压泵，在实际使用过程中，结合使用电动试压泵和手动试压泵，对环形胶囊1加压的第一阶段为待被测试的混凝土外筒壳6或混凝土内筒壳7的弹性变形阶段，可以采用电动试压泵进行加压；当加压至一定程度后，应改为手动试压泵进行第二阶段加压，以便于保证加压的精度和可操作性，直至待被测试的混凝土外筒壳6或混凝土内筒壳7出现破坏特征。

为了具体实现支撑装置3，优选地，支撑装置3包括对应封挡于竖向设置的混凝土外筒壳6和混凝土内筒壳7之间的空隙的上端口的环形挡板31，和对应封挡于所述空隙的下端口的底板32；为了保证环形挡板31不与待被测试的混凝土外筒壳6或混凝土内筒壳7接触而影响相应筒壳的受力和形变等，环形挡板31的宽度略小于所述空隙的宽度，且环形挡板31配设有支撑于上方的支撑横梁33，此支撑横梁33的两端分别由固定于地面上的固定支撑柱34固定支撑；底板32垫设于混凝土外筒壳6和混凝土内筒壳7的下方。

优选地，环形胶囊1的上端对应不被测试的混凝土内筒壳7或混凝土外筒壳6设有排气孔11，相应地，待被测试的混凝土内筒壳7或混凝土外筒壳6对应排气孔11设有通口（图中未标出），排气孔11用于在对环形胶囊1进行注水时将内部气体排出，在对待被测试的混凝土外筒壳6或混凝土内筒壳7进行测试前，打开排气孔11，关闭泄水管道22，通过注水管道21向环形胶囊1内注满水，不留褶皱，然后关闭排气孔11，之后安装其它装置并进行测试。

为了具体实现形变检测装置4，优选地，形变检测装置4包括多个沿待被测试的混凝土外筒壳6或混凝土内筒壳7的竖向钢筋和环向钢筋布设的应变片（图中未标出），和多个对应待被测试的混凝土外筒壳6的外表面或混凝土内筒壳7的内表面布设用于检测相应处在水平方向上相对位移的差动式位移传感器（图中未标出）或百分表（图中未标出）；上述应变片和上述差动式位移传感器与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接，采用上述百分表时可直接读取相对位移竖直。

为了具体实现声探测装置5，优选地，声探测装置5包括多个对应混待被测试的凝土外筒壳6的外表面或混凝土内筒壳7的内表面布设的声发射探头（图中未标出），和采集回馈声信号的信号采集仪（图中未标出）；所述信号采集仪与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接。

本发明的一种基于上述混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置的测试方法，如图1-3所示，采用如下步骤：

（1）根据测试要求制作相应壁厚和半径的一组混凝土外筒壳6试件和混凝土内筒壳7试件；

（2）将环形胶囊1匹配装于制作完成的混凝土外筒壳6试件和混凝土内筒壳7试件之间的空隙内，将加压装置2与环形胶囊1安装在一起，并将支撑装置3封挡于所述空隙的两端口；将形变检测装置4安装于待被测试的混凝土外筒壳6试件的外表面或混凝土内筒壳7试件的内表面；将声探测装置5安装于待被测试的混凝土外筒壳6试件的外表面或混凝土内筒壳7试件的内表面；将上述数据采集处理装置分别与加压装置2、形变检测装置4和声探测装置5以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；

（3）利用加压装置2对环形胶囊1进行加压膨胀；运行形变检测装置4、声探测装置5和数据采集处理装置；利用加压装置2对环形胶囊1进行持续加压膨胀直至待被测试的混凝土外筒壳6试件或混凝土内筒壳7试件破坏，利用上述数据采集处理装置对整个过程中采集的压力信号、形变数据信号和裂缝情况信号进行分析处理。

优选地，当欲测试混凝土外筒壳6的内压时，在上述步骤（1）中，绑扎底板32、混凝土外筒壳6试件和混凝土内筒壳7试件的钢筋骨架，并在混凝土外筒壳6试件的竖向钢筋和环向钢筋上粘贴上述应变片，底板32采用钢筋混凝土材料，并与混凝土外筒壳6试件和混凝土内筒壳7试件一体浇筑成型，具体是，先浇筑底板32，然后采用滑模施工方法浇筑混凝土内筒壳7试件，然后浇筑混凝土外筒壳6试件；使混凝土内筒壳7试件的厚度大于混凝土外筒壳6试件的厚度，并在混凝土内筒壳7试件外设置预应力加强钢筋，来增加混凝土内筒壳7的强度，使混凝土内筒壳7不致先破坏，成型混凝土内筒壳7试件时，在混凝土内筒壳7试件下部设置供注水管道21和泄水管道22穿过安装的通孔（图中未标出），并在混凝土内筒壳7试件上部对应排气孔11设置通口；

当欲测试混凝土内筒壳7的外压时，绑扎底板32、混凝土外筒壳6试件和混凝土内筒壳7试件的钢筋骨架，并在混凝土内筒壳7试件的竖向钢筋和环向钢筋上粘贴上述应变片，底板32采用钢筋混凝土材料，并与混凝土外筒壳6试件和混凝土内筒壳7试件一体浇筑成型，具体是，先浇筑底板32，然后采用滑模施工方法浇筑混凝土内筒壳7试件，然后浇筑混凝土外筒壳6试件；使混凝土外筒壳6试件的厚度大于混凝土内筒壳7试件的厚度，并在混凝土外筒壳6试件外设置预应力加强钢筋，来增加混凝土外筒壳6的强度，使混凝土外筒壳6不致先破坏，成型混凝土外筒壳6试件时，在混凝土外筒壳6试件下部设置供注水管道21和泄水管道22穿过安装的通孔（图中未标出），并在混凝土外筒壳6试件上部对应排气孔11设置通口；

在上述步骤（2）中，在预定位置固定设置两固定支撑柱34，并根据混凝土外筒壳6试件和混凝土内筒壳7试件的高度将支撑横梁33的两端与两固定支撑柱34在相应高度处固定连接在一起，将安装好的环形胶囊1、混凝土外筒壳6试件、混凝土内筒壳7试件和底板32对应置于支撑横梁33的下方，将环形挡板31设置于环形胶囊1与支撑横梁33之间对环形胶囊1进行反力支撑；将注水管道21和泄水管道22分别通过上述通孔进行安装；将水压检测表212、电动试压泵和手动试压泵形式的水流水压调节泵211和单向注水阀门213与注水管道21安装在一起，并将水压检测表212与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；将单向泄水阀门221与泄水管道22安装在一起；将多个声发射探头安装于待被测试的混凝土外筒壳6试件的外表面，或混凝土内筒壳7试件的内表面，安装上述信号采集仪，并将所述信号采集仪与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；将多个上述差动式位移传感器或上述百分表布设于待被测试的混凝土外筒壳6试件的外表面，或混凝土内筒壳7试件的内表面的各位移待测点处，当采用差动式位移传感器时，并将各上述差动式位移传感器与数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起，具体可通过信号传输线连接；打开排气孔11，关闭泄水管道22，利用上述电动试压泵对环形胶囊1进行注水加压，至注满水，不留褶皱，然后关闭排气孔11;

在上述步骤（3）中，加压装置2对环形胶囊1进行加压包括两个阶段，先利用上述电动试压泵对环形胶囊1进行第一阶段注水加压，一段时间后，并在待被测试的混凝土外筒壳6试件或混凝土内筒壳7试件破裂前，利用手动试压泵对环形胶囊1进行第二阶段注水加压，直至待被测试的混凝土外筒壳6试件或混凝土内筒壳7试件破坏；

在上述步骤（1）中制作多组壁厚和半径不同的混凝土外筒壳6试件和混凝土内筒壳7试件，并重复上述步骤分别对各组混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件进行测试，利用上述数据采集处理装置对所有数据进行分析处理，可预测出钢筋混凝土圆筒壳在承受相应内压或外压时可能出现的裂缝开展形式和破坏形式，以及混凝土圆筒壳中钢筋或外部预应力钢筋的应力变化情况等，从而能准确掌握钢筋混凝土圆筒壳的力学性能，给出钢筋混凝土圆筒壳厚薄界限的建议值，较好的指导该类结构的工程设计，有效地预防钢筋混凝土圆筒壳结构在各类荷载作用下发生灾害；同时可通过大量的测试和研究，建立声信号与筒壳结构出现裂缝等宏观现象之间的关系，因此，可以利用测试中声探测装置收集事件数、能量释放率等数据，反映出钢筋混凝土圆筒壳的筒壁在加压过程中的裂缝开展情况，利用该装置的测试结果，较之前普遍采用的在筒壁内外侧画铅粉线的方法更为准确、合理。

本发明的混凝土圆筒壳安全性能的新型测试装置及测试方法，当测试混凝土外筒壳的内压或混凝土内筒壳的外压时，混凝土内筒壳或混凝土外筒壳大于混凝土外筒壳或混凝土内筒壳的厚度优选为50mm左右，具体尺寸也可根据实际要求进行调整和设计；在浇筑制作底板、混凝土内筒壳和混凝土外筒壳时，应按要求养护至一定程度，然后对不被测试的混凝土外筒壳或混凝土内筒壳进行预应力钢筋张拉；混凝土底板可根据实际要求对应形变检测装置的数据传输线形成有通道；底板为方形，具体形状也可根据实际要求进行调整和设计；差动式位移传感器或百分表所测量的具体参数可根据实际要求进行选取，具体数量和分布形式等可根据实际要求进行调整和设计；形变检测装置的形式也可根据实际要求进行调整和设计；声探测装置的声发射探头的数量和分布形式等可根据实际要求进行调整和设计，应尽量遍布覆盖待被测试的混凝土外筒壳或混凝土内筒壳的所有预开裂区域；声探测装置的形式也可根据实际要求进行调整和设计；数据采集处理装置优选为计算机类电子系统，精度和效率高，其形式也可根据实际要求进行调整和设计；排气孔和通口的具体形式可根据实际要求进行调整和设计；环形胶囊优选为可维持自身形状的橡胶类材料，其材料也可根据实际要求进行选取；水流水压调节泵的形式也可根据实际要求进行调整和设计；加压装置的形式也可根据实际要求进行调整和设计；环形挡板应具有一定的使用刚度，其具体刚度和各向尺寸等可根据实际要求进行调整和设计；固定支撑柱、支撑横梁、底板和环形挡板的具体形式可根据实际要求进行调整和设计，从广义上讲，支撑装置的形式也可根据实际要求进行调整和设计。

本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (1)

1.一种混凝土圆筒壳安全性能的测试方法，其特征在于，采用混凝土圆筒壳安全性能的测试装置进行测试，此测试装置包括：

胀设于同心套设的混凝土外筒壳和混凝土内筒壳之间的空隙内的环形胶囊，对环形胶囊进行加压膨胀的加压装置，封挡于所述空隙两端口对环形胶囊进行反力支撑的支撑装置，设于混凝土外筒壳或混凝土内筒壳上检测相应筒壳形变量的形变检测装置，设于混凝土外筒壳或混凝土内筒壳上探测相应筒壳的预探测处裂缝情况的声探测装置，以及与加压装置、形变检测装置和声探测装置以信号传输的方式连接以采集并处理混凝土外筒壳或混凝土内筒壳内部压力、形变数据和裂缝情况信号的数据采集处理装置；

上述加压装置包括与上述环形胶囊连通的注水管道和泄水管道；所述注水管道具有水流水压调节泵、水压检测表和单向注水阀门，上述数据采集处理装置与所述水压检测表以信号传输的方式连接在一起；所述泄水管道具有单向泄水阀门；

上述水流水压调节泵包括电动试压泵和手动试压泵；

上述支撑装置包括对应封挡于竖向设置的混凝土外筒壳和混凝土内筒壳之间的空隙的上端口的环形挡板，和对应封挡于所述空隙的下端口的底板；所述环形挡板的宽度略小于所述空隙的宽度，且所述环形挡板配设有支撑于上方的支撑横梁，此支撑横梁的两端分别由固定于地面上的固定支撑柱固定支撑；所述底板垫设于混凝土外筒壳和混凝土内筒壳下方；

上述环形胶囊的上端对应混凝土内筒壳或混凝土外筒壳设有排气孔；

上述形变检测装置包括多个沿混凝土外筒壳或混凝土内筒壳的竖向钢筋和环向钢筋布设的应变片，和多个对应混凝土外筒壳的外表面或混凝土内筒壳的内表面布设用于检测相应处在水平方向上相对位移的差动式位移传感器或百分表；所述应变片和差动式位移传感器与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；

上述声探测装置包括多个对应混凝土外筒壳的外表面或混凝土内筒壳的内表面布设的声发射探头，和采集回馈声信号的信号采集仪；所述信号采集仪与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；

所述测试方法采用如下步骤：

(1)根据测试要求制作相应壁厚和半径的一组混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件；

(2)将上述环形胶囊匹配装于制作完成的混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件之间的空隙内，将上述加压装置与所述环形胶囊安装在一起，并将上述支撑装置封挡于所述空隙的两端口；将上述形变检测装置安装于所述混凝土外筒壳试件的外表面或混凝土内筒壳试件的内表面；将上述声探测装置安装于所述混凝土外筒壳试件的外表面或混凝土内筒壳试件的内表面；将上述数据采集处理装置分别与所述加压装置、所述形变检测装置和声探测装置以信号传输的方式连接在一起；

(3)利用上述加压装置对上述环形胶囊进行加压膨胀；运行上述形变检测装置、声探测装置和数据采集处理装置；利用所述加压装置对所述环形胶囊进行持续加压膨胀直至上述混凝土外筒壳试件或混凝土内筒壳试件破坏，利用上述数据采集处理装置对整个过程中采集的压力信号、形变数据信号和裂缝情况信号进行分析处理；

在上述步骤(1)中，绑扎上述底板、混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件的钢筋骨架，并在所述混凝土外筒壳试件的竖向钢筋和环向钢筋上粘贴上述应变片，上述底板与所述混凝土外筒壳试件和所述混凝土内筒壳试件一体浇筑成型，先浇筑底板，然后采用滑模施工方法浇筑所述混凝土内筒壳试件，然后浇筑所述混凝土外筒壳试件；使上述混凝土内筒壳试件的厚度大于上述混凝土外筒壳试件的厚度，并在所述混凝土内筒壳试件外设置预应力加强钢筋，成型所述混凝土内筒壳试件时，在所述混凝土内筒壳试件下部设置供上述注水管道和泄水管道穿过安装的通孔，并在所述混凝土内筒壳试件上部对应上述排气孔设置通口；

或者绑扎上述底板、混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件的钢筋骨架，并在所述混凝土内筒壳试件的竖向钢筋和环向钢筋上粘贴上述应变片，上述底板与所述混凝土外筒壳试件和所述混凝土内筒壳试件一体浇筑成型，先浇筑底板，然后采用滑模施工方法浇筑所述混凝土内筒壳试件，然后浇筑所述混凝土外筒壳试件；使上述混凝土外筒壳试件的厚度大于上述混凝土内筒壳试件的厚度，并在所述混凝土外筒壳试件外设置预应力加强钢筋，成型所述混凝土外筒壳试件时，在所述混凝土外筒壳试件下部设置供上述注水管道和泄水管道穿过安装的通孔，并在所述混凝土外筒壳试件上部对应上述排气孔设置通口；

在上述步骤(2)中，在预定位置固定设置两上述固定支撑柱，并根据上述混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件的高度将上述支撑横梁的两端与两所述固定支撑柱在相应高度处固定连接，将安装好的上述环形胶囊、混凝土外筒壳试件、混凝土内筒壳试件和底板对应置于所述支撑横梁的下方，将上述环形挡板设置于所述环形胶囊与支撑横梁之间对环形胶囊进行反力支撑；将上述注水管道和泄水管道分别通过上述通孔进行安装；将上述水压检测表、电动试压泵、手动试压泵和单向注水阀门与上述注水管道安装在一起，并将所述水压检测表与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；将上述单向泄水阀门与上述泄水管道安装在一起；将多个上述声发射探头安装于待被测试的所述混凝土外筒壳试件的外表面，或所述混凝土内筒壳试件的内表面，安装上述信号采集仪，并将所述信号采集仪与上述数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；将多个上述差动式位移传感器或百分表布设于待被测试的所述混凝土外筒壳试件的外表面，或所述混凝土内筒壳试件的内表面的各位移待测点处，并将各所述差动式位移传感器与数据采集处理装置以信号传输的方式连接在一起；打开上述排气孔，关闭所述泄水管道，利用上述电动试压泵对所述环形胶囊进行注水加压，至注满水，不留褶皱，然后关闭所述排气孔；

在上述步骤(3)中，上述加压装置对上述环形胶囊进行加压包括两个阶段，先利用上述电动试压泵对所述环形胶囊进行第一阶段注水加压，一段时间后，并在待被测试的上述混凝土外筒壳试件或混凝土内筒壳试件破裂前，利用手动试压泵对所述环形胶囊进行第二阶段注水加压，直至待被测试的所述混凝土外筒壳试件或混凝土内筒壳试件破坏；

在上述步骤(1)中制作多组壁厚和半径不同的混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件，并重复上述步骤分别对各组混凝土外筒壳试件和混凝土内筒壳试件进行测试，利用上述数据采集处理装置对所有数据进行分析处理。