CN103698218A - 一种模拟不同应力条件下混凝土构件水力劈裂试验装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟不同应力条件下混凝土构件水力劈裂试验装置，涉及混凝土构件水力劈裂的试验装置的技术领域。本发明包括一面开口的长方体模具，模具内灌注混凝土得到混凝土构件，混凝土构件内预设8根耐高压水弯管，每根耐高压水弯管末端设置水压传感器接头；从混凝土构件拔出钢片预制初始裂缝，裂缝周围打磨出一定范围的凹槽，布置应变片和夹式引伸计，用隔水绝缘胶填充磨平；构件上设置水密封钢板，水密封钢板上布置有进水口和带密封帽的排气口。基于本发明，可开展不同应力条件和不同初始裂缝倾斜角条件组合工况下的混凝土结构水力劈裂试验研究。

Description

一种模拟不同应力条件下混凝土构件水力劈裂试验装置

 

技术领域

本发明涉及混凝土构件水力劈裂的试验装置的技术领域。

 

背景技术

    水力劈裂是水流在岩体或混凝土的间隙运动与周围固体变形耦合的过程，表现为高压水流将岩体或混凝土内已有的裂隙和空隙驱动扩张、扩展、相互贯通等。

随着筑坝技术和快速发展，一批200m～300m级大型混凝土高坝被兴建及投入运行。高水头作用下的混凝土结构水力劈裂问题备受关注，成为当下水利工程界广为研究的基础课题。混凝土水力劈裂发生机理复杂，实际工程中混凝土构件的水力劈裂问题复杂。例如，混凝土坝由于温度、施工和混凝土干缩等因素的影响，坝体表面不可避免地存在裂缝，裂缝的形式多样，如水平缝、垂直缝等。裂缝所处的工况也很复杂，如：无应力缝、受压缝、受拉缝等。由于试验设备和测试技术等条件限制，以往学者仅针对单轴受拉压条件下的混凝土试件进行高压水劈裂试验，且无法开展不同初始裂缝倾斜角情况下的水力劈裂试验。为了进一步研究混凝土构件的水力劈裂问题，需要设计一种新的水力劈裂试验装置。

 

发明内容

本发明目的是提供一种能够在不同应力状态和不同初始裂缝倾斜角条件组合工况下的混凝土结构水力劈裂试验研究的模拟混凝土构件水力劈裂的试验装置。

一种模拟混凝土构件水力劈裂的试验装置，包括一面开口的长方体模具，模具内灌注混凝土得到混凝土构件，混凝土构件内预设8根耐高压水弯管，每根耐高压水弯管的末端设置水压传感器接头；预制初始裂缝周围打磨出一定范围的凹槽，布置夹式引伸计和应变片，并用隔水绝缘胶填充磨平；混凝土构件上设置水密封钢板，水密封钢板上布置有进水口和带密封帽的排气口。

本发明耐高压水弯管伸入混凝土构件内的一端设置用于防止耐高压水弯管堵塞的透水土工布。

本发明的水密封刚板与混凝土构件之间通过螺栓固定连接。

本发明的水密封刚板与混凝土构件之间设置隔水绝缘胶。

本发明的应变片布置于裂缝端部两侧，一侧垂直于开裂方向布置8个，另一侧大致沿构件主应力方向对称布置16个，总计24个。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

本发明所述试件浇筑采用的钢模具，钢模内部尺寸为长600mm、宽300mm、高300mm、壁厚20mm，试模的前后及左右侧对称开有若干圆孔，便于预埋螺纹钢筋，用来开展受拉应力条件下的水力劈裂试验。

本发明所述混凝土试件，试件采用全级配混凝土，试件尺寸为长600mm、宽300mm、高300mm，试件内部埋设有8根耐高压水弯管，导管出口端通过转换接口与水压传感器相连；试件上部预埋入8根螺纹钢筋；试件上部裂缝口附近的区域用打磨机打磨出一块低于试件表面10mm左右的凹槽区域，用来布置应变片、夹式引伸计；试件前后侧及左右侧预埋入螺纹钢筋若干（模拟受拉情况时，需预埋入螺纹钢筋，受压情况则不需要预埋螺纹钢筋）。

本发明所述水密封钢板，钢板尺寸为长150mm、宽150mm、厚20mm，钢板钻有8个大螺纹孔，与预埋入试件上部的8根螺纹钢筋一一对应，通过螺帽与水密封钢板紧密接触；钢板中心位置开有2个小螺纹孔，用来设置进水口和排气口，排气口设置有密封帽。

本发明所述各式试验数据测量仪器包括24个应变片，布置于试件上表面凹槽内；3个夹式引伸计，分别布置于试件上表面凹槽内预制裂缝中部和端部；8个水压传感器，通过转换接头与导出的耐高压导管连接；2个荷载传感器和2个位移传感器，分别用来测量试件前后侧和左右侧施加的荷载和产生的位移值。试验过程中的测量数据均可在主机上实时采集和保存。

本发明的优点：

1）改进了以往装置只能开展单轴拉压情况下水力劈裂试验的缺陷，采用该试验装置可开展不同应力条件下的全级配混凝土结构水力劈裂试验研究，实用性更广。

2）可根据试验需要，开展不同初始裂缝倾斜角情况下全级配混凝土结构水力劈裂试验研究，可用来研究不同初始裂缝倾斜角对水力劈裂试验的影响。

3）试验水压、轴压加载系统相互独立，可根据试验工况要求，自由调节和控制，且试验过程中应变，位移、荷载、水压等试验数据均可实现全程自动采集和保存。

 

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明试件模具的结构示意图。

图4为本发明进水口与排气口布置示意图。

图5为本发明的初始裂缝的示意图。

其中：1、初始裂缝，2、夹式引伸计，3、应变片，4、螺栓，5、耐高压水弯管，6、水压传感器接头，7、水密封钢板，8、混凝土试件，9、透水土工布，10、隔水绝缘胶，11、钢片，12、模具，13、进水口，14、密封帽。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1到图5所示，一种模拟不同应力条件下混凝土构件水力劈裂试验装置，包括一面开口的长方体模具12，模具12内灌注混凝土得到混凝土构件8，混凝土构件8内预设8根耐高压水弯管5，每根耐高压水弯管5的末端设置水压传感器接头6；预制初始裂缝1周围打磨出一定范围的凹槽，布置夹式引伸计2和应变片3，并用隔水绝缘胶10填充磨平；混凝土构件8上设置水密封钢板7，水密封钢板7上布置有进水口13和带密封帽14的排气口。

如图1所示，本发明的耐高压水弯管5伸入混凝土构件8内的一端设置用于防止耐高压水弯管5堵塞的透水土工布9。

如图1所示，本发明的水密封刚板7与混凝土构件8之间通过螺栓4固定连接。

如图4所示，本发明的水密封刚板7与混凝土构件8之间设置隔水绝缘胶10。

如图1所示，本发明的应变片3布置于裂缝端部两侧，一侧垂直于开裂方向布置8个，另一侧大致沿构件主应力方向对称布置16个，总计24个。

本发明的研制主要包括以下步骤：

1）试件制备：使用内部尺寸为600mm×300mm×300mm的钢模具12制作混凝土试件。试件浇筑之前首先在模具12上部预先固定钢片11用于预制初始裂缝1。钢片11长100mm，宽4mm，深200m，下侧打磨成圆弧刀刃状。根据试验需要，可设定预制不同初始倾斜角裂缝。在试件前后、左右两面中心开孔架设钢筋，并在周围一定区域内开孔架设螺栓4。将8根耐高压水弯管5预先埋设的位置，如图1、2所示，耐高压水弯管5深入混凝土试件中，最前端超过初始裂扩展面位置20mm，在耐高压水弯管5最前端40mm处的管壁事先扎满小孔并包裹一层透水土工布9，以使缝内水流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。两侧弯管位置相互间隔大致为30mm，也可以根据实际需要加以调整以测量不同位置的水压。耐高压水弯管5另一端伸出混凝土表面50mm左右，使其通过转换接口与水压传感测量器相连；浇筑混凝土并用振捣棒振捣密实，24h后拔出钢片11形成试验要求的裂缝倾斜角的初始裂缝1。最后混凝土试件按规范在标准条件下进行养护。

2）测量仪器布置：试件受载端部被施加轴力时需要垫钢板，表面必须平整，故使用打磨机将试件受载面打磨平整，并将事先开孔的钢板，用已埋设在混凝土试件内部的螺栓4固定、拧紧；预留缝开口处因须保证其密闭性同时要贴应变片3、夹式引伸计2也要保证其平整，故用打磨机将初始裂缝1端部一定范围内打磨至整个平面以下10mm形成一个凹槽。在初始裂缝1两侧及中间贴上夹式引伸计2；应变片3粘贴于初始裂缝尖端两侧，一侧垂直于裂缝长度方向，布置应变片8个，另外一侧沿裂缝开裂时的主应力方向，对称布置，分别布置8个应变片。应变片长度20mm，宽5mm，靠近裂缝尖端的布设间距尽可能小些，远离初始裂缝尖端的位置可以布设间距可调大，两侧总布置应变片24个，如图2所示。将连接应变片、夹式引伸计的导线引出。用隔水绝缘胶10涂抹填充，使在试验时起隔水和绝缘作用。在此基础上将已打孔的厚钢板7通过螺栓4固定。施加的压力水流通过水密封钢板中心的进水口13进入裂缝后，每次试验前均需要打开密封帽14，待试件裂缝内的空气排出后，关闭密封帽后，方可进行试验。

3）数据采集模块研制： 试验过程中的缝内水压通过HM-20水压传感器，将水压测值转化为电流信号，数据采集仪采集水压传感器输出的电流信号，并输出到计算机，再通过研制的专业软件实现实时显示和记录。应变片3所测应变值通过动态应变测试系统采集，裂缝扩展过程中的缝宽及缝尖位移值可以通过夹式引伸计2测得，混凝土试件8左右、前后两侧的轴向荷载和位移测值均可在计算机上实时采集，从而保证试验过程中所需的试验测量数据能过在计算机上全程采集和保存。

Claims (5)

1.一种模拟不同应力条件下混凝土构件水力劈裂试验装置，其特征在于包括一面开口的长方体模具（12），模具（12）内灌注混凝土得到混凝土构件（8），混凝土构件（8）内预设8根耐高压水弯管（5），每根耐高压水弯管（5）的末端设置水压传感器接头（6）；预制初始裂缝（1）周围打磨出一定范围的凹槽，布置夹式引伸计（2）和应变片（3），并用隔水绝缘胶（10）填充磨平；混凝土构件（8）上设置水密封钢板（7），水密封钢板（7）上布置有进水口（13）和带密封帽（14）的排气口。

2.根据权利要求1所述的模拟混凝土构件水力劈裂的试验装置，其特征在于上述耐高压水弯管（5）伸入混凝土构件（8）内的一端设置用于防止耐高压水弯管（5）堵塞的透水土工布（9）。

3.根据权利要求1所述的模拟混凝土构件水力劈裂的试验装置，其特征在于上述水密封刚板（7）与混凝土构件（8）之间通过螺栓（4）固定连接。

4.根据权利要求1所述的模拟混凝土构件水力劈裂的试验装置，其特征在于上述水密封刚板（7）与混凝土构件（8）之间设置隔水绝缘胶（10）。

5.根据权利要求1所述的模拟混凝土构件水力劈裂的试验装置，其特征在于上述应变片（3）布置于裂缝端部两侧，一侧垂直于开裂方向布置8个，另一侧大致沿构件主应力方向对称布置16个，总计24个。

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