CN105806700B - 一种模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，包括套设在混凝土试件外的整体钢框、橡胶圈、法兰盖、夹具、出气管、注水管、非接触式观测窗口；整体钢框上端面和下端面分别连通设有出气管和注水管，前后端面设有透明的非接触式观测窗口；橡胶圈一端由法兰盖固定于整体钢框的侧壁，另一端套于混凝土试件上，并通过夹具夹紧；形成过盈配合，密封中不使用环氧树脂胶，直接采用夹具对角夹紧，耗时短；在试验过程中，整体钢框中形成水腔，不与混凝土试件直接接触，可实现动水压的加载，不产生额外摩擦力，可消除传统装置中摩擦力对裂缝扩展的影响；结构简单，操作方便，密封安全可靠，可重复利用。

Description

一种模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置
技术领域
本发明涉及一种模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置， 属于水工混凝土劈裂模拟实验技术领域。
背景技术
近年来，一大批高坝的设计建设和安全运行标志着我国坝工技术整体上达到了国际先进水平，如小湾混凝土拱坝（坝高292 m），二滩双曲拱坝（坝高240 m），水布垭面板堆石坝（坝高233 m）等。这些水利工程在我国经济发展、社会公共安全及生态环境等方面都发挥着巨大的作用，但随着筑坝技术的提升，大坝坝高的增加，高水压下的水力劈裂问题也显得日益严峻。一系列由于水力劈裂发生的重大事故还历历在目，如意大利的瓦伊昂拱坝(Vaiont)、美国的特顿坝(Teton)、法国的马尔帕赛拱坝(Malpasset)、英国的巴德海特坝(Balderhead)等。
经过多年来的运行，在高混凝土坝上均已存在不同程度的裂缝，甚至有的大坝在施工期间就已出现了各式的裂缝。这些裂缝处于高水压作用下，极易促使水力劈裂的发生。这不仅减少建筑物的使用寿命，影响到工程效益的充分发挥，而且严重危及下游人民的生命财产安全。因此，深入研究高水压下混凝土结构的水力劈裂问题势在必行。
进行混凝土构件水力劈裂问题试验模拟，其关键在于水压的密封问题。目前，一方面有学者在楔入式紧凑拉伸试件表面预制裂缝，采用环氧树脂胶将橡胶板对称粘贴于裂缝端面，然后用薄钢板将橡胶紧压于试件表面；另一方面，有学者将裂缝完全预制于试件内部，由两根细导管与外部连接，通过细导管向内部裂缝中充水或高压氮气的方法实现混凝土劈裂。前者密封效果受环氧树脂胶强度的影响，高水压作用下，密封效果欠佳，且由于钢板直接紧压橡胶于裂缝端面，所产生的摩擦力也必定影响试件的水力劈裂的过程；而后者虽然解决了试验的密封问题，但由于裂缝完全处于试件内部，无法施加动水荷载，只能测得试件发生劈裂时的静水压力和劈裂结束后裂缝的最终扩展路径，无法观测试件的劈裂过程。本发明提供了一种既可施加动水压，又可消除摩擦力影响，且能够观测到裂缝扩展实时路径，也能够测得缝间水压力分布的试验密封装置。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：包括套设在混凝土试件外的整体钢框、橡胶圈、法兰盖、夹具、出气管、注水管、非接触式观测窗口；
混凝土试件中有一预制裂缝，整体钢框中套入混凝土试件且整体钢框位于预制裂缝相对应的位置；橡胶圈一端由法兰盖固定于整体钢框的侧壁，另一端套于混凝土试件上，并通过夹具夹紧；整体钢框上端面和下端面分别连通设有出气管和注水管，前后端面设有透明的非接触式观测窗口。
作为优选方案，所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述整体钢框以混凝土试件的预制裂缝为中心对称设置；橡胶圈、法兰盖、夹具以整体钢框为中心两侧各一套对称设置。
所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述的整体钢框内截面尺寸大于混凝土试件的截面，不与混凝土试件直接接触；所述整体钢框侧向可动。
作为优选方案，所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述的橡胶圈的截面为“L”形，内截面尺寸小于混凝土试件的截面，将橡胶圈底端套于混凝土试件上，形成过盈配合。
作为优选方案，所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述夹具为对角夹紧夹具，可实现橡胶圈与混凝土试件四边均压紧密封。
作为优选方案，所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述整体钢框的前后端面有贯穿凹槽，贯穿凹槽通过有机玻璃密封固定，组成两个透明的非接触式观测窗口。
作为优选方案，所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述预制裂缝位于混凝土试件上端面中心处，预制裂缝宽度为1~3 mm，深度为150~200 mm；混凝土试件中下段线性阵列均匀分布多个预留的水压测压孔。
作为优选方案，所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述整体钢框的内截面尺寸为500×500 mm，大于混凝土试件的截面。
有益效果：本发明提供的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，与现有密封装置相比，该装置的整体钢框中形成水腔，可实现动水压的加载；该装置的整体钢框不与混凝土试件直接接触，不产生额外摩擦力，可消除传统装置中摩擦力对裂缝扩展的影响；橡胶圈的内截面尺寸小于试件截面尺寸，形成过盈配合，密封中不使用环氧树脂胶，直接采用夹具对角夹紧，耗时短；在试验过程中，整体钢框中形成水腔，不与混凝土试件直接接触，可实现动水压的加载，不产生额外摩擦力，可消除传统装置中摩擦力对裂缝扩展的影响；通过非接触式观测窗口可记录下整个劈裂过程中裂缝扩展的实时状况，由水压测压孔测得缝间水压力分布。本发明提供的所述密封装置，结构简单，操作方便，密封安全可靠，可重复利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中a部局部放大图；
图3为本发明实施时的剖面示意图；
图4为夹具的结构示意图。
图中：水压测压孔1、混凝土试件2、橡胶圈3、夹具4，法兰盖5、整体钢框6、出气管7、M10螺栓孔8、M8螺栓孔9、非接触式观测窗口10、注水管11、预制裂缝12。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示， 一种模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，包括套设在混凝土试件外的整体钢框6、橡胶圈3、法兰盖5、夹具4、出气管7、注水管11、非接触式观测窗口10；混凝土试件2中有一预制裂缝12，整体钢框6中套入混凝土试件2且整体钢框6位于预制裂缝12相对应的位置；橡胶圈3一端由法兰盖5固定于整体钢框6的侧壁，另一端套于混凝土试件2上，并通过夹具夹紧；整体钢框6上端面和下端面分别连通设有出气管7和注水管11；前后端面设有透明的非接触式观测窗口10。
所述的整体钢框6内截面尺寸大于混凝土试件2的截面，不与混凝土试件直接接触；由于橡胶圈3的可延展性，所述整体钢框6侧向可动，不对混凝土试件产生额外的作用力。
作为优选，所述整体钢框6的前后端面有贯穿凹槽，贯穿凹槽通过有机玻璃密封固定，组成两个透明的非接触式观测窗口10。
作为优选，所述整体钢框6以混凝土试件2的预制裂缝12为中心对称设置；橡胶圈3、法兰盖5、夹具4以整体钢框6为中心两侧各一套对称设置。
如图3所示，所述的橡胶圈3的截面为“L”形，内截面尺寸小于混凝土试件2的截面，将橡胶圈3底端套于混凝土试件上，形成过盈配合。
所述预制裂缝12位于混凝土试件2上端面中心处，预制裂缝宽度为1~3 mm，深度为150~200 mm；混凝土试件2中下段线性阵列均匀分布多个预留的水压测压孔1。
如图4所示，所述夹具4为对角夹紧夹具，可实现橡胶圈3与混凝土试件2四边均压紧密封。
本实施例中，所述的混凝土试件2为全级配混凝土试件，尺寸为450×450×450mm；预留的水压测压孔1线性阵列分布于裂缝下侧，直径2 mm；预制裂缝12宽2 mm，深200mm，位于混凝土试件中心线处。为了使得对装置中加水压有一参考范围，应同时浇筑一批同样配比的无裂缝试件，并测定其力学参数（如：弹模、泊松比、抗拉强度等）。再根据所测的力学参数，通过有限单元法，计算出带有裂缝的混凝土试件开裂时的水压力。
本实施例中，所述整体钢框的内截面尺寸为500×500 mm，大于混凝土试件的截面尺寸，不与混凝土试件直接接触。混凝土试件2中有一预制裂缝12；整体钢框6置于预制裂缝12正上方；橡胶圈3一端由法兰盖5通过M8螺栓孔9固定于整体钢框6的侧壁，另一端套于混凝土试件2上，采用一对夹具4通过M10螺栓孔8夹紧，整体钢框6上下端面中心处分别有出气管7和注水管11，前后端面有贯穿凹槽，通过M8螺栓孔9固定有机玻璃，组成非接触式观测窗口10；通过注水管11向装置内注水，由出气管7排出所述装置内的空气；试验过程中，可通过水压测压孔1测得预制裂缝12的缝间水压力分布情况，通过非接触式观测窗口10采用现代光测力学技术记录所述裂缝扩展的实时状况。
具体的，如图3所示，所述橡胶圈3取内截面尺寸为440×440 mm，小于混凝土试件2的截面尺寸；由于橡胶圈3具有较好的延展性，将橡胶圈套于混凝土试件2上，形成混凝土试件与橡胶圈的过盈配合，达到粗密封效果，然后再通过夹具进一步密封。
具体的，如图4所示，所述夹具4采用对角夹紧的方式，在水平和竖直方向均有螺栓孔，通过M10螺栓孔8拧紧四个螺栓，可实现橡胶圈3与混凝土试件2四边都达到压紧密封的效果。
本发明提供的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，结构简单，操作方便，密封耗时短，安全可靠，可重复利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：包括套设在混凝土试件外的整体钢框、橡胶圈、法兰盖、夹具、出气管、注水管、非接触式观测窗口；
混凝土试件中有一预制裂缝，整体钢框中套入混凝土试件且整体钢框位于预制裂缝相对应的位置；橡胶圈一端由法兰盖固定于整体钢框的侧壁，另一端套于混凝土试件上，并通过夹具夹紧；整体钢框上端面和下端面分别连通设有出气管和注水管，前后端面设有透明的非接触式观测窗口；所述的橡胶圈的截面为“L”形，内截面尺寸小于混凝土试件的截面，将橡胶圈底端套于混凝土试件上，形成过盈配合。
2.根据权利要求1所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述整体钢框以混凝土试件的预制裂缝为中心对称设置；橡胶圈、法兰盖、夹具以整体钢框为中心两侧各一套对称设置。
3.根据权利要求1所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述的整体钢框内截面尺寸大于混凝土试件的截面，不与混凝土试件直接接触；所述整体钢框侧向可动。
4.根据权利要求1所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述夹具为对角夹紧夹具，实现橡胶圈与混凝土试件四边均压紧密封。
5.根据权利要求1所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述整体钢框的前后端面有贯穿凹槽，贯穿凹槽通过有机玻璃密封固定，组成两个透明的非接触式观测窗口。
6.根据权利要求1所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述预制裂缝位于混凝土试件上端面中心处，预制裂缝宽度为1~3 mm，深度为150~200 mm；混凝土试件中下段线性阵列均匀分布多个预留的水压测压孔。
7.根据权利要求1所述的模拟全级配混凝土构件水力劈裂的密封装置，其特征在于：所述整体钢框的内截面尺寸为500×500 mm，大于混凝土试件的截面。
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