CN110220783A - 一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展过程的装置与方法。装置包括拉拔试验机、位移传感器、红外热成像仪、计算机全自动控制系统、隔热试块、温控加热装置、聚丙烯塑料硬管等。测试方法包括:在计算全自动机控制系统中设定温控装置对钢筋加热至50℃恒定;拉拔试验机每隔1min匀速施加3mm位移荷载;红外热成像仪每隔10s采集一次热成像图。开启计算机全自动控制系统,直至钢筋与混凝土界面发生破坏。本发明装置在测量过程中,可以全自动的清晰观测钢筋与混凝土拉拔过程内部裂缝发展情况。
Description
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土力学性能测试方法领域,具体涉及观测钢筋混凝土拉拔过程中内部裂缝发展的装置与方法。
背景技术
钢筋混凝土结构承受荷载作用后,会导致钢筋与混凝土之间出现滑移,钢筋-混凝土界面产生内部裂缝、并不断发展导致钢筋混凝土结构承载力逐渐降低,影响钢筋混凝土结构的安全性。但是,钢筋-混凝土界面内部裂缝的分布及发展情况,是不可能直接观测的,因此常用钢筋拉拔试验测试钢筋-混凝土粘结强度。但是目前钢筋拉拔试验只能给出极限抗拉强度的数值结果及应力-位移曲线,不能反映出内部裂纹的发展过程。
如果想观察钢筋拉拔过程中内部裂纹的发展情况,虽然可以采用一些无损检测方法、如超声层析成像等,但是上述方法应用于拉拔试验中只能进行定性分析,无法对裂缝分布进行定量统计,而且对钢筋混凝土裂缝观测只停留在某一时刻,不能检测到拉拔试验全过程中的裂纹动态发展情况。为解决上述问题,本发明提出了一种观测钢筋与混凝土拉拔过程内部裂缝发展动态全过程自动化操作的装置与方法。
发明内容
本发明采用如下技术方案:
(1)拉拔试验机、(2)位移传感器、(3)红外热成像仪、(4)隔热试块、(5)温控加热装置、(6)聚丙烯塑料硬管、(7)计算机全自动控制系统、(8)加热电阻丝。隔热试块(4)置于拉拔试验机(1)下横梁的中心;混凝土试块(10)置于铁架(11)中,且在隔热试块(4)中心的正上方;聚丙烯塑料硬管(6)位于混凝土试块(10)内部;钢筋(9)竖直放置,穿过混凝土试块(10)和隔热试块(4)的中心;红外热成像仪(3)安装在拉拔试验机(1)反力架的一侧,要求其扫描中心对准试块中心;铁架(11)安装在拉拔试验机(1)的下横梁中心的正上方;位移传感器(2)安装于钢筋(9)端头的正上方,并固定于铁架(11)上;温控加热装置(5)安装在拉拔试验机(1)的下横梁正下方的钢筋(9)上;计算机全自动控制系统(7)连接拉拔试验机(1)、位移传感器(2)、红外热成像仪(3)和温控加热装置(5)。
1.所述拉拔试验机可进行位移控制加载,最大试验拉力为3000KN,其反力架承载力为5000KN,试验空间为1000mm。
2.所述位移传感器量程为25.4mm,测量精度为0.001mm。
3.所述红外热成像仪探测器像素为像素640×480,热敏感<0.05℃,帧频60HZ。
4.所述隔热试块导热系数为0.023w/m·k,隔热性能优良,隔热试块一共有三块,中间均开有30mm圆孔。
5.所述温控加热装置能够控制恒温范围为10℃-90℃,测温精度为0.1℃。
6.所述聚丙烯塑料硬管耐温值为100℃,,内管径范围为8mm-30mm。
7.所述计算机全自动控制系统,运行内存大于8GB,处理软件为Avizo和matlab。
8.所述钢筋直径范围为6mm-28mm,螺纹和光圆钢筋均可。
9.所述加热电阻丝,额定功率300W,额定电压220V,直径为0.25mm,炉丝外径4.1mm。
10.所述混凝土试块,根据拉拔试验机规格型号,对于长方体,其长宽均不大于300mm,高度不超500mm;对于圆柱体,直径不超过300mm,最大高度不超过500mm。
11.所述铁架,可伸缩范围为100-600mm,材质为Q345B型号钢。
12.测试方法具体步骤如下:
步骤一:隔热试块置于拉拔试验机下横梁的中心;混凝土试块置于铁架中,且在隔热试块中心的正上方;聚丙烯塑料硬管位于混凝土试块内部;钢筋竖直放置,穿过混凝土试块和隔热试块的中心;红外热成像仪安装在拉拔试验机反力架的一侧,要求其扫描中心对准试块中心;铁架安装在拉拔试验机的下横梁中心的正上方;位移传感器安装于钢筋端头的正上方,并固定于铁架上;温控加热装置安装在拉拔试验机的下横梁正下方的钢筋上;计算机全自动控制系统连接拉拔试验机、位移传感器、红外热成像仪和温控加热装置。
步骤二:在计算机全自动控制系统中设定温控装置对钢筋加热至40-60℃某一温度值恒定;拉拔试验机每隔一定时间匀速施加位移荷载;红外热成像仪每隔一定时间采集一次红外热成像图。
步骤三:开启计算机控全自动制系统,整个测量过程处于全自动化操作状态。
步骤四:整理计算机全自动控制系统中已采集的裂缝热成像图,并对采集数据进行分析。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明可以实现全自动观测钢筋混凝土拉拔内部裂缝发展的全过程;
(2)传统方法观测混凝土内部裂缝,只局限于某一时刻,而本发明可以观测钢筋与混凝土拉拔中全过程裂缝的发展分布情况;
(3)本发明可用计算机全自动控制系统对混凝土裂缝进行定量分析,直观得到裂缝发展的数目、位置分布及裂缝宽度。
附图说明:
图1为本发明提出的一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置示意图。图中1-拉拔试验机、2-位移传感器、3-红外热成像仪、4-隔热试块、5-温控加热装置、6-聚丙烯塑料硬管、7-计算机全自动控制系统、8-加热电阻丝、9-钢筋、10-混凝土试块、11-铁架。
图2为钢筋拉拔试验中裂缝发展示意图。
(a)混凝土试块初期裂缝 (b)混凝土试块中期裂缝 (c)混凝土试块后期裂缝
图3为钢筋拉拔试验中裂缝发展情况。
(a)混凝土试块初期裂缝 (b)混凝土试块中期裂缝 (c)混凝土试块后期裂缝
具体实施方式
具体实施方式一:
混凝土强度等级为C30,钢筋牌号为HPB300,下面结合附图及具体实施方式,对本发明作进一步详细说明:
步骤一:将钢筋混凝土拉拔试块置于隔热试块中心并将其固定,其中混凝土试块尺寸为150mm×150mm×150mm,钢筋长度为400mm、直径为12mm,锚固长度为60mm。
步骤二:为确保位移传感器与钢筋端部接触良好,给位移传感器施加一个3mm的初始位移。
步骤三:在计算机全自动控制系统中设定温控装置对钢筋加热至50℃恒定。拉拔试验机每分钟匀速施加3mm位移荷载;红外热成像仪每隔每隔10s采集一次混凝土试块内部裂缝热成像图。
步骤四:开启计算机控全自动制系统,整个测量过程处于全自动化操作状态。
步骤五:整理计算机全自动控制系统中已采集的裂缝热成像图,并对采集数据进行分析。最终处理结果如下:
试验结果:
HPB300钢筋和混凝土界面附近裂缝统计结果见表1。
表1 HPB300钢筋和混凝土界面附近裂缝统计结果
时间(s) | 裂缝数目(条) | 最大裂缝宽(mm) | 最大裂缝长度(mm) |
0 | 3 | 0.35 | 0.83 |
10 | 9 | 1.05 | 1.56 |
20 | 11 | 1.19 | 1.61 |
30 | 13 | 1.23 | 1.76 |
40 | 14 | 1.36 | 1.85 |
50 | 16 | 1.38 | 1.96 |
60 | 16 | 1.42 | 2.03 |
70 | 16 | 1.45 | 2.15 |
80 | 16 | 1.51 | 2.31 |
90 | 16 | 1.55 | 2.68 |
100 | 17 | 1.59 | 2.92 |
110 | 17 | 1.63 | 3.06 |
120 | 17 | 1.66 | 3.11 |
130 | 17 | 1.67 | 3.15 |
140 | 17 | 1.69 | 3.16 |
150 | 18 | 1.72 | 3.17 |
160 | 18 | 1.75 | 3.19 |
170 | 18 | 1.76 | 3.20 |
180 | 18 | 1.77 | 3.23 |
钢筋拉拔试验中裂缝发展情况见图2。红外热成像结果显示,钢筋混凝土拉拔前期,光圆钢筋的裂缝数目、裂缝最大宽度和裂缝最大长度相对于后期裂缝的发展变化十分急剧。拉拔中期,裂缝数目、裂缝最大宽度和裂缝最大长度变化相对缓慢。拉拔后期,裂缝发展相对稳定。
具体实施方式二:
混凝土强度等级为C40,钢筋牌号为HRB400,下面结合附图及具体实施方式,对本发明作进一步详细说明:
步骤一:将钢筋混凝土拉拔试块置于隔热试块中心并将其固定,其中混凝土试块尺寸为150mm×150mm×150mm,钢筋长度为400mm、直径为12mm,锚固长度为60mm。
步骤二:为确保位移传感器与钢筋端部接触良好,给位移传感器施加一个3mm的初始位移。
步骤三:在计算机全自动控制系统中设定温控装置对钢筋加热至50℃恒定。拉拔试验机每分钟匀速施加3mm位移荷载;红外热成像仪每隔每隔10s采集一次混凝土试块内部裂缝热成像图。
步骤四:开启计算机控全自动制系统,整个测量过程处于全自动化操作状态。
步骤五:整理计算机全自动控制系统中已采集的裂缝热成像图,并对采集数据进行分析。最终处理结果如下:
试验结果:
HRB400钢筋和混凝土界面附近裂缝统计结果
表2 HRB400钢筋和混凝土界面附近裂缝统计结果
时间(s) | 裂缝数(条) | 最大裂缝宽(mm) | 最大裂缝长度(mm) |
0 | 3 | 0.35 | 0.83 |
10 | 7 | 1.63 | 2.39 |
20 | 8 | 1.78 | 5.6 |
30 | 9 | 1.93 | 15 |
40 | 11 | 2.01 | 1.85 |
50 | 12 | 2.13 | 18.7 |
60 | 14 | 2.37 | 29.5 |
70 | 15 | 2.56 | 41.6 |
80 | 16 | 2.71 | 50.2 |
90 | 17 | 3.16 | 67.3 |
100 | 21 | 3.53 | 75 |
钢筋拉拔试验中裂缝发展情况见图3。红外热成像结果显示,钢筋混凝土拉拔前期,带肋钢筋的裂缝数目、裂缝最大宽度和裂缝最大长度相对于后期裂缝的发展变化缓慢。拉拔中期,裂缝数目、裂缝最大宽度和裂缝最大长度变化相对急剧。拉拔后期,裂缝发展不稳定。
Claims (9)
1.一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置,其特征在于包括:拉拔试验机、位移传感器、红外热成像仪、隔热试块、温控加热装置、聚丙烯塑料硬管、计算机全自动控制系统和加热电阻丝;隔热试块(4)置于拉拔试验机(1)下横梁的中心;混凝土试块(10)置于铁架(11)中,且在隔热试块(4)中心的正上方;聚丙烯塑料硬管(6)位于混凝土试块(10)内部;钢筋(9)竖直放置,穿过混凝土试块(10)和隔热试块(4)的中心;红外热成像仪(3)安装在拉拔试验机(1)反力架的一侧,要求其扫描中心对准试块中心;铁架(11)安装在拉拔试验机(1)的下横梁中心的正上方;位移传感器(2)安装于钢筋(9)端头的正上方,并固定于铁架(11)上;温控加热装置(5)安装在拉拔试验机(1)的下横梁正下方的钢筋(9)上;计算机全自动控制系统(7)连接拉拔试验机(1)、位移传感器(2)、红外热成像仪(3)和温控加热装置(5)。
2.根据根据权利要求1所述的一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置,其特征在于:所述拉拔试验机(1)可进行位移控制加载,最大试验拉力为3000KN,其反力架承载力为5000KN,试验空间为1000mm。
3.根据权利要求1所述的一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置,其特征在于:所述位移传感器(2)量程为25.4mm,测量精度为0.001mm。
4.根据权利要求1所述的一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置,其特征在于:所述红外热成像仪(3)探测器像素为像素640×480,热敏感<0.05℃,帧频60HZ。
5.根据权利要求1所述的一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置,其特征在于:所述隔热试块(4)导热系数为0.023w/m·k,隔热试块一共有三块,中间均开有30mm圆孔。
6.根据权利要求1所述的一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置,其特征在于:所述温控加热装置(5)能够控制恒温范围为10℃-90℃,测温精度为0.1℃。
7.根据权利要求1所述的一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置,其特征在于:所述聚丙烯塑料硬管(6)耐温值为100℃,,内管径范围为8mm-30mm。
8.根据权利要求1所述的一种观测钢筋混凝土拉拔过程内部裂缝发展的装置,其特征在于:所述加热电阻丝(8)额定功率300W,额定电压220V,直径0.25mm,炉丝外径4.1mm。
9.应用如权利要求1所述装置的方法,其特征在于,具体步骤如下:
步骤一:隔热试块(4)置于拉拔试验机(1)下横梁的中心;混凝土试块(10)置于铁架(11)中,且在隔热试块(4)中心的正上方;聚丙烯塑料硬管(6)位于混凝土试块(10)内部;钢筋(9)竖直放置,钢筋(9)穿过聚丙烯塑料硬管(6),钢筋(9)穿过混凝土试块(10)和隔热试块(4)的中心;红外热成像仪(3)安装在拉拔试验机(1)反力架的一侧,要求其扫描中心对准试块中心;铁架(11)安装在拉拔试验机(1)的下横梁中心的正上方;位移传感器(2)安装于钢筋(9)端头的正上方,并固定于铁架(11)上;温控加热装置(5)安装在拉拔试验机(1)的下横梁正下方的钢筋(9)上;计算机全自动控制系统(7)连接拉拔试验机(1)、位移传感器(2)、红外热成像仪(3)和温控加热装置(5);
步骤二:在计算机全自动控制系统(7)中设定温控装置对钢筋(9)加热至40-60℃某一温度值恒定;拉拔试验机(1)每隔一定时间匀速施加位移荷载;红外热成像仪(3)每隔一定时间采集一次红外热成像图;
步骤三:开启计算机控全自动制系统(7),整个测量过程处于全自动化操作状态;
步骤四:整理计算机全自动控制系统(7)中已采集的裂缝热成像图,并对采集数据进行分析。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190910 |