CN112903981A - 室内定量评定混凝土结构开裂风险的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种室内定量评定混凝土结构开裂风险的方法及设备，即在一变温室内设置两个结构相同的金属模板框架，其中一个金属模板框架内为空，另一个金属模板框架用于浇筑混凝土试件；在两个金属模板框架顶面中心处粘贴应变片；调节变温室的温度，模拟混凝土结构现场浇筑进程的内部温度，按照现场混凝土结构浇筑进程，向其中一个金属模板框架内浇筑混凝土，在浇筑的过程中，通过应变片和应变采集仪，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形；绘制混凝土试件约束应力曲线；根据绘制的混凝土试件约束应力曲线直接评定混凝土试件是否存在开裂风险。

Description

室内定量评定混凝土结构开裂风险的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种评定混凝土结构是否存在开裂风险的方法及试验设备，具体地说，本发明涉及一种考虑混凝土内部温度作用、室内定量评定混凝土结构是否存在开裂风险的方法及试验设备。

背景技术

在混凝土结构(例如混凝土大坝)浇筑过程中，由于其截面较厚，其内部水化反应产生的热量无法及时散失，导致混凝土结构内部的温度升高较快。当混凝土结构内部温度与混凝土结构外部温度产生较大温差时，特别是当混凝土结构内部的温升达到峰值后，混凝土结构内部的温度下降过程开始缓慢，此时混凝土的弹性模量较初期更高，且徐变能力更弱，因此，导致混凝土结构在晚龄期阶段因约束产生的拉应力较大，一旦拉应力超过相应龄期的抗拉强度时，混凝土结构便会产生温度裂缝。混凝土结构产生温度裂缝将严重地影响混凝土结构的整体安全性！

如何快速、准确地评定混凝土结构是否存在开裂风险，及时调整施工工艺避免温度裂缝的产生一直是工程界和学术界关注的焦点。

当前实验室内已有部分设备可以模拟混凝土结构(例如混凝土大坝结构)的开裂历程，进而分析混凝土的约束系数、评定混凝土的开裂性能，但是，这些试验设备及评定混凝土开裂性能的方法均存在以下共性的问题：

1、研究的对象是已浇筑成型的静态混凝土试件，没有动态地考虑混凝土试件整个浇筑过程中其内部的温度变化对混凝土约束系数和开裂性能的影响。

2、混凝土试件的应力通过安装于试验设备端部的荷载传感器获取。混凝土试件的位移量由预埋在试件中部的预埋杆与安装于试件表面的位移传感器相连，进而获取混凝土试件在不同约束状态下的位移变化。但往往出现由于预埋杆处混凝土截面削弱，导致混凝土在该截面处产生开裂现象，测量的数据不准确，使得最后分析、评定结果不准确。

3、为模拟混凝土试件具有任意的温度历程，需要特别的在试件周边安装相应的温度模板以实现温控要求，增加试验设备的复杂性。

4、当前试验用的温度应力试验机等类似设备需要配备伺服电机，配套的测控软件，价格昂贵，不便于此类设备的推广使用。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种考虑混凝土内部温度作用室内定量评定混凝土结构是否存在开裂风险的方法。

本发明的另一目的是提供一种考虑混凝土内部温度作用计算混凝土约束系数的方法。

本发明的又一目的是提供一种考虑混凝土内部温度作用用于室内定量评定混凝土结构是否存在开裂风险的试验设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种室内定量评定混凝土结构开裂风险的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：准备两个结构相同的金属模板框架，其中一个金属模板框架内为空，另一个金属模板框架用于浇筑混凝土试件；两个金属模板框架均放置在设有温控设备的变温室；

S2：分别在两个金属模板框架顶面中心处粘贴应变片；

通过导线分别将各应变片的数据输出端与应变采集仪的数据输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形；

S3：按照现场混凝土结构浇筑进程，向其中一个金属模板框架内浇筑混凝土，浇筑完成后向混凝土试件中心点处放置温度传感器，测量混凝土试件内部不同龄期的温度，并做好记录；

S4：根据实测的现场混凝土内部温度历程，调节温控设备改变变温室的温度，模拟混凝土结构现场浇筑进程的内部温度；

S5：在向金属模板框架内浇筑混凝土时，通过粘贴在金属模板框架上的应变片实时获取在不同内部温度下，混凝土试件各龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形；

对于内部浇筑混凝土试件的金属模板框架来说，粘贴在其表面的应变片测量出的变形ε为：

ε＝ε^弹+ε^{金属框架+应变片}+ε^金属框架 (1)

式中，ε^弹是金属模板框架受到混凝土试件反力产生的弹性变形，即混凝土试件的实际变形；ε^{金属框架+应变片}是粘贴在金属模板框架上的应变片因温度变化产生的变形；ε^金属框架是金属模板框架因温度变化产生的自由变形；

对于内部为空的金属模板框架来说，粘贴在其表面的应变片测量出的变形ε'为：

ε'＝ε^{金属框架+应变片}+ε^金属框架 (2)

式中，ε^{金属框架+应变片}是粘贴在金属模板框架上的应变片因温度变化产生的变形；ε^金属框架是金属模板框架因温度变化产生的自由变形；

S6：根据实时获取的混凝土试件各龄期内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形，绘制混凝土试件约束应力σ_c曲线；

根据内力平衡原理，混凝土试件所受的约束荷载与金属模板框架的荷载大小相等，方向相反，荷载可表示为应力乘以截面面积，即：

A_cσ_c＝ε^弹A_sE_s (3)

式中，σ_c为混凝土试件受到的约束应力；A_c为混凝土试件的截面面积；ε^弹是金属模板框架受到混凝土试件反力产生的弹性变形；A_s为金属模板框架的截面面积；E_s为金属模板框架的弹性模量；

则有：

式中，ε是内部浇筑混凝土试件的金属模板框架经历的变形变化；ε'是内部为空的金属模板框架的变形变化；

S7：根据绘制的混凝土试件约束应力σ_c曲线评定混凝土试件是否存在开裂风险；

观察混凝土应力σ_c曲线，如果混凝土应力σ_c曲线平滑，说明被模拟的混凝土结构没有开裂的风险，如果混凝土应力σ_c曲线发生突降，即应力数值突然跌至0附近，说明被模拟的混凝土结构存在开裂的风险。

在本发明较佳实施例中，所述金属模板框架两侧壁顶面上以对称的方式各粘贴一个应变片；所述内部为空的金属模板框架两侧壁顶面上分别粘贴有第一应变片和第二应变片；

所述用于浇筑混凝土试件的金属模板框架两侧壁顶面上分别粘贴有第三应变片和第四应变片；

所述第一应变片或第二应变片的数据输出端，和所述第三应变片或第四应变片的数据输出端，同时与应变采集仪的信号输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形。

本发明利用评定混凝土结构开裂风险的结果计算混凝土结构约束系数的方法为：

在所述变温室内还放置一已浇筑成型的混凝土试件和一线膨胀系数已知的固体材料；在所述已浇筑成型的混凝土试件和所述线膨胀系数已知的固体材料顶面中心处各粘贴一应变片，将上述应变片的数据输出端通过导线与应变采集仪的信号输入端相连，获取与所述金属模板框架内浇筑的混凝土试件同龄期、相同温度历程下，所述混凝土试件的自由变形ε⁰：

ε⁰＝ε^mea+αΔT (5)

式中，ε^mea是应变采集仪记录的变形；α是该固体材料的线膨胀系数；ΔT是该固体材料的温度变化量；

混凝土的约束系数可采用混凝土被约束住的变形与其自由状态下的变形的比值定义，因此混凝土试件受到的依时性约束系数λ_R为：

本发明还提供了一种室内定量评定混凝土结构开裂风险的设备，它包括两个结构相同的金属模板框架、若干个应变片、应变采集仪和若干个温度传感器；其中，一个金属模板框架内为空，另一个金属模板框架用于浇筑混凝土试件；

所述两个金属模板框架均放置在设有温控设备的变温室内；

在所述金属模板框架顶面中心处粘贴有所述应变片；

所述应变片的数据输出端与所述应变采集仪的数据输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，所述内部为空的金属模板框架和所述内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形。

在本发明较佳实施例中，所述金属模板框架两侧壁顶面上以对称的方式各粘贴一个应变片；

所述内部为空的金属模板框架两侧壁顶面上分别粘贴有第一应变片和第二应变片；

所述用于浇筑混凝土试件的金属模板框架两侧壁顶面上分别粘贴有第三应变片和第四应变片；

所述第一应变片或第二应变片的数据输出端，和所述第三应变片或第四应变片的数据输出端，同时与应变采集仪的信号输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形。

在本发明较佳实施例中，构成所述金属模板框架的金属模板厚度可以是3cm或7cm或20cm；所述金属模板框架的长度为混凝土试件的长度+2倍的金属模板厚度，宽度为混凝土试件的宽度+2倍的金属模板厚度，高为30cm。

在本发明较佳实施例中，在所述变温室内还放置一已浇筑成型的混凝土试件和一线膨胀系数已知的固体材料；在所述已浇筑成型的混凝土试件和所述线膨胀系数已知的固体材料顶面中心处各粘贴一应变片，将该应变片的数据输出端通过导线与应变采集仪的信号输入端相连，获取与所述金属模板框架内浇筑的混凝土试件同龄期、相同温度历程下，所述混凝土试件的自由变形。

在本发明较佳实施例中，所述固体材料为石英玻璃材料，其线膨胀系数α＝0.5με/℃

附图说明

图1为本发明用于室内定量评定混凝土结构是否存在开裂风险的试验设备结构示意图；

图2为本发明用于测量内部为空的金属模板框架变形的应变片安装位置示意图；

图3为本发明用于测量内部浇筑混凝土试件的金属模板框架变形的应变片安装位置示意图；

图4为本发明用于测量金属模板框架变形的应变片与应变采集仪连接示意图；

图5为本发明用于计算混凝土约束系数的试验设备结构示意图；

图6为本发明用于测量已浇筑成型的混凝土试件变形的应变片安装位置示意图；

图7为本发明用于测量已知线膨胀系数的固体材料变形的应变片安装位置示意图；

图8为本发明用于测量已浇筑成型的混凝土试件和已知线膨胀系数的固体材料变形的应变片与应变采集仪连接示意图；

图9为混凝土约束应力发展曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。

如图1-图3所示，本发明用于室内定量评定混凝土结构是否存在开裂风险的试验设备包括两个结构相同的金属模板框架1、若干个应变片、应变采集仪和若干个温度传感器。其中一个金属模板框架1内为空，另一个金属模板框架1用于浇筑混凝土试件2。两个金属模板框架均放置在设有温控设备3的变温室4内。

为准确地测量混凝土试件2在不同内部温度变化影响下的变形，如图2和图3所示，本发明分别在两个金属模板框架1的顶面中心处粘贴有应变片。通过导线分别将应变片的数据输出端与应变采集仪的数据输入端相连。在本发明较佳实施例中，为保证准确率，本发明在金属模板框架1两侧壁顶面上以对称的方式各粘贴一个应变片。如图2所示，本发明在内部为空的金属模板框架1两侧壁顶面的中心处分别粘贴有第一应变片5和第二应变片6，如图3所示，在内部浇筑混凝土试件2的金属模板框架1两侧壁顶面的中心处分别粘贴有第三应变片7和第四应变片8。

另外，为准确地测量混凝土试件2在不同内部温度变化影响下的变形，如图4所示，本发明将粘贴在内部为空的金属模板框架上的第一应变片5或第二应变片6的数据输出端，和粘贴在内部浇筑混凝土试件的金属模块框架上的第三应变片7或第四应变片8的数据输出端，同时与应变采集仪的信号输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形。

上述试验设备搭建好后，开始试验，定理评定混凝土结构是否存在开裂风险，具体方法如下：

S1：将上述试验设备搭建好后，按照现场混凝土结构浇筑进程，向其中一个金属模板框架内浇筑混凝土，浇筑完成后向混凝土试件中心点处放置温度传感器，测量混凝土试件内部不同龄期的温度，并做好记录。

S2、根据实测的现场混凝土内部温度历程，通过调节温控设备3改变变温室4的温度，模拟混凝土结构现场浇筑进程的内部温度。

S3：在向金属模板框架1内浇筑混凝土时，通过粘贴在金属模板框架上的应变片2实时获取在不同内部温度下，混凝土试件各龄期，内部为空的金属模板框架1和内部浇筑有混凝土试件3的金属模板框架1的变形。

对于内部浇筑混凝土试件的金属模板框架1来说，粘贴在其表面的应变片测量出的变形ε为：

ε＝ε^弹+ε^{金属框架+应变片}+ε^金属框架 (1)

式中，ε^弹是金属模板框架受到混凝土试件反力产生的弹性变形，即混凝土试件的实际变形；ε^{金属框架+应变片}是粘贴在金属模板框架上的应变片因温度变化产生的变形；ε^金属框架是金属模板框架因温度变化产生的自由变形。

对于内部为空的金属模板框架1来说，粘贴在其表面的应变片测量出的变形ε'为：

ε'＝ε^{金属框架+应变片}+ε^金属框架 (2)

式中，ε^{金属框架+应变片}是粘贴在金属模板框架上的应变片因温度变化产生的变形；ε^金属框架是金属模板框架因温度变化产生的自由变形。

S4：根据实时获取的混凝土试件各龄期内部为空的金属模板框架1和内部浇筑有混凝土试件3的金属模板框架1的变形，绘制混凝土试件约束应力σ_c曲线。

根据内力平衡原理，混凝土试件所受的约束荷载与金属模板框架的荷载大小相等，方向相反，荷载可表示为应力乘以截面面积，即：

A_cσ_c＝ε^弹A_sE_s (3)

式中，σ_c为混凝土试件受到的约束应力；A_c为混凝土试件的截面面积；ε^弹是金属模板框架受到混凝土试件反力产生的弹性变形；A_s为金属模板框架的截面面积；E_s为金属模板框架的弹性模量；

则有：

式中，ε是内部浇筑混凝土试件的金属模板框架经历的变形变化；ε′是内部为空的金属模板框架的变形变化。

S5：根据绘制的混凝土试件约束应力σ_c曲线评定混凝土试件是否存在开裂风险。

观察混凝土应力σ_c曲线，如果混凝土应力σ_c曲线平滑，说明被模拟的混凝土结构没有开裂的风险，如果混凝土应力σ_c曲线发生突降，即应力数值突然跌至0附近，说明被模拟的混凝土结构存在开裂的风险。

一旦发现被模拟的混凝土结构存在开裂风险，就需要及时调整混凝土结构浇筑进程，进而控制混凝土结构内部温升进程，防止混凝土结构内外温差过大产生温度裂缝。

在实际工程中，在理论上分析混凝土结构开裂性能时，还需要掌握混凝土结构约束系数λ_R。为能够准确快速地计算出混凝土结构约束系数λ_R，如图5所示，本发明在变温室4内还放置一已浇筑成型的混凝土试件9和一线膨胀系数已知的固体材料10(可选用石英玻璃材料，其线膨胀系数α＝0.5με/℃)。如图6所示，在混凝土试件9顶面中心处粘贴有一第五应变片11，如图7所示，在线膨胀系数已知的固体材料10顶面中心处也粘贴有一第六应变片12。如图8所示，将第五应变片11和第六应变片12的数据输出端通过导线与应变采集仪的信号输入端相连，获取与金属模板框架1内浇筑的混凝土试件同龄期、相同温度历程下，已浇筑成型的混凝土试件9自由变形ε⁰为：

ε⁰＝ε^mea+αΔT (5)

式中，ε^mea是应变采集仪记录的变形；α是该固体材料的线膨胀系数；ΔT是该固体材料的温度变化量。

混凝土的约束系数可采用混凝土被约束住的变形与其自由状态下的变形的比值定义，则混凝土试件9受到的依时性约束系数λ_R为：

在本发明具体实施例中，构成所述金属模板框架1的金属模板厚度可以是3cm或7cm或20cm，如图9所示，不同厚度的金属模板框架浇筑的混凝土试件，混凝土约束应力发展历程曲线不同，可以看出，随着金属模板框架厚度的减弱，混凝土的应力幅值也更低，开裂风险更小。

在本发明具体实施例中，所述金属模板框架的长度为混凝土试件的长度+2倍的金属模板厚度，宽度为混凝土试件的宽度+2倍的金属模板厚度，高为30cm。

在本发明具体实施例中，以现场浇筑的混凝土内部实测温度来控制变温室的温度，进而控制实验室内金属模板框架、混凝土以及线膨胀系数已知的固体材料的温度历程。例如，混凝土浇筑后由于水泥水化会导致内部温升，随着热量逐渐散失，混凝土内部开始出现温降过程，通常降温速率在250h龄期前为1℃/天(即大体积混凝土缓慢温降)，当混凝土遭遇寒潮时，降温速率可达0.4℃/h，将上述温升——温降历程数据导入温控设备后，就可以对变温室进行温度控制，模拟实际混凝土的温度历程。

本发明的优点：

1、评定结果准确、可靠。

由于本发明是通过粘贴在金属模板框架上的应变片测量混凝土试件的变形，而且是通过一个内部为空的金属模板框架和内部浇筑混凝土试件的金属模板框架对比进行测量混凝土试件的真实变形，与传统的试验设备通过埋在混凝土试件内的预埋杆和位移传感器(两者不同步变形)测量混凝土试件的变形测量更准确，进而以测量数据为依据评定的结果更准确、更可靠。

2、由于本发明以动态的混凝土试件为研究对象，通过混凝土试件浇筑过程中不同龄期的数据为基础，评定混凝土结构的开裂风险，与传统的以静态的已浇筑成型的混凝土试件为基础评定混凝土结构开裂风险相比，本发明充分地考虑了混凝土试件内部温度对混凝土结构开裂风险的影响，评定结果更科学、更合理、更准确。

3、本发明不仅能够直接评定混凝土结构的开裂风险，而且还能够直接计算混凝土约束系数，克服了现有设备仅能定性分析混凝土开裂性能的缺陷，更有意义。

4、本发明试验设备简单、成本低，便于推广应用。

本发明采用应变片替代现有试验设备中的荷载传感器、伺服电机及配套传力装置，同时替代了测量混凝土试件变形的位移传感器和预埋杆，大大降低了设备成本。

而且，本发明通过将金属模板框架和混凝土试件同置在一个变温室内，采用金属模板框架和混凝土试件同步温变的模式进行测量，取消了现有试验设备需要设置独立的温度模板系统、循环介质导管、增压泵等硬件。试验设备更简单、控制简单、方便。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种室内定量评定混凝土结构开裂风险的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：准备两个结构相同的金属模板框架，其中一个金属模板框架内为空，另一个金属模板框架用于浇筑混凝土试件；两个金属模板框架均放置在设有温控设备的变温室；

S2：分别在两个金属模板框架顶面中心处粘贴应变片；

通过导线分别将各应变片的数据输出端与应变采集仪的数据输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形；

S3：按照现场混凝土结构浇筑进程，向其中一个金属模板框架内浇筑混凝土，浇筑完成后向混凝土试件中心点处放置温度传感器，测量混凝土试件内部不同龄期的温度，并做好记录；

S4：根据实测的现场混凝土内部温度历程，调节温控设备改变变温室的温度，模拟混凝土结构现场浇筑进程的内部温度；

S5：在向金属模板框架内浇筑混凝土时，通过粘贴在金属模板框架上的应变片实时获取在不同内部温度下，混凝土试件各龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形；

对于内部浇筑混凝土试件的金属模板框架来说，粘贴在其表面的应变片测量出的变形ε为：

ε＝ε^弹+ε^{金属框架+应变片}+ε^金属框架 (1)

式中，ε^弹是金属模板框架受到混凝土试件反力产生的弹性变形，即混凝土试件的实际变形；ε^{金属框架+应变片}是粘贴在金属模板框架上的应变片因温度变化产生的变形；ε^金属框架是金属模板框架因温度变化产生的自由变形。

对于内部为空的金属模板框架来说，粘贴在其表面的应变片测量出的变形ε'为：

ε'＝ε^{金属框架+应变片}+ε^金属框架 (2)

式中，ε^{金属框架+应变片}是粘贴在金属模板框架上的应变片因温度变化产生的变形；ε^金属框架是金属模板框架因温度变化产生的自由变形；

S6：根据实时获取的混凝土试件各龄期内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形，绘制混凝土试件约束应力σ_c曲线；

根据内力平衡原理，混凝土试件所受的约束荷载与金属模板框架的荷载大小相等，方向相反，荷载可表示为应力乘以截面面积，即：

A_cσ_c＝ε^弹A_sE_s (3)

式中，σ_c为混凝土试件受到的约束应力；A_c为混凝土试件的截面面积；ε^弹是金属模板框架受到混凝土试件反力产生的弹性变形；A_s为金属模板框架的截面面积；E_s为金属模板框架的弹性模量；

则有：

式中，ε是内部浇筑混凝土试件的金属模板框架经历的变形变化；ε'是内部为空的金属模板框架的变形变化；

S7：根据绘制的混凝土试件约束应力σ_c曲线评定混凝土试件是否存在开裂风险；

观察混凝土应力σ_c曲线，如果混凝土应力σ_c曲线平滑，说明被模拟的混凝土结构没有开裂的风险，如果混凝土应力σ_c曲线发生突降，即应力数值突然跌至0附近，说明被模拟的混凝土结构存在开裂的风险。

2.根据权利要求1所述的室内定量评定混凝土结构开裂风险的方法，其特征在于：所述金属模板框架两侧壁顶面上以对称的方式各粘贴一个应变片；

所述内部为空的金属模板框架两侧壁顶面上分别粘贴有第一应变片和第二应变片；

所述用于浇筑混凝土试件的金属模板框架两侧壁顶面上分别粘贴有第三应变片和第四应变片；

所述第一应变片或第二应变片的数据输出端，和所述第三应变片或第四应变片的数据输出端，同时与应变采集仪的信号输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形。

3.一种利用权利要求1评定混凝土结构开裂风险的结果计算混凝土结构约束系数的方法，其特征在于：

在所述变温室内还放置一已浇筑成型的混凝土试件和一线膨胀系数已知的固体材料；在所述已浇筑成型的混凝土试件和所述线膨胀系数已知的固体材料顶面中心处各粘贴一应变片，将上述应变片的数据输出端通过导线与应变采集仪的信号输入端相连，获取与所述金属模板框架内浇筑的混凝土试件同龄期、相同温度历程下，所述混凝土试件的自由变形ε⁰：

ε⁰＝ε^mea+αΔT (5)

式中，ε^mea是应变采集仪记录的变形；α是该固体材料的线膨胀系数；ΔT是该固体材料的温度变化量；

混凝土的约束系数可采用混凝土被约束住的变形与其自由状态下的变形的比值定义，因此混凝土试件受到的依时性约束系数λ_R为：

4.一种室内定量评定混凝土结构开裂风险的设备，其特征在于：它包括两个结构相同的金属模板框架、若干个应变片、应变采集仪和若干个温度传感器；其中，一个金属模板框架内为空，另一个金属模板框架用于浇筑混凝土试件；

所述两个金属模板框架均放置在设有温控设备的变温室内；

在所述金属模板框架顶面中心处粘贴有所述应变片；

所述应变片的数据输出端与所述应变采集仪的数据输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，所述内部为空的金属模板框架和所述内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形。

5.根据权利要求4所述的室内定量评定混凝土结构开裂风险的设备，其特征在于：所述金属模板框架两侧壁顶面上以对称的方式各粘贴一个应变片；

所述内部为空的金属模板框架两侧壁顶面上分别粘贴有第一应变片和第二应变片；

所述用于浇筑混凝土试件的金属模板框架两侧壁顶面上分别粘贴有第三应变片和第四应变片；

所述第一应变片或第二应变片的数据输出端，和所述第三应变片或第四应变片的数据输出端，同时与应变采集仪的信号输入端相连，实时获取在不同内部温度下，混凝土试件不同龄期，内部为空的金属模板框架和内部浇筑有混凝土试件的金属模板框架的变形。

6.根据权利要求3所述的室内定量评定混凝土结构开裂风险的设备，其特征在于：构成所述金属模板框架的金属模板厚度可以是3cm或7cm或20cm；

所述金属模板框架的长度为混凝土试件的长度+2倍的金属模板厚度，宽度为混凝土试件的宽度+2倍的金属模板厚度，高为30cm。

7.根据权利要求6所述的室内定量评定混凝土结构开裂风险的设备，其特征在于：

在所述变温室内还放置一已浇筑成型的混凝土试件和一线膨胀系数已知的固体材料；在所述已浇筑成型的混凝土试件和所述线膨胀系数已知的固体材料顶面中心处各粘贴一应变片，将该应变片的数据输出端通过导线与应变采集仪的信号输入端相连，获取与所述金属模板框架内浇筑的混凝土试件同龄期、相同温度历程下，所述混凝土试件的自由变形。

8.根据权利要求7所述的室内定量评定混凝土结构开裂风险的设备，其特征在于：所述固体材料为石英玻璃材料，其线膨胀系数α＝0.5με/℃。

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