一種可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，其是：制作通水壓的構(gòu)件，將其與方形混凝土模具固定在一起，在模具中澆筑混凝土，振搗，養(yǎng)護(hù)，然后拆除模具，通水壓的構(gòu)件留在混凝土中，在混凝土試件中形成裂縫并提供向裂縫中通水壓的通道。通過(guò)雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)在混凝土試件上施加設(shè)定的雙軸作用力；經(jīng)由通水壓的構(gòu)件向混凝土試件內(nèi)部施加水壓，直至使得試件被劈裂；記錄試件劈裂時(shí)的水壓。本發(fā)明還提供該方法中的裝置。本發(fā)明方法和其中使用的裝置簡(jiǎn)單，制備的混凝土試件符合實(shí)驗(yàn)要求，能用來(lái)研究雙軸應(yīng)力狀態(tài)下混凝土構(gòu)件的水力劈裂問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涉水混凝土建筑物的模擬實(shí)驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種模擬混凝土裂縫內(nèi)有水壓作用時(shí)裂縫擴(kuò)展的方法，該方法可以在混凝土構(gòu)件上施加雙軸作用力。適用于研究復(fù)雜雙軸應(yīng)力狀態(tài)下涉水混凝土結(jié)構(gòu)上的裂縫在水壓作用下擴(kuò)展的機(jī)理和規(guī)律，也可用于探索減小這種擴(kuò)展的方法。本發(fā)明還提供所述實(shí)驗(yàn)方法中使用的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]混凝土是一種重要的建筑材料，國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中大多數(shù)為混凝土建筑物。然而混凝土有一個(gè)特點(diǎn)即容易產(chǎn)生裂縫，雖然在一般建筑物中混凝土帶縫仍然可以正常工作，但涉水混凝土建筑物的裂縫會(huì)充斥水壓力，如果裂縫在水壓力作用下擴(kuò)展，將威脅到建筑物的安全。例如，深海工程中的混凝土結(jié)構(gòu)、高混凝土重力壩、高混凝土拱壩等，其裂縫在高水壓作用下如果發(fā)生嚴(yán)重?cái)U(kuò)展，將破壞結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，大大折減混凝土間的膠合，致使建筑物喪失其設(shè)計(jì)功能，甚至造成透水、垮壩等嚴(yán)重的事故。
[0003]目前，已有學(xué)者采用混凝土楔形劈裂試件和圓柱形的混凝土試件對(duì)混凝土的水力劈裂問(wèn)題進(jìn)行研究。但是這些實(shí)驗(yàn)方法只能模擬試件不受預(yù)加作用力或只受預(yù)加單軸作用力時(shí)，裂縫在壓力水作用下劈裂的問(wèn)題，還不能模擬試件受雙軸預(yù)加作用力時(shí)，裂縫的水力劈裂問(wèn)題。實(shí)際工程中的涉水混凝土建筑物，其迎水面上的裂縫若不考慮對(duì)裂縫擴(kuò)展影響很小的進(jìn)深方向，則裂縫是處于一個(gè)二維平面空間，必然是處于平面二維復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)之下(既雙軸應(yīng)力狀態(tài))。因此，研究開展施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)，將更加貼近實(shí)際的工程狀態(tài)，有助于進(jìn)一步研究混凝土構(gòu)件的水力劈裂問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。
[0005]本發(fā)明另一個(gè)目的在于提供一種上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法中制作試件所用的裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法包括如下步驟:
步驟一:制作一套通水壓的構(gòu)件，用于在混凝土試件中形成裂縫并提供向裂縫中通水壓的通道；將所述通水壓的構(gòu)件與方形混凝土模具固定在一起；
步驟二:在所述模具中澆筑混凝土，經(jīng)振搗后，養(yǎng)護(hù)混凝土至初凝，然后將所述模具拆除，而通水壓的構(gòu)件則會(huì)留在混凝土中；測(cè)試通水壓的裝置是否暢通，如果測(cè)試不暢則返回步驟一，或者將通水壓的構(gòu)件周圍的混凝土除去，疏通通水壓的構(gòu)件，重新進(jìn)行模具中澆注混凝土、振搗和養(yǎng)護(hù)過(guò)程再測(cè)試；如果測(cè)試暢通則將通水壓的構(gòu)件的進(jìn)、出水口密封保護(hù)，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期，例如7天、28天、90天等；
步驟三:將養(yǎng)護(hù)后的混凝土試件安裝在雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)在混凝土試件上施加設(shè)定的雙軸作用力；
步驟四:經(jīng)由通水壓的構(gòu)件向混凝土試件內(nèi)部施加水壓，直至使得所述試件被劈裂； 記錄試件劈裂時(shí)的水壓。
[0007]在制備帶有通水壓的構(gòu)件的混凝土試件時(shí)，還需用出自同一攪拌機(jī)的混凝土澆筑一些測(cè)試混凝土力學(xué)性能的常規(guī)試件，用于測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)。這些常規(guī)試件應(yīng)與步驟二中所述的混凝土試件在相同的條件下養(yǎng)護(hù)相同的時(shí)間。所述力學(xué)參數(shù)的測(cè)定應(yīng)與步驟四在同一天進(jìn)行。測(cè)得的參數(shù)將用于進(jìn)一步分析步驟四中所述混凝土試件發(fā)生水力劈裂的機(jī)理和規(guī)律。
[0008]在所述步驟三，將養(yǎng)護(hù)后的混凝土試件安裝在雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)上時(shí)，如果要通過(guò)雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)在混凝土試件上施加拉力，則應(yīng)采用膠粘劑將試件與實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力臂粘接。
[0009]為了消除實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土試件變形的緊箍作用，可在試件與實(shí)驗(yàn)機(jī)間加一副鋼刷。例如，通過(guò)粘接方法連接該鋼刷。所述粘接方法具體為，在方形混凝土試件的一個(gè)面上涂刷膠粘劑構(gòu)成涂膠面，例如環(huán)氧樹脂，將鋼刷的有刷毛的一面與混凝土試件的所述涂膠面相互粘接；然后在所述鋼刷的另一個(gè)面上涂刷膠粘劑，將實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力臂的端面與鋼刷的所述涂膠面相互粘接。
[0010]在所述步驟一中制作一套所述通水壓的構(gòu)件，其具體制作方法包括如下步驟:
(1)準(zhǔn)備兩根長(zhǎng)度、內(nèi)徑、外徑均相同的銅管；
為了便于表述，在此將兩根所述銅管命名為“銅管A”和“銅管B”，并將所述銅管A的一端命名為“銅管A的a端”另一端命名為“銅管A的b端”，所述銅管B的兩端也做類似的命名，分別命名為“銅管B的a端”和“銅管B的b端”；
(2)在離開銅管A的a端一設(shè)定距離例如45?50mm的銅管A的側(cè)壁上鉆孔，鉆孔深度要求穿透銅管A的管壁厚度，然后將銅管A的a端封閉；對(duì)于銅管B，在離開銅管B的a端(T5mm距離的銅管B的側(cè)壁上鉆孔，鉆孔深度要求穿透銅管B的管壁厚度；
(3)將銅管A和銅管B平行貼靠在一起，兩銅管的a端在同一端，在長(zhǎng)度方向上a端對(duì)齊，從a端起的一段，兩銅管并排固定在一起，且銅管A側(cè)壁上的所述鉆孔和銅管B側(cè)壁上的所述鉆孔，相互背靠，且均指向外側(cè)；
(4)還準(zhǔn)備一正方形的框架，并被固定在所述銅管A和銅管B的a端，兩銅管上的所述鉆孔均位于該框架之內(nèi)；
(5)再準(zhǔn)備一個(gè)彈性密封袋；將所述彈性密封袋套在所述框架上，并將彈性密封袋的開口扎緊而構(gòu)成密閉空間；
(6)兩銅管并排固定的一端位于所述方形混凝土模具內(nèi)，兩銅管的b端口在混凝土模具之外，兩個(gè)銅管的b端口與所述密閉空間連通。
[0011]所述銅管優(yōu)選為其內(nèi)徑為2mm,外徑為4mm的細(xì)銅管。
[0012]所述框架的所述正方形的邊長(zhǎng)可以為50mm。
[0013]所述框架可以由直徑為0.5?1.0mm的鐵絲做成。
[0014]所述彈性密封袋可以為氣球，在非膨脹狀態(tài)下最好是呈圓形。所述彈性密封袋的直徑可以為3(T50mm。所述彈性密封袋壁厚可以為0.1、.3mm。所述模具的尺寸一般為150 X 150 X 150mm。
[0015]將所述彈性密封袋套在所述框架上，并將彈性密封袋的開口例如用銅絲扎緊，由正方形框架支撐著的彈性密封袋將來(lái)留在混凝土內(nèi)部，形成了混凝土內(nèi)部的裂縫，而且例如彈性密封袋的橡膠制材質(zhì)柔軟，在澆注混凝土?xí)r會(huì)被擠壓，所形成的裂縫幾乎沒(méi)有開度，這種裂縫形式更貼近真實(shí)工程中的混凝土裂縫。由于彈性密封袋例如氣球也包住了銅管A和銅管B側(cè)壁上的兩個(gè)鉆孔，因此，所述的混凝土內(nèi)部的裂縫可通過(guò)銅管A和銅管B與外界聯(lián)通。
[0016]在所述步驟一中將一套通水壓的構(gòu)件與方形混凝土模具固定在一起，其具體安裝方法包括如下步驟:
步驟A:在混凝土模具的開口安裝有一個(gè)夾具，所述通水壓的構(gòu)件固定在該夾具上，使得所述通水壓的構(gòu)件固定在所述混凝土模具中，所述通水壓的構(gòu)件位于所述混凝土模具的中間位置，且其中的正方形框架平行于模具的側(cè)壁面，所述框架也可以是不平行于模具的側(cè)壁面。
[0017]具體的，所述夾具由兩個(gè)鐵架構(gòu)成，兩個(gè)所述鐵架中，其中一個(gè)鐵架A長(zhǎng)度大于所述模具的開口相應(yīng)尺寸，其兩端與模具可拆卸地固連，另一個(gè)鐵架B長(zhǎng)度較短，其與所述框架的長(zhǎng)度相匹配；鐵架B可拆卸地固定在鐵架A上，鐵架A和鐵架B的相接觸的側(cè)面至少其一上設(shè)置凹槽，將所述通水壓的構(gòu)件中的兩個(gè)管子放在所述凹槽中，固定鐵架B與鐵架A，即實(shí)現(xiàn)所述夾具對(duì)所述通水壓的構(gòu)件的固定。
[0018]進(jìn)一步地，所述鐵架A與模具的固定結(jié)構(gòu)可以是:所述鐵架A橫跨所述模具的開口，所述鐵架A的一端用螺絲固定在所述模具開口的一條邊的中點(diǎn)處，所述鐵架A的另一端則用螺絲固定在相對(duì)的另一條邊的中點(diǎn)處。
[0019]在步驟A中，鐵架B與鐵架A將通水壓的構(gòu)件夾固前，應(yīng)調(diào)整通水壓的構(gòu)件被夾固的位置至一個(gè)合適的地方，以使得通水壓的構(gòu)件是安裝了所述正方形框架的那一端進(jìn)入所述混凝土模具的里面，并且所述正方形框架位于所述模具的中心，且所述正方形框架平行于所述模具的側(cè)壁面。
[0020]本發(fā)明提供的可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法中制造試件的裝置，包括一個(gè)方形模具、一個(gè)夾具和一套通水壓的構(gòu)件；
所述通水壓的構(gòu)件，其包括一個(gè)設(shè)定尺寸的二維框架，該二維框架外面設(shè)置彈性密封袋構(gòu)成一密閉空間，兩根管子的一端密封地插設(shè)在該密閉空間中，兩根管子插設(shè)在該密閉空間中的管段上分別設(shè)置一孔，兩個(gè)管段的孔分別設(shè)置在該密封空間的底部和頂部，作為兩個(gè)管子的唯一連通密閉空間和外界的通孔，底部設(shè)孔的管子為進(jìn)水管，頂部設(shè)孔的管子為出水管；
所述模具為一正方體頂部開口的容器，內(nèi)部尺寸為150X150 X 150mm ；
所述夾具設(shè)置在所述模具的所述開口上，夾住所述通水壓的構(gòu)件中的兩根管子，使得所述密閉空間置于模具中，而兩根管子伸出在模具之外地固定在所述模具上，使得所述通水壓的構(gòu)件在模具中間定位。
[0021]優(yōu)選地，所述通水壓的構(gòu)件中的兩根管子為尺寸相同的銅管，兩根所述銅管在所述模具之內(nèi)的部分并排焊接在一起。
[0022]所述框架為正方形框架，所述正方形框架固定在管子的一端。
[0023]更具體地，所述正方形框架的中間再設(shè)置一根架桿，構(gòu)成“日”字形框架。
[0024]所述框架由直徑為0.5^1.0mm的鐵絲構(gòu)成。
[0025]優(yōu)選地，所述彈性密封袋為氣球。
[0026]彈性密封袋的厚度優(yōu)選為0.Γ0.3mm。所述管子的內(nèi)管徑優(yōu)選為2mm，外管徑優(yōu)選為 4mm。
[0027]所述彈性密封袋將正方形框架套住，扎緊所述彈性密封袋開口。
[0028]所述夾具將所述通水壓的構(gòu)件固定在所述方形模具中且所述正方形框架平行于所述模具的側(cè)壁面，所述框架也可以是不平行于模具的側(cè)壁面。
[0029]優(yōu)選地，所述正方形模具為一面敞口其余五面封閉，內(nèi)部尺寸為150X150X 150mm
的容器。
[0030]優(yōu)選地，所述夾具由兩個(gè)鐵架構(gòu)成，兩個(gè)鐵架中，其中一個(gè)長(zhǎng)度大于所述模具的開口相應(yīng)尺寸，其兩端與模具可拆卸地固連，另一個(gè)長(zhǎng)度較短，其與所述框架的長(zhǎng)度相匹配，與長(zhǎng)度較長(zhǎng)的鐵架的中部可拆地固連，兩所述鐵架相接觸的側(cè)面至少其一上設(shè)凹槽，供所述通水壓的構(gòu)件中的兩個(gè)管子置于該凹槽中并被夾緊固定。
[0031]具體地，較長(zhǎng)的所述鐵架橫跨所述模具的開口，其一端用螺絲固定在所述模具開口的一條邊的中點(diǎn)處，其另一端則用螺絲固定在所述開口相對(duì)的另一條邊的中點(diǎn)處。
[0032]較短的所述鐵架可通過(guò)螺絲固定在較長(zhǎng)所述鐵架的中部。
[0033]具體地，所述模具為150X 150X 150mm的開口容器，所述框架為邊長(zhǎng)50X 50mm的日字形的正方形框架，彈性密封袋為氣球，套設(shè)在框架上，兩根管子與框架固定，管子從氣球口伸出，氣球口被扎緊密封，伸出氣球口的管子被兩個(gè)鐵架夾持固定，較長(zhǎng)的鐵架橫跨固定在模具的開口上，使得框架定位于模具的中心位置。
[0034]本發(fā)明提供的可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，可在混凝土試件上施加各種組合的雙軸作用力，例如雙軸壓壓、雙軸拉壓、雙軸拉拉等；可實(shí)現(xiàn)向混凝土試件內(nèi)部的裂縫中通壓力水，直至混凝土試件被劈裂的劈裂實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)雙軸應(yīng)力狀態(tài)下的混凝土試件進(jìn)行注水加壓實(shí)驗(yàn)，能夠得到復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下混凝土中的裂縫受壓力水作用而發(fā)生劈裂的水壓數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，但卻能用來(lái)研究雙軸應(yīng)力狀態(tài)下混凝土構(gòu)件的水力劈裂問(wèn)題。更進(jìn)一步的，能為涉水混凝土建筑物，如深海建筑物、高混凝土壩等，提供避免水力劈裂發(fā)生的合理建議，保證這些涉水混凝土建筑物更安全和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更合理。本發(fā)明提供的所述實(shí)驗(yàn)方法中使用的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制備的混凝土試件符合實(shí)驗(yàn)要求。
[0035]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1為進(jìn)行施加雙軸壓壓作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)的示意圖。
[0037]圖2為本發(fā)明提供的一種可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法中使用的試件制作裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖3為本發(fā)明提供的制作裝置中所述的通水壓的構(gòu)件的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖3a為圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖4為本發(fā)明提供的制作裝置中用于固定通水壓構(gòu)件到模具上的夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖4a為圖4的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0042]如圖1所示為本發(fā)明提供的施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的示意圖，在一 150X 150X 150mm的正方形混凝土試件I內(nèi)固設(shè)一通水壓的構(gòu)件，其包括在混凝土試件I中設(shè)置的為構(gòu)成一個(gè)正方形二維裂縫2的套設(shè)彈性密封袋的正方形框架，在該套設(shè)了彈性密封袋的正方形框架中伸出兩根管子3構(gòu)成向裂縫中注水施加水壓的通道。在模擬實(shí)驗(yàn)中，可以在正方形混凝土試件I的豎直相對(duì)平面和水平相對(duì)平面上施加雙向設(shè)定壓力4，然后通過(guò)管子3向裂縫2中注水，直至試件破裂。
[0043]下面通過(guò)圖2、圖3、圖3a、圖4以及圖4a描述可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和該方法所用裝置及該裝置制造方法。
[0044]( I)混凝土試件的制備
包括步驟一:制作一套通水壓的構(gòu)件，用于在混凝土試件中形成裂縫并提供向裂縫中通水壓的通道；將所述通水壓的構(gòu)件與方形混凝土模具固定在一起；
步驟二:在所述模具中澆筑混凝土，經(jīng)振搗后，養(yǎng)護(hù)混凝土至初凝，然后將所述模具拆除，而通水壓的構(gòu)件則會(huì)留在混凝土中；測(cè)試通水壓的裝置是否暢通，如果測(cè)試不暢則返回步驟一，或者將通水壓的構(gòu)件周圍的混凝土除去，疏通通水壓的構(gòu)件，重新進(jìn)行模具中澆注混凝土、振搗和養(yǎng)護(hù)過(guò)程再測(cè)試；如果測(cè)試暢通則將通水壓的構(gòu)件的進(jìn)、出水口密封保護(hù)，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期；
具體地，制備150 X 150 X 150mm的正方體混凝土試件I，試件中間設(shè)置一個(gè)正方形裂縫2 (見(jiàn)圖1)，裂縫面與混凝土試件的表面平行，裂縫的尺寸為50X50mm。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1所示。
[0045]制作試件的裝置包括內(nèi)部尺寸為150X150X150mm的方形模具8、一套通水壓的構(gòu)件和夾具，如圖2、圖3、圖3a、圖4、圖4a所示。通水壓的構(gòu)件包括兩根細(xì)銅管5、6和正方形框架7以及彈性密封袋，具體為氣球11。如圖4和圖4a所示，夾具包括鐵架9和鐵架16以及螺栓10。
[0046]作為一個(gè)具體實(shí)施例，通水壓的構(gòu)件的制作有以下①?③個(gè)要點(diǎn):
①.準(zhǔn)備兩根長(zhǎng)度、內(nèi)徑、外徑均相同的細(xì)銅管5、6，長(zhǎng)度約為200_，內(nèi)直經(jīng)為2_，夕卜直徑為4mm。在離開細(xì)銅管5 —端47mm長(zhǎng)度的側(cè)壁上鉆孔13，然后再將細(xì)銅管5的此端口用堵頭15封堵，如圖3所示。在離開細(xì)銅管6—端3mm長(zhǎng)度的側(cè)壁上鉆孔14。將細(xì)銅管5、6平行貼靠在一起，有鉆孔的一端對(duì)齊，鉆孔13和鉆孔14的開口方向呈180°角，均指向外側(cè)，如圖3a所示。然后將細(xì)銅管5、6焊接在一起。
[0047]②.用直徑為Imm的細(xì)鐵絲做一個(gè)“日”字形的正方形框架7，外圍尺寸為50 X 50mm?？蚣?被固定在已焊接好的細(xì)銅管5、6上，固定位置如圖3所示，固定方式為焊接。
[0048]③.準(zhǔn)備一個(gè)氣球11,所述氣球在非膨脹狀態(tài)下應(yīng)呈圓形，圓形的氣球在實(shí)踐中具有良好的對(duì)方形框架的適應(yīng)性，氣球口扎緊后也不會(huì)在綁扎口產(chǎn)生很多贅余。氣球的直徑應(yīng)為3(T50mm，氣球壁厚應(yīng)為0.Γθ.3mm。將氣球11套在正方形框架7上，并將氣球的開口用銅絲12扎緊。由正方形框架7支撐著的氣球11將來(lái)留在混凝土內(nèi)部，形成了混凝土內(nèi)部的裂縫2，并且氣球11也包住了細(xì)銅管上的兩個(gè)鉆孔13、14，因此，混凝土內(nèi)部的裂縫2可通過(guò)鉆孔13、14以及細(xì)銅管5、6與外界聯(lián)通。
[0049]具體的，夾具的制作有以下要點(diǎn):
夾具如圖4和圖4a所示，其由鐵架9、鐵架16和螺栓10構(gòu)成，鐵架9長(zhǎng)200mm，兩端各為一段水平方向較豎直方向?qū)挼倪B接薄片段，中間為一段豎直方向較水平方向?qū)挼膴A持薄片段，兩個(gè)連接薄片段和夾持薄片段之間為錐形過(guò)渡段。在連接薄片段上打孔穿設(shè)螺栓10，用于與模具8的上部開口相對(duì)的兩個(gè)邊緣固定(見(jiàn)圖2)。在夾持薄片段上鐵架9的垂直面上設(shè)置有凹槽與細(xì)銅管5、6對(duì)應(yīng)，在夾持薄片段位于凹槽的外側(cè)，設(shè)置螺栓孔。鐵架16的長(zhǎng)度為50mm，其形狀與鐵架9的夾持薄片段的豎直方向的形狀相匹配，鐵架16上設(shè)置凹槽與鐵架9上的凹槽對(duì)應(yīng)、設(shè)置螺栓孔與鐵架9夾持薄片段上的螺栓孔對(duì)應(yīng)，通過(guò)在螺栓孔中穿設(shè)螺栓10將鐵架9和鐵架16固連，并將夾持于凹槽中的細(xì)銅管5、6固緊。所述兩個(gè)鐵架的尺寸見(jiàn)圖4和圖4a中的尺寸標(biāo)注。按圖4和圖4a的尺寸和形狀制作鐵架9、鐵架16。
[0050]安裝通水壓的構(gòu)件、夾具和方形模具，如圖2所示。較長(zhǎng)的所述鐵架9橫跨所述模具的開口，其一端用螺絲10固定在所述模具8開口的一條邊的中點(diǎn)處，其另一端則用螺栓10固定在所述開口相對(duì)的另一條邊的中點(diǎn)處；較短的所述鐵架16通過(guò)螺栓10固定在較長(zhǎng)所述鐵架9的中部，夾住兩根銅管，在夾住銅管的過(guò)程中，調(diào)整通水壓的構(gòu)件被夾固的位置至一個(gè)合適的地方，以使得正方形框架7位于模具8的中心，且正方形框架7平行于模具8的側(cè)壁面。將細(xì)銅管5、6的開口 3用油紙包裹保護(hù)。
[0051]在模具8的內(nèi)面涂油，然后在模具8內(nèi)填注混凝土?；炷撂钭⑦^(guò)程中應(yīng)注意在框架7的兩側(cè)等量對(duì)稱填注，從而盡量減小對(duì)框架7的側(cè)推力，降低構(gòu)件走位的風(fēng)險(xiǎn)?；炷翝沧M后，將模具8放在震動(dòng)臺(tái)上震動(dòng)至混凝土表面泛漿。
[0052]在澆注現(xiàn)場(chǎng)，還要用出自同一攪拌機(jī)的混凝土制備一些常規(guī)的混凝土力學(xué)性能測(cè)試試件。
[0053]將所有混凝土試件運(yùn)至養(yǎng)護(hù)室，在相同的條件下養(yǎng)護(hù)。一周后，進(jìn)行拆模。拆模應(yīng)先卸下螺栓10，將鐵架9和鐵架16拆除，然后拆除模具8。緊接著，測(cè)試細(xì)銅管5、6的開口3是否能順暢的進(jìn)、出水。
[0054]如果測(cè)試不暢則返工，重新制作；或者將通水壓的構(gòu)件周圍的混凝土除去，疏通通水壓的構(gòu)件，重新進(jìn)行模具中澆注混凝土、振搗和養(yǎng)護(hù)過(guò)程再測(cè)試。
[0055]確定通水順暢后，將開口 3用油紙包裹保護(hù)。繼續(xù)養(yǎng)護(hù)混凝土試件至設(shè)定的齡期，例如7天、28天、90天等。
[0056](2)實(shí)驗(yàn)安裝過(guò)程
即步驟三:將養(yǎng)護(hù)后的混凝土試件安裝在雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)在混凝土試件上施加設(shè)定的雙軸作用力。
[0057]將混凝土試件安裝在雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)上后，選擇銅管6的開口 3與水壓加壓裝置連接，作為進(jìn)水口，另一個(gè)口則作為出水口。啟動(dòng)水壓加壓裝置，向試件內(nèi)的裂縫充水，待裂縫內(nèi)的空氣排完后，停止充水，密封出水口。開始進(jìn)行混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)。
[0058](4)水壓加壓過(guò)程
雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)在四個(gè)方向?qū)υ嚰┘雍銐毫?，如圖1所示，壓力值按實(shí)驗(yàn)的要求給定。通過(guò)水壓加壓裝置向裂縫內(nèi)施加高水壓，水壓采用梯級(jí)加壓方式，直至混凝土被壓力水劈裂為止。整個(gè)過(guò)程仔細(xì)觀察試件表面有無(wú)漏水，以及壓力表的讀數(shù)有無(wú)驟降，壓力表所能達(dá)到的最高值既是劈裂水壓，記錄試件劈裂時(shí)的水壓。
[0059](5)測(cè)量混凝土試件的常規(guī)力學(xué)性能
在進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)的同一天，還要對(duì)常規(guī)的混凝土力學(xué)性能測(cè)試試件進(jìn)行測(cè)量，從而取得混凝土的抗拉、抗壓等強(qiáng)度值，用于混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)的后續(xù)分析。
[0060]如果雙軸作用力中有拉力，則在施加拉力作用的實(shí)驗(yàn)機(jī)動(dòng)力臂和試件之間加一副鋼刷。所述鋼刷與所述試件粘接固定，粘接方法具體為，在方形混凝土所述試件的一個(gè)面上涂刷膠粘劑構(gòu)成涂膠面，將鋼刷的有刷毛的一面與混凝土試件的所述涂膠面相互粘接；然后在所述鋼刷的另一個(gè)面上涂刷膠粘劑，將實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力臂的端面與鋼刷的所述涂膠面相互粘接。
[0061]現(xiàn)有技術(shù)中有對(duì)混凝土試件中的裂縫進(jìn)行單軸應(yīng)力狀態(tài)下的水力劈裂實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了對(duì)混凝土試件中的裂縫進(jìn)行雙軸應(yīng)力狀態(tài)下的水力劈裂實(shí)驗(yàn)。對(duì)于實(shí)際工程中的涉水混凝土建筑物，其迎水面上裂縫的擴(kuò)展除受縫內(nèi)水壓力控制外，還受到裂縫所處的平面二維復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的控制(既雙軸應(yīng)力狀態(tài))，因此，研究可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)有重要意義。這種實(shí)驗(yàn)將能夠模擬更加貼近實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)，有助于更深入的研究混凝土構(gòu)件的水力劈裂問(wèn)題。
[0062]另外，本發(fā)明提供的裝置，與現(xiàn)有技術(shù)，例如施加單軸作用力的實(shí)驗(yàn)裝置相比較，試件的尺寸可大大減小?，F(xiàn)有技術(shù)中的試件需要達(dá)到I米見(jiàn)方，而本試件可以小到0.2米見(jiàn)方。這是因?yàn)樵诔煽p方面原來(lái)的方法與本發(fā)明本質(zhì)不同，本發(fā)明采用了彈性密封袋的方式形成裂縫，例如，利用很輕巧的氣球即形成了一個(gè)密閉空腔。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的在試件中構(gòu)成裂縫所采用的橡膠氣球包裹方框的方法和結(jié)構(gòu)，是前人沒(méi)有嘗試的，因?yàn)橐话闳苏J(rèn)為彈性密封袋阻斷了水壓與混凝土的接觸令實(shí)驗(yàn)不真實(shí)，也因此沒(méi)有人想出如此小型化的成縫構(gòu)件。但實(shí)踐表明，彈性密封袋例如氣球在混凝土中沒(méi)有擴(kuò)展的空間，在早期即被水壓力擊穿，之后的水力力劈裂實(shí)驗(yàn)將真實(shí)的模擬水壓對(duì)裂縫的劈裂作用。
[0063]現(xiàn)有技術(shù)由于沒(méi)認(rèn)識(shí)到上述原理，所以為了形成密閉空腔，采用許多復(fù)雜的構(gòu)件來(lái)密封，且構(gòu)件尺寸較大，無(wú)法在150mm正方體混凝土試件中施展，從而也就無(wú)法用現(xiàn)有技術(shù)對(duì)試件施加雙軸作用力。本發(fā)明中通水壓的構(gòu)件(即成縫構(gòu)件)簡(jiǎn)單，體積小，置入在150mm正方體混凝土試件中占比小，所以對(duì)混凝土試件的整體性能影響小，實(shí)驗(yàn)得以進(jìn)行。如果對(duì)混凝土試件影響很大，則得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有意義。
[0064]在試驗(yàn)中，為了消除實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土試件變形的緊箍作用，可在試件與實(shí)驗(yàn)機(jī)間加一副鋼刷。例如，通過(guò)粘接方法連接該鋼刷。所述粘接方法具體為，在方形混凝土試件的一個(gè)面上涂刷膠粘劑構(gòu)成涂膠面，例如環(huán)氧樹脂，將鋼刷的有刷毛的一面與混凝土試件的所述涂膠面相互粘接；然后在所述鋼刷的另一個(gè)面上涂刷膠粘劑，將實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力臂的端面與鋼刷的所述涂膠面相互粘接。
【權(quán)利要求】
1.一種可施加雙軸作用力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:制作一套通水壓的構(gòu)件，用于在混凝土試件中形成裂縫并提供向裂縫中通水壓的通道；將所述通水壓的構(gòu)件與方形混凝土模具固定在一起； 步驟二:在所述模具中澆筑混凝土，經(jīng)振搗后，養(yǎng)護(hù)混凝土至初凝，然后將所述模具拆除，而通水壓的構(gòu)件則會(huì)留在混凝土中；測(cè)試通水壓的裝置是否暢通，如果測(cè)試不暢則返回步驟一，或者將通水壓的構(gòu)件周圍的混凝土除去，疏通通水壓的構(gòu)件，重新進(jìn)行模具中澆注混凝土、振搗和養(yǎng)護(hù)過(guò)程再測(cè)試；如果測(cè)試暢通則將通水壓的構(gòu)件的進(jìn)、出水口密封保護(hù)，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至設(shè)定齡期； 步驟三:將養(yǎng)護(hù)后的混凝土試件安裝在雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)在混凝土試件上施加設(shè)定的雙軸作用力； 步驟四:經(jīng)由通水壓的構(gòu)件向混凝土試件內(nèi)部施加水壓，直至使得所述試件被劈裂； 記錄試件劈裂時(shí)的水壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:在所述步驟三，將養(yǎng)護(hù)后的混凝土試件安裝在雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)上時(shí)，如果要通過(guò)雙軸實(shí)驗(yàn)機(jī)在混凝土試件上施加拉力，則應(yīng)采用膠粘劑將試件與實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力臂粘接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:在所述試件與實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力臂之間加一畐O鋼刷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述鋼刷與所述試件粘接固定，粘接方法具體為，在方形混凝土所述試件的一個(gè)面上涂刷膠粘劑構(gòu)成涂膠面，將鋼刷的有刷毛的一面與混凝土試件的所述涂膠面相互粘接；然后在所述鋼刷的另一個(gè)面上涂刷膠粘劑，將實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力臂的端面與鋼刷的所述涂膠面相互粘接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于:在所述步驟一中制作一套所述通水壓的構(gòu)件，其具體制作方法包括如下步驟: (1)準(zhǔn)備兩根長(zhǎng)度、內(nèi)徑、外徑均相同的銅管:銅管A和銅管B; (2)在離開銅管A的a端45飛Omm長(zhǎng)度的銅管A的側(cè)壁上鉆孔，鉆孔深度要求穿透銅管A的管壁厚度，然后將銅管A的a端封閉；對(duì)于銅管B，在離開銅管B的a端O飛mm長(zhǎng)度的銅管B的側(cè)壁上鉆孔，鉆孔深度要求穿透銅管B的管壁厚度； (3)將銅管A和銅管B平行貼靠在一起，兩銅管的a端在同一端，在長(zhǎng)度方向上a端對(duì)齊，從a端起的一段，兩銅管并排固定在一起，且銅管A側(cè)壁上的所述鉆孔和銅管B側(cè)壁上的所述鉆孔，相互背靠，且均指向外側(cè)； (4)還準(zhǔn)備一正方形的框架，并被固定在所述銅管A和銅管B的a端，兩銅管上的所述鉆孔均位于該框架之內(nèi)； (5)再準(zhǔn)備一個(gè)彈性密封袋；將所述彈性密封袋套在所述框架上，并將彈性密封袋的開口扎緊而構(gòu)成密閉空間； (6)兩銅管并排固定的一端位于所述方形混凝土模具內(nèi)，兩銅管的b端口在混凝土模具之外，兩個(gè)銅管的b端口與所述密閉空間連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述框架的所述正方形的邊長(zhǎng)為50mm；和/或，所述框架由直徑為0.5^1.0mm的鐵絲做成；和/或，所述彈性密封袋為氣球，在非膨脹狀態(tài)下呈圓形；和/或，所述彈性密封袋的直徑為3(T50mm ;和/或，所述彈性密封袋壁厚為0.Γ0.3mm ;和/或，所述模具的尺寸為150X 150X 150mm ;和/或，所述銅管為其內(nèi)徑為2mm,外徑為4mm的細(xì)銅管；和/或， 混凝土模具的開口上安裝有一個(gè)夾具，所述通水壓的構(gòu)件固定在該夾具上，使得所述通水壓的構(gòu)件固定在所述混凝土模具中；和/或， 所述通水壓的構(gòu)件位于所述混凝土模具的中間位置且其中的正方形框架平行于模具的側(cè)壁面；和/或， 所述夾具由兩個(gè)鐵架構(gòu)成，兩個(gè)所述鐵架中，其中一個(gè)鐵架A長(zhǎng)度大于所述模具的開口相應(yīng)尺寸，其兩端與模具可拆卸地固連，另一個(gè)鐵架B長(zhǎng)度較短，其與所述框架的長(zhǎng)度相匹配；鐵架B可拆卸地固定在鐵架A上，鐵架A和鐵架B的相接觸的側(cè)面至少其一上設(shè)置凹槽，將所述通水壓的構(gòu)件中的兩個(gè)與外界連通的管子放在所述凹槽中，固定鐵架B與鐵架A，即實(shí)現(xiàn)所述夾具對(duì)所述通水壓的構(gòu)件的固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述鐵架A與模具的固定結(jié)構(gòu)是:所述鐵架A橫跨所述模具的開口，鐵架A的一端用螺絲固定在所述模具開口的一條邊的中點(diǎn)處，所述鐵架A的另一端則用螺絲固定在相對(duì)的另一條邊的中點(diǎn)處；和/或， 所述鐵架B與鐵架A將通水壓的構(gòu)件夾固前，應(yīng)調(diào)整通水壓的構(gòu)件被夾固的位置至一個(gè)合適的地方，以使得通水壓的構(gòu)件是安裝了所述正方形框架的那一端進(jìn)入所述混凝土模具的里面，并且所述正方形框架位于所述模具的中心，且所述正方形框架平行于所述模具的側(cè)壁面。
8.—種可施加雙軸應(yīng)力的混凝土構(gòu)件水力劈裂模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法中制造試件的裝置，其特征在于:包括一套通水壓的構(gòu)件、一個(gè)方形模具和一個(gè)夾具； 所述通水壓的構(gòu)件，其包括一個(gè)設(shè)定尺寸的二維框架，該二維框架外面設(shè)置彈性密封袋構(gòu)成一密閉空間，兩根管子的一端密封地插設(shè)在該密閉空間中，兩根管子插設(shè)在該密閉空間中的管段上分別設(shè)置一孔，兩個(gè)管段的孔分別設(shè)置在該密封空間的底部和頂部，作為兩個(gè)管子的唯一連通密閉空間和外界的通孔，底部設(shè)孔的管子為進(jìn)水管，頂部設(shè)孔的管子為出水管； 所述模具為一正方體頂部開口的容器； 所述夾具設(shè)置在所述模具的所述開口上，夾住所述通水壓的構(gòu)件中的兩根管子，使得所述密閉空間置于模具中，而兩根管子伸出在模具之外地固定在所述模具上，使得所述通水壓的構(gòu)件在模具中間定位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:所述通水壓的構(gòu)件中的兩根管子為尺寸相同的銅管，兩根所述銅管在所述模具之內(nèi)的部分并排焊接在一起；和/或， 所述框架為正方形框架，所述正方形框架固定在所述銅管的一端；和/或， 所述正方形框架的中間再設(shè)置一根架桿，構(gòu)成“日”字形框架；和/或， 所述框架為直徑為0.5^1.0mm的鐵絲制成；和/或， 所述彈性密封袋為氣球；和/或， 彈性密封袋為氣球，氣球皮的厚度為0.Γ0.3mm ;和/或， 所述管子的內(nèi)徑為2mm外管徑為4mm ;和/或， 所述彈性密封袋將正方形框架套住，扎緊所述彈性密封袋開口 ；和/或， 所述夾具將所述通水壓的構(gòu)件固定在所述方形模具上；和/或， 所述正方形模具為一面敞口其余五面封閉，內(nèi)部尺寸為150X 150X 150mm的容器；和/或， 所述夾具由兩個(gè)鐵架構(gòu)成，兩個(gè)鐵架中，其中一個(gè)長(zhǎng)度大于所述模具的開口相應(yīng)尺寸，其兩端與模具可拆卸地固連，另一個(gè)長(zhǎng)度較短，其與所述框架的長(zhǎng)度相匹配，與長(zhǎng)度較長(zhǎng)的鐵架的中部可拆地固連，兩所述鐵架相接觸的側(cè)面至少其一上設(shè)凹槽，供所述通水壓的構(gòu)件中的兩個(gè)管子置于該凹槽中并被夾緊固定；和/或， 所述模具為150 X 150 X 150mm的開口容器，所述框架為邊長(zhǎng)50 X 50mm的日字形的正方形框架，所述彈性密封袋為氣球，套設(shè)在框架上，兩根管子與框架固定，管子從氣球口伸出，氣球口被扎緊密封，伸出彈性密封袋或氣球口的管子被兩個(gè)鐵架夾持固定，較長(zhǎng)的鐵架橫跨固定在模具的開口上，使得框架定位于模具的中心位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于:較長(zhǎng)的所述鐵架橫跨所述模具的開口，其一端用螺絲固定在所述模具開口的一條邊的中點(diǎn)處，其另一端則用螺絲固定在所述開口相對(duì)的另一條邊的中點(diǎn)處； 較短的所述鐵架通過(guò)螺絲固定在較長(zhǎng)所述鐵架的中部。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK104237021SQ201410469587
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】賈金生, 汪洋, 馮煒, 常凊睿, 鄭璀瑩, 楊會(huì)臣 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院, 清華大學(xué)