混凝土溫度應(yīng)力試驗機及徐變測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混凝土溫度應(yīng)力試驗機和徐變測試方法，混凝土溫度應(yīng)力試驗機包括：自由變形試驗機；約束變形試驗機，約束變形試驗機包括：底模板和側(cè)模板，底模板和側(cè)模板配合形成適于放置混凝土約束試件的約束模腔，底模板上設(shè)有兩個通孔；兩個P波傳感器，兩個P波傳感器對應(yīng)設(shè)在混凝土約束試件的上表面和下表面上，設(shè)在混凝土約束試件的下表面上的P波傳感器位于其中一個通孔內(nèi)；兩個S波傳感器，兩個S波傳感器對應(yīng)設(shè)在混凝土約束試件的上表面和下表面上，設(shè)在混凝土約束試件的下表面上的S波傳感器位于另一個通孔內(nèi)；約束變形檢測裝置。根據(jù)本發(fā)明實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機可以較準確地檢測混凝土徐變，檢測結(jié)果更接近實際。
【專利說明】
混凝土溫度應(yīng)力試驗機及徐變測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于土木水利工程混凝土試驗技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種混凝土溫度應(yīng)力試驗機和基于混凝土溫度應(yīng)力試驗機的徐變測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土的徐變特性是評價大體積混凝土早期抗裂能力的一個重要指標(biāo)。徐變能力的強弱是影響大體積混凝土早期溫度裂縫的一個重要因素。目前關(guān)于約束情況下混凝土溫度應(yīng)力的模擬最有效的試驗手段是混凝土溫度應(yīng)力試驗機(TSTM)，TSTM對于徐變的測試方法也與常規(guī)徐變試驗保持荷載不變有較大差別。
[0003]目前學(xué)者們應(yīng)用最廣的是Kovler提出的徐變測試方法，該方法基于閉環(huán)計算機控制理論，設(shè)立約束試件和自由變形試件兩套試驗機同時試驗，用記錄的活動夾頭累積位移來表示混凝土的彈性變形，最終用自由變形減去夾頭累積位移來表示徐變。
[0004]但是該方法忽略了機器剛度的影響，Lin通過理論公式證明了Kovler求徐變的方法中忽略了機械剛度的影響，所記錄的夾頭累積變形并不是混凝土真正的彈性變形，進而提出了以約束應(yīng)力差/彈性模量的方法來表示彈性應(yīng)變，然后利用自由變形應(yīng)變減去彈性應(yīng)變來求徐變。
[0005]Lin雖然給出了彈性變形的理論計算公式，但采用“主動法”測彈性模量會對早期混凝土試件造成損傷，測定的彈性模量誤差較大，這種誤差進而會給徐變的結(jié)果造成較大影響。目前國內(nèi)外利用TSTM系統(tǒng)測定混凝土的徐變的方法中對于考慮試驗機剛度之后少有涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出了一種混凝土溫度應(yīng)力試驗機，所述混凝土溫度應(yīng)力試驗機可以較準確地檢測混凝土徐變。
[0007]本發(fā)明還提出了一種基于混凝土溫度應(yīng)力試驗機的徐變測試方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，包括:自由變形試驗機，所述自由變形試驗機上設(shè)有適于放置混凝土自由試件的自由模腔以及用于測定所述混凝土自由試件的自由變形的自由變形檢測裝置;約束變形試驗機，所述約束變形試驗機包括:底模板和側(cè)模板，所述底模板和所述側(cè)模板配合形成有上端敞開且適于放置混凝土約束試件的約束模腔，所述底模板上設(shè)有兩個通孔;兩個P波傳感器，兩個所述P波傳感器在上下方向上位置對應(yīng)，其中一個所述P波傳感器設(shè)在所述混凝土約束試件的上表面，另一個所述P波傳感器設(shè)在所述混凝土約束試件的下表面上且位于其中一個所述通孔內(nèi)；兩個S波傳感器，兩個所述S波傳感器在上下方向上位置對應(yīng)，其中一個所述S波傳感器設(shè)在所述混凝土約束試件的上表面，另一個所述S波傳感器設(shè)在所述混凝土約束試件的下表面上且位于其中另一個所述通孔內(nèi)；約束變形檢測裝置，所述變形測量裝置包括固定夾頭、活動夾頭和傳感器組件，所述傳感器組件與所述活動夾頭相連，所述固定夾頭和所述活動夾頭分別夾設(shè)在所述混凝土約束試件的兩端。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機可以較準確地檢測混凝土徐變，檢測結(jié)果更接近實際，操作方便，具有無損、快速、可重復(fù)性等優(yōu)點。
[0010]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，其特征在于，所述P波傳感器和所述S波傳感器適于粘貼在所述混凝土約束試件上。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，兩個所述通孔中的一個通孔鄰近所述固定夾頭設(shè)置，兩個所述通孔中的另一個通孔鄰近所述活動夾頭設(shè)置。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，兩個所述通孔的中心的連線沿所述模腔的軸向延伸。
[0014]采用根據(jù)本發(fā)明實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機的徐變測試方法，包括以下步驟.-SU在所述自由模腔和所述約束模腔內(nèi)分別澆注混凝土并振搗，以分別形成混凝土自由試件和混凝土約束試件；S2:在所述混凝土約束試件的上表面和下表面上分別安裝與兩個通孔位置對應(yīng)的P波傳感器和S波傳感器，并采用對測法測定混凝土約束試件在溫度應(yīng)力試驗過程中的橫波波速Vs和縱波波速VP;S3:由彈性理論公式Ed=(VP2(3VP2-4Vs2))/(VP2-Vs2)推導(dǎo)得出所述混凝土約束試件的動彈性模量Ed;S4:建立自由變形試驗機與混凝土自由試件以及約束變形試驗機與混凝土約束試件的模型，并根據(jù)模型的受力平衡公式和動彈性模量Ed，求解得到混凝土約束試件與約束變形試驗機相互作用產(chǎn)生的變形DEQ，并得到計算試驗機剛度之后的混凝土徐變Dc。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述模型為混凝土與彈簧串聯(lián)模型，采用公式Deo=KsdDEa/Kc = F/^計算所述Deo，其中，Ks為約束變形試驗機的剛度，Kc為混凝土約束試件的剛度，F(xiàn)為約束變形試驗機記錄的應(yīng)力，Kc = EcA/1，Ec = aEd，a為動靜彈性模量經(jīng)驗系數(shù)，A為混凝土約束試件的截面面積，I為混凝土約束試件的原始長度。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述模型適用公式:Dc= Df-DEa-DEQ，其中，Df為自由變形試驗機記錄的累積自由變形;DEa*約束變形試驗機的活動夾頭實際發(fā)生的位移累積，計算試驗機剛度之后的混凝土徐變Dc的徐變公式為Dc = Df-DEa-FX l/(a XEd XA)。
[0017]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例溫度應(yīng)力試驗機的活動夾頭調(diào)節(jié)前混凝土試件與試驗機的作用原理圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例溫度應(yīng)力試驗機的活動夾頭調(diào)節(jié)后混凝土試件與試驗機作用原理圖；
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的溫度應(yīng)力試驗機的部分結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0021]附圖標(biāo)記:
[0022]混凝土I;彈簧2;活動夾頭3;P波傳感器4;S波傳感器5;約束變形檢測裝置6。
【具體實施方式】
[0023]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0024]下面結(jié)合附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機。
[0025]參照圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機包括自由變形試驗機和約束變形試驗機。約束變形試驗機包括底模板、側(cè)模板、P波傳感器4和S波傳感器5以及約束變形檢測裝置6。約束變形檢測裝置6包括固定夾頭、活動夾頭3和傳感器組件。底模板和側(cè)模板配合限定有約束模腔，混凝土約束試件可以放置在約束模腔中，約束模腔的上端敞開。傳感器組件與活動夾頭3相連，固定夾頭和活動夾頭3分別夾設(shè)在混凝土約束試件的兩端。
[0026]底模板上設(shè)有兩個通孔，P波傳感器4包括兩個，兩個P波傳感器4在上下方向上位置對應(yīng)，也就是說，兩個P波傳感器4分布在同一豎直線上。兩個P波傳感器4中的其中一個P波傳感器4適于設(shè)在混凝土約束試件的上表面，兩個P波傳感器4中另一個P波傳感器4適于設(shè)在混凝土約束試件的下表面上并且位于兩個通孔的其中一個通孔內(nèi)。
[0027]同樣地，S波傳感器5包括兩個，兩個S波傳感器5在上下方向上位置對應(yīng)，兩個S波傳感器5中的其中一個S波傳感器5適于設(shè)在混凝土約束試件的上表面，兩個S波傳感器5中的另一個S波傳感器5適于設(shè)在混凝土約束試件的下表面上并且位于兩個通孔的其中一個通孔內(nèi)。
[0028]由此，兩個P波傳感器4可以位于混凝土約束試件的兩側(cè)，兩個S波傳感器5也位于混凝土約束試件的兩側(cè)，并且位于同側(cè)的P波傳感器4和S波傳感器5間隔開設(shè)置，從而可以實現(xiàn)橫波波速和縱波波速的檢測，進而實現(xiàn)混凝土約束試件的動彈性模量的檢測，有利于后續(xù)混凝土徐變的準確檢測，方便操作，而且檢測效果較好。
[0029]自由變形試驗機上設(shè)有自由模腔和自由變形檢測裝置，混凝土自由試件可以放置在自由模腔內(nèi)，自由變形檢測裝置可以用于測定混凝土自由試件的自由變形。自由模腔也可以由模板圍合形成。自由變形試驗機的結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是可知的，在此不再詳述。
[0030]根據(jù)本發(fā)明實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，通過設(shè)置P波傳感器4和S波傳感器5等部件，可以在溫度應(yīng)力試驗過程中實現(xiàn)橫波和縱波的檢測，從而實現(xiàn)混凝土試件的彈性模量的檢測，該裝置可以采用利用無損檢測技術(shù)測量得到混凝土的彈性模量，避免對混凝土造成不必要的損壞，有利于混凝土徐變的準確檢測，并且可以間接考慮試驗機的剛度對混凝土徐變的影響，可以實現(xiàn)混凝土徐變的快速尚效檢測，可重復(fù)性尚，精度更尚。
[0031 ]可選地，P波傳感器4和S波傳感器5可以粘貼在混凝土約束試件上。由此，不僅方便安裝，而且可以保證P波傳感器4和S波傳感器5與混凝土約束試件的緊密接觸和牢固連接，提尚檢測效果。
[0032]如圖3所示，兩個通孔中的一個通孔可以鄰近固定夾頭設(shè)置，兩個通孔中的另一個通孔可以鄰近活動夾頭3設(shè)置。由此，P波傳感器4和S波傳感器5之間的距離適宜，可以保證良好的檢測效果。
[0033 ]可選地，兩個通孔的中心的連線可以沿模腔的軸向延伸。這里，模腔的軸向可以理解為混凝土約束試件的長度方向。由此，可以進一步提高彈性模量檢測的準確性。
[0034]下面對采用根據(jù)本發(fā)明實施例的混凝土溫度應(yīng)力試驗機對混凝土徐變進行檢測的徐變測試方法進行描述，該徐變檢測方法包括以下步驟:
[0035]S1:在自由模腔和約束模腔內(nèi)分別澆注混凝土并振搗，以分別形成混凝土自由試件和混凝土約束試件。
[0036]S2:在混凝土約束試件的上表面和下表面上分別安裝與兩個通孔位置對應(yīng)的P波傳感器4和S波傳感器5，并采用對測法測定混凝土約束試件在溫度應(yīng)力試驗過程中的橫波波速Vs和縱波波速Vp。
[0037]S3:由彈性理論公式Ed= (Vp2(3Vp2-4Vs2) )/(VP2_Vs2)推導(dǎo)得出混凝土約束試件的動彈性模量Ed。
[0038]S4:建立自由變形試驗機與混凝土自由試件以及約束變形試驗機與混凝土約束試件的模型，并根據(jù)模型的受力平衡公式和動彈性模量Ed，求解得到混凝土約束試件與約束變形試驗機相互作用產(chǎn)生的變形DEQ，并得到計算溫度應(yīng)力試驗機剛度之后的混凝土徐變Dc0
[0039]根據(jù)本發(fā)明實施例的徐變測試方法采用超聲無損檢測方法測定混凝土的P、S波速，進而計算混凝土的動彈性模量，可以間接考慮試驗機的剛度對混凝土徐變的影響，此種方法快速高效，并且可重復(fù)性高，考慮剛度后所測得的徐變更符合實際情況，精度更高，能夠有效克服相關(guān)技術(shù)中混凝土溫度應(yīng)力試驗機測定徐變方法精度不足的問題。
[0040]如圖1和圖2所示，在本發(fā)明的一些較優(yōu)選實施例中，在步驟S4中，模型為混凝土I與彈簧2串聯(lián)模型，采用公式Deq = KsdDEa/Kc = F/Kc計算Deq，其中，Ks為約束變形試驗機的剛度，K。為混凝土約束試件的剛度，F(xiàn)為約束變形試驗機記錄的應(yīng)力，K。= EcA/1，E。= aEd，α為動靜彈性模量經(jīng)驗系數(shù)，A為混凝土約束試件的截面面積，I為混凝土約束試件的原始長度，Ed為混凝土約束試件的動彈性模量，也就是步驟S3中得到的動彈性模量。該種模型較為簡單，并且較接近真是情況，保證了徐變檢測的準確性。
[0041 ]進一步地，在該混凝土與彈簧2串聯(lián)模型中，混凝土自由試件的變形主要由混凝土實際發(fā)生的變形、彈簧2和混凝土相互作用產(chǎn)生的變形、混凝土的徐變?nèi)糠纸M成，存在公式:DC = Df-DEa-DEQ，其中，Df為自由變形試驗機記錄的累積自由變形;DEa為約束變形試驗機的活動夾頭3實際發(fā)生的位移累積，通過試驗系統(tǒng)自動記錄下來，計算溫度應(yīng)力試驗機剛度之后的混凝土徐變Dc的徐變公式為Dc = Df-DEa-F X l/(aXEdXA)。使用該考慮剛度后的徐變公式所測得的徐變更符合實際情況，檢測結(jié)構(gòu)更準確，溫度應(yīng)力試驗機上可以預(yù)設(shè)有分析計算模塊，可以結(jié)合無損檢測得到的動彈性模量以及徐變公式得到混凝土徐變Dc，該值即為溫度應(yīng)力試驗機最終檢測值。
[0042]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的徐變測試方法利用P波傳感器和S波傳感器等超聲裝置測定混凝土試件的橫、縱波波速，進而通過彈性理論公式推導(dǎo)混凝土試件的動彈性模量，最后由力平衡方程推導(dǎo)利用動彈性模量間接考慮試驗機剛度的徐變計算方法，該徐變測試方法通過聲學(xué)檢測方法，具有無損、快速、可重復(fù)性的優(yōu)點；考慮試驗機剛度影響后的徐變公式所更符合實際情況，精度更高。
[0043]根據(jù)本發(fā)明實施例的溫度應(yīng)力試驗機的其他構(gòu)成以及檢測方法的其它操作對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是可知的，在此不再詳細描述。
[0044]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“長度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0045]在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
[0046]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體;可以是機械連接，也可以是電連接或彼此可通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0047]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“實施例”、“具體實施例”、“示例”或“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。
[0048]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項】
1.一種混凝土溫度應(yīng)力試驗機，其特征在于，包括: 自由變形試驗機，所述自由變形試驗機上設(shè)有適于放置混凝土自由試件的自由模腔以及用于測定所述混凝土自由試件的自由變形的自由變形檢測裝置； 約束變形試驗機，所述約束變形試驗機包括: 底模板和側(cè)模板，所述底模板和所述側(cè)模板配合形成有上端敞開且適于放置混凝土約束試件的約束模腔，所述底模板上設(shè)有兩個通孔； 兩個P波傳感器，兩個所述P波傳感器在上下方向上位置對應(yīng)，其中一個所述P波傳感器設(shè)在所述混凝土約束試件的上表面上，另一個所述P波傳感器設(shè)在所述混凝土約束試件的下表面上且位于其中一個所述通孔內(nèi)； 兩個S波傳感器，兩個所述S波傳感器在上下方向上位置對應(yīng)，其中一個所述S波傳感器設(shè)在所述混凝土約束試件的上表面上，另一個所述S波傳感器設(shè)在所述混凝土約束試件的下表面上且位于其中另一個所述通孔內(nèi)； 約束變形檢測裝置，所述約束變形測量裝置包括固定夾頭、活動夾頭和傳感器組件，所述傳感器組件與所述活動夾頭相連，所述固定夾頭和所述活動夾頭分別夾設(shè)在所述混凝土約束試件的兩端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，其特征在于，所述P波傳感器和所述S波傳感器適于粘貼在所述混凝土約束試件上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，其特征在于，兩個所述通孔中的一個通孔鄰近所述固定夾頭設(shè)置，兩個所述通孔中的另一個通孔鄰近所述活動夾頭設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，其特征在于，兩個所述通孔的中心的連線沿所述模腔的軸向延伸。5.—種采用根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的混凝土溫度應(yīng)力試驗機的徐變測試方法，其特征在于，包括以下步驟: S1:在所述自由模腔和所述約束模腔內(nèi)分別澆注混凝土并振搗，以分別形成混凝土自由試件和混凝土約束試件； S2:在所述混凝土約束試件的下表面和上表面上分別安裝與兩個通孔位置對應(yīng)的P波傳感器和S波傳感器，并采用對測法測定混凝土約束試件在溫度應(yīng)力試驗過程中的橫波波速Vs和縱波波速Vp; S3:由彈性理論公式Ed =(VP2(3Vp2-4Vs2))/(Vp2-Vs2)推導(dǎo)得出所述混凝土約束試件的動彈性模量Ed; S4:建立自由變形試驗機與混凝土自由試件以及約束變形試驗機與混凝土約束試件的模型，并根據(jù)模型的受力平衡公式和動彈性模量Ed，求解得到混凝土約束試件與約束變形試驗機相互作用產(chǎn)生的變形DEQ，并得到計算試驗機剛度之后的混凝土徐變Dc。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的徐變測試方法，其特征在于，所述模型為混凝土與彈簧串聯(lián)模型，采用公式Deo=KsdDEa/Kc = F/KC計算所述Deo，其中，Ks為約束變形試驗機的剛度，Kc為混凝土約束試件的剛度，F(xiàn)為約束變形試驗機記錄的應(yīng)力，K。= ECA/1，Ec = aEd，<1為動靜彈性模量經(jīng)驗系數(shù)，A為混凝土約束試件的截面面積，I為混凝土約束試件的原始長度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的徐變測試方法，其特征在于，所述模型適用公式:Dc= Df-DEa-Deo，其中，Df為自由變形試驗機記錄的累積自由變形;DEa為約束變形試驗機的活動夾頭實際發(fā)生的位移累積，計算試驗機剛度之后的混凝土徐變Dc的徐變公式為:DC = Df-DEa-FXl/(aXEdXA)。
【文檔編號】G01N3/08GK106018094SQ201610539726
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】李慶斌, 胡昱, 朱賀, 林鵬, 蘇軍安, 李姍
【申請人】清華大學(xué), 中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司