專(zhuān)利名稱(chēng)：混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于測(cè)試混凝土斷裂性能的系統(tǒng)，屬于混凝土材料性能測(cè) 試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
混凝土斷裂韌度是水電水利與交通工程混凝土結(jié)構(gòu)抗裂、防裂設(shè)計(jì)及裂縫評(píng)定 中分析混凝土抗裂能力和建筑物裂縫擴(kuò)展穩(wěn)定性的重要依據(jù)。要了解混凝土斷裂機(jī)理， 解決混凝土結(jié)構(gòu)物的裂縫擴(kuò)展問(wèn)題，首先需要通過(guò)混凝土材料的斷裂試驗(yàn)，正確測(cè)定混 凝土斷裂參數(shù)和了解混凝土失穩(wěn)斷裂前裂縫擴(kuò)展過(guò)程與縫端附近區(qū)域的物理特性及其力 學(xué)行為。目前混凝土斷裂參數(shù)中常見(jiàn)的是雙K斷裂參數(shù)，即起裂斷裂韌度和失穩(wěn)斷裂 韌度K1。據(jù)申請(qǐng)人了解，現(xiàn)有規(guī)范測(cè)量混凝土雙K斷裂參數(shù)一般是采用三點(diǎn)彎曲梁試 驗(yàn)，如

圖1所示，在三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)中，混凝土試件3在澆筑時(shí)先制一條預(yù)置裂縫20，試 驗(yàn)機(jī)將荷載加載在壓力傳感器4上通過(guò)墊板傳遞給混凝土試件3，通過(guò)采集臨界裂縫張口 位移CMODc和最大荷載Fmax來(lái)計(jì)算臨界有效裂縫長(zhǎng)度a。的值，進(jìn)而計(jì)算裂縫的起裂斷裂 韌度足；f、失穩(wěn)斷裂韌度&Τ。另外，公布號(hào)為CN101706389A的中國(guó)專(zhuān)利也采用了三點(diǎn)彎 曲梁試驗(yàn)，該專(zhuān)利是在如圖1所示的裂縫20處設(shè)置夾式引申計(jì)，在混凝土試件3受力的 過(guò)程中采集荷載和撓度，通過(guò)計(jì)算出荷載和撓度的曲線(xiàn)面積除以混凝土試件3的韌帶面 積從而得到混凝土試件3的斷裂能；該專(zhuān)利只是為抵消梁試件自重所做的功設(shè)計(jì)的試驗(yàn) 裝置，從而無(wú)需擬合試驗(yàn)曲線(xiàn)而計(jì)算出梁試件的斷裂能。上述現(xiàn)有采用三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)的裝置及方法存在的問(wèn)題是現(xiàn)有試驗(yàn)機(jī)的量程和 精度較低，通常加載速率在80N/S…120ΝΛ，這樣就導(dǎo)致一、采集有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)(如 荷載、位移和應(yīng)變等數(shù)據(jù))的數(shù)量較少(即采集頻率低)，從而造成采集的荷載-位移 曲線(xiàn)較為粗糙，進(jìn)而使計(jì)算出的雙K斷裂參數(shù)不精確，尤其對(duì)于小尺寸的混凝土梁試件 (譬如水泥砂漿試件)來(lái)說(shuō)，采集試^SM的精度更是無(wú)法滿(mǎn)足混凝土梁試件的設(shè)計(jì)要 求；二、實(shí)際采集試時(shí)往往要中止加載荷載(即不能持續(xù)地增加荷載)進(jìn)行靜態(tài)采 集，這樣得到的MMM均是間斷值，不能夠形成連續(xù)的荷載-位移曲線(xiàn)；三、經(jīng)常采 集不到試件剛起裂和失穩(wěn)時(shí)的數(shù)據(jù)，從而使計(jì)算出的雙K斷裂參數(shù)根本不準(zhǔn)確；四、在 荷載-位移曲線(xiàn)下降段，由于要求施加的荷載速率要小，否則試件容易突然發(fā)生破壞， 因此很難采集到荷載_位移曲線(xiàn)下降段過(guò)程。由于存在以上的 問(wèn)題和缺陷，現(xiàn)有采用三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)確定混凝土雙K斷裂參 數(shù)時(shí)，只是將采集到的MMSM用于經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)判斷混凝土梁試件的起裂或失穩(wěn)狀態(tài)， 無(wú)法定量驗(yàn)證計(jì)算雙K斷裂參數(shù)值的準(zhǔn)確性，從而無(wú)法確定斷裂時(shí)刻的準(zhǔn)確性，更不能 深入的揭示混凝土內(nèi)部的裂縫演化過(guò)程，也很難在實(shí)際工程中直接使用所得的雙K斷裂 參數(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提出一種在三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)中能夠更加精細(xì) 化采集各種混凝土試件斷裂破壞全過(guò)稈的試驗(yàn)數(shù)據(jù),從而可以更加精確地計(jì)算獲得雙K 斷裂參數(shù)的測(cè)試裝置。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案是一種一種混凝土斷裂測(cè)試 系統(tǒng)，包括測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包括現(xiàn)有的壓力試驗(yàn)機(jī)、放置 于混凝土試件頂部的壓力傳感器和設(shè)置于混凝土試件預(yù)制裂縫處的夾式引伸計(jì)，所述壓 力試驗(yàn)機(jī)含有用于放置混凝土試件的平臺(tái)、位于壓力傳感器上方的頂板和用于推動(dòng)平臺(tái) 與頂板相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要由動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)組 成；所述平臺(tái)上設(shè)有彼此間隔用于支撐混凝土試件的兩支座，還設(shè)有對(duì)稱(chēng)位于混凝土試 件周側(cè)的偶數(shù)根墊柱，所述墊柱上套裝有伸出其頂端的彈簧；所述彈簧未受壓時(shí)相對(duì)平 臺(tái)的高度高于壓力傳感器未受壓時(shí)相對(duì)平臺(tái)的高度。本實(shí)用新型的混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)在具體試驗(yàn)時(shí)，壓力試驗(yàn)機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)與頂板 相對(duì)移動(dòng)后，頂板首先接觸到彈簧，彈簧受到壓力后產(chǎn)生反作用彈力抵消掉大部分壓 力，之后頂板再逐步緩慢的接觸壓力傳感器，從而使壓力試驗(yàn)機(jī)實(shí)際加載在混凝土試件 上的荷載值很小，最小能精確控制為1N/S，而且荷載施加過(guò)程非常緩慢，能夠滿(mǎn)足荷 載-位移曲線(xiàn)下降段的加載速率要求。這樣，相比現(xiàn)有三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)，本實(shí)用新型的有益效果是由于在現(xiàn)有壓力 試驗(yàn)機(jī)的平臺(tái)上安裝墊柱和彈簧，并使彈簧相對(duì)地坪的高度高于壓力傳感器相對(duì)地坪的 高度，因此可以將壓力試驗(yàn)機(jī)加載到混凝土試件上的荷載以較小的加載速率持續(xù)加載， 即混凝土試件可以處于以較小單位荷載的持續(xù)加載作用下，在這種連續(xù)加載過(guò)程中，壓 力傳感器和夾式引伸計(jì)可以對(duì)各種不同等級(jí)、不同級(jí)配混凝土試件連續(xù)獲得更加精細(xì) (即更多個(gè))的荷載信號(hào)和裂縫張口位移信號(hào)，并實(shí)時(shí)將這些信號(hào)傳給動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀和 計(jì)算機(jī)，從而獲得更加精細(xì)的荷載-位移曲線(xiàn)，進(jìn)而經(jīng)計(jì)算處理后可以得到更精確的雙K 斷裂參數(shù)，并最終了解和掌握混凝土試件斷裂破壞的全過(guò)程。上述技術(shù)方案的改進(jìn)之一是還包括聲發(fā)射儀和安置于混凝土試件表面的聲發(fā) 射傳感器，所述聲發(fā)射儀的輸入端和輸出端分別通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與聲發(fā)射傳感器和計(jì)算機(jī)連 接。上述技術(shù)方案的改進(jìn)之二是還包括應(yīng)變片，所述應(yīng)變片安置于混凝土試件預(yù) 制裂縫處并通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀連接。經(jīng)上述改進(jìn)后，本實(shí)用新型的混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)在獲取精細(xì)的荷載信號(hào)和裂 縫張口位移信號(hào)以外，還可以進(jìn)一步獲取混凝土試件在持續(xù)加載過(guò)程中對(duì)應(yīng)每個(gè)荷載信 號(hào)和裂縫張口位移信號(hào)的混凝土試件斷裂的聲音特征信號(hào)(如振鈴計(jì)數(shù)、事件計(jì)數(shù)等)或 應(yīng)變信號(hào)，通過(guò)對(duì)這些聲音特征信號(hào)或應(yīng)變信號(hào)的識(shí)別、判斷和分析，找到混凝土試件 出現(xiàn)起裂和失穩(wěn)狀態(tài)的準(zhǔn)確時(shí)刻及對(duì)應(yīng)該時(shí)刻的荷載值和裂縫張口位移值，從而為準(zhǔn)確 計(jì)算獲得混凝土試件雙K斷裂參數(shù)提供直接依據(jù)，即提高雙K斷裂參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)是所述墊柱和彈簧均是圍繞混凝土試件兩側(cè)彼此 對(duì)稱(chēng)布置的四根。上述技術(shù)方案的完善是所述彈簧的性能參數(shù)按照下式選取，F(xiàn) = kx，式中，[0015]F—彈簧所承受荷載，Nk——彈簧剛度，^^^",N/mm
8C ηG——彈簧材料的切變模量，MPaC——彈簧的旋繞比，C = D2/dD2——彈簧直徑，mmd——彈簧絲直徑，mmη—彈簧有效圈數(shù)χ——彈簧的變形量，mm。上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善是所述夾式引伸計(jì)嵌在分別粘貼在混凝土試件的 預(yù)置裂縫口兩側(cè)的刀口薄鋼條之間，所述壓力試驗(yàn)機(jī)是液壓試驗(yàn)機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)裝置是安 置于平臺(tái)下部的液壓缸。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是現(xiàn)有混凝土斷裂參數(shù)三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的左視圖。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例二混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一本實(shí)施例的混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)如圖2、圖3所示，包括測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處 理系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)包括現(xiàn)有的壓力試驗(yàn)機(jī)、放置于混凝土試件3頂部的壓力傳感器4和 設(shè)置于混凝土試件3預(yù)制裂縫處的夾式引伸計(jì)10。壓力試驗(yàn)機(jī)選用長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的 5000kN三軸液壓試驗(yàn)機(jī)，該試驗(yàn)機(jī)含有用于放置混凝土試件3的平臺(tái)1、位于壓力傳感 器4上方的頂板5和用于推動(dòng)平臺(tái)1與頂板5相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置(即液壓缸)，頂板5 上端固定在試驗(yàn)機(jī)橫梁6上，試驗(yàn)機(jī)橫梁6套裝在試驗(yàn)機(jī)立柱7上。夾式引伸計(jì)采用美 國(guó)Epsilon公司生產(chǎn)的夾式引伸計(jì)，夾式引伸計(jì)10嵌在分別粘貼在混凝土試件3的預(yù)置 裂縫口兩側(cè)的刀口薄鋼條(圖中未示出)之間。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要由動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集 儀11和計(jì)算機(jī)12組成，動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀11采用江蘇東華測(cè)試技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的 DH-3817型動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀。平臺(tái)1上設(shè)有彼此間隔用于支撐混凝土試件3的兩支座2， 還設(shè)有對(duì)稱(chēng)位于混凝土試件3周側(cè)(本實(shí)施例是在混凝土試件3的兩側(cè)，也可以在混凝土 試件3的四側(cè)或四角)的四根墊柱9。墊柱9上套裝有伸出其頂端的彈簧8。彈簧8在 未受壓時(shí)相對(duì)平臺(tái)1的高度高于壓力傳感器4未受壓時(shí)相對(duì)平臺(tái)1的高度，即彈簧8未受 壓時(shí)其頂端與頂板5下沿的距離小于壓力傳感器4頂端與頂板5下沿的距離，或者說(shuō)頂板 5與平臺(tái)1相對(duì)移動(dòng)時(shí)先接觸彈簧8后再接觸壓力傳感器4。彈簧8的有關(guān)參數(shù)按照下式選取，F(xiàn) = kx，式中，F(xiàn)——彈簧所承受荷載，N[0033]k——彈簧剛度，k = —3-，N/mm
oC ηG——彈簧材料的切變模量，MPaC——彈簧的旋繞比，C = D2/dD2——彈簧直徑，mmd——彈簧絲直徑，mmη—彈簧有效圈數(shù)χ——彈簧的變形量，mm。本實(shí)施例混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)存在的變化是1)墊柱9和彈簧8也可以是二 根、六根或其他偶數(shù)根，但最少是二根，以便于對(duì)稱(chēng)布置于混凝土試件3周側(cè)，從而平 衡混凝土試件3的受力；2) 5000kN三軸液壓試驗(yàn)機(jī)也可以是2000kN或IOOOkN三軸液壓 試驗(yàn)機(jī)，或者是單軸、二軸液壓試驗(yàn)機(jī)；3)液壓試驗(yàn)機(jī)也可以由電動(dòng)試驗(yàn)機(jī)代替；4)壓 力傳感器4與混凝土試件3之間也可以加設(shè)墊板。實(shí)施例二本實(shí)施例的混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)是在實(shí)施例一基礎(chǔ)上的改進(jìn)，如圖4所示，其 與實(shí)施例一所不同的是①還包括聲發(fā)射儀13和安置于混凝土試件3表面的聲發(fā)射傳感 器14，聲發(fā)射儀13的輸入端和輸出端分別通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與聲發(fā)射傳感器14和計(jì)算機(jī)12連 接，聲發(fā)射儀采用每國(guó)PAC公司生產(chǎn)的SAMOSTM聲發(fā)射儀；②刀口薄鋼條替換為在裂 縫口兩側(cè)預(yù)埋的螺栓(圖中未示出)。實(shí)施例三本實(shí)施例的混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)是在實(shí)施例一基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其與實(shí)施例一所 不同的是還包括應(yīng)變片(圖中未示出)，應(yīng)變片安置于混凝土試件3預(yù)制裂縫處并通過(guò) 數(shù)據(jù)線(xiàn)與動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀11連接。本實(shí)用新型的混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法不局限于上述實(shí)施例所 述的具 體技術(shù)方案，比如除了用刀口薄鋼條和螺栓將夾式引伸計(jì)10固定在裂縫處以外，還可 以用其他的方式固定，或者直接將夾式引伸計(jì)10粘貼在裂縫的兩側(cè)壁上；凡采用等同替 換形成的技術(shù)方案均為本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)，包括測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)包 括現(xiàn)有的壓力試驗(yàn)機(jī)、放置于混凝土試件頂部的壓力傳感器和設(shè)置于混凝土試件預(yù)制裂 縫處的夾式引伸計(jì)，所述壓力試驗(yàn)機(jī)含有用于放置混凝土試件的平臺(tái)、位于壓力傳感器 上方的頂板和用于推動(dòng)平臺(tái)與頂板相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要由 動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)組成；所述平臺(tái)上設(shè)有彼此間隔用于支撐混凝土試件的兩支 座，其特征在于所述平臺(tái)上還設(shè)有對(duì)稱(chēng)位于混凝土試件周側(cè)的偶數(shù)根墊柱，所述墊柱 上套裝有伸出其頂端的彈簧；所述彈簧未受壓時(shí)相對(duì)平臺(tái)的高度高于壓力傳感器未受壓 時(shí)相對(duì)平臺(tái)的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于還包括聲發(fā)射儀和安置 于混凝土試件表面的聲發(fā)射傳感器，所述聲發(fā)射儀的輸入端和輸出端分別通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與 聲發(fā)射傳感器和計(jì)算機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于還包括應(yīng)變片，所述應(yīng) 變片安置于混凝土試件預(yù)制裂縫處并通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述墊柱和彈簧均是 圍繞混凝土試件兩側(cè)彼此對(duì)稱(chēng)布置的四根。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述彈簧的性能參數(shù)按 照下式選取，F(xiàn) = kx，式中，F(xiàn)——彈簧所承受荷載，Nk——彈簧剛度，允=縣，WmmoC ηG——彈簧材料的切變模量，MPa C——彈簧的旋繞比，C = D2/d D2——彈簧直徑，mm d——彈簧絲直徑，mm η——彈簧有效圈數(shù) χ——彈簧的變形量，mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述夾式引伸計(jì)嵌在分 別粘貼在混凝土試件的預(yù)置裂縫口兩側(cè)的刀口薄鋼條之間，所述壓力試驗(yàn)機(jī)是液壓試驗(yàn) 機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)裝置是安置于平臺(tái)下部的液壓缸。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種混凝土斷裂測(cè)試系統(tǒng)，屬于混凝土材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)包括現(xiàn)有的壓力試驗(yàn)機(jī)、放置于混凝土試件頂部的壓力傳感器和設(shè)置于混凝土試件預(yù)制裂縫處的夾式引伸計(jì)，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要由動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集儀和計(jì)算機(jī)組成，壓力試驗(yàn)機(jī)含有用于放置混凝土試件的平臺(tái)、位于壓力傳感器上方的頂板和用于推動(dòng)平臺(tái)與頂板相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，在平臺(tái)上設(shè)有支撐混凝土試件的兩支座和對(duì)稱(chēng)位于混凝土試件周側(cè)的偶數(shù)根墊柱，墊柱上套裝有伸出其頂端并高于壓力傳感器的彈簧，彈簧未受壓時(shí)的高度高于壓力傳感器的高度。采用該系統(tǒng)可以獲得精細(xì)的荷載-位移曲線(xiàn)，從而計(jì)算出精確的混凝土雙K斷裂參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N3/06GK201795963SQ20102052416
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者胡少偉, 陸俊 申請(qǐng)人:胡少偉