混凝土温度应力试验机及徐变测试方法

摘要

本发明公开了一种混凝土温度应力试验机和徐变测试方法，混凝土温度应力试验机包括：自由变形试验机；约束变形试验机，约束变形试验机包括：底模板和侧模板，底模板和侧模板配合形成适于放置混凝土约束试件的约束模腔，底模板上设有两个通孔；两个P波传感器，两个P波传感器对应设在混凝土约束试件的上表面和下表面上，设在混凝土约束试件的下表面上的P波传感器位于其中一个通孔内；两个S波传感器，两个S波传感器对应设在混凝土约束试件的上表面和下表面上，设在混凝土约束试件的下表面上的S波传感器位于另一个通孔内；约束变形检测装置。根据本发明实施例的混凝土温度应力试验机可以较准确地检测混凝土徐变，检测结果更接近实际。

说明书

技术领域

本发明属于土木水利工程混凝土试验技术领域，涉及一种混凝土温度应力试验机和基于混凝土温度应力试验机的徐变测试方法。

背景技术

混凝土的徐变特性是评价大体积混凝土早期抗裂能力的一个重要指标。徐变能力的强弱是影响大体积混凝土早期温度裂缝的一个重要因素。目前关于约束情况下混凝土温度应力的模拟最有效的试验手段是混凝土温度应力试验机(TSTM)，TSTM对于徐变的测试方法也与常规徐变试验保持荷载不变有较大差别。

目前学者们应用最广的是Kovler提出的徐变测试方法，该方法基于闭环计算机控制理论，设立约束试件和自由变形试件两套试验机同时试验，用记录的活动夹头累积位移来表示混凝土的弹性变形，最终用自由变形减去夹头累积位移来表示徐变。

但是该方法忽略了机器刚度的影响，Lin通过理论公式证明了Kovler求徐变的方法中忽略了机械刚度的影响，所记录的夹头累积变形并不是混凝土真正的弹性变形，进而提出了以约束应力差/弹性模量的方法来表示弹性应变，然后利用自由变形应变减去弹性应变来求徐变。

Lin虽然给出了弹性变形的理论计算公式，但采用“主动法”测弹性模量会对早期混凝土试件造成损伤，测定的弹性模量误差较大，这种误差进而会给徐变的结果造成较大影响。目前国内外利用TSTM系统测定混凝土的徐变的方法中对于考虑试验机刚度之后少有涉及。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种混凝土温度应力试验机，所述混凝土温度应力试验机可以较准确地检测混凝土徐变。

本发明还提出了一种基于混凝土温度应力试验机的徐变测试方法。

根据本发明实施例的混凝土温度应力试验机，包括：自由变形试验机，所述自由变形试验机上设有适于放置混凝土自由试件的自由模腔以及用于测定所述混凝土自由试件的自由变形的自由变形检测装置；约束变形试验机，所述约束变形试验机包括：底模板和侧模板，所述底模板和所述侧模板配合形成有上端敞开且适于放置混凝土约束试件的约束模腔，所述底模板上设有两个通孔；两个P波传感器，两个所述P波传感器在上下方向上位置对 应，其中一个所述P波传感器设在所述混凝土约束试件的上表面，另一个所述P波传感器设在所述混凝土约束试件的下表面上且位于其中一个所述通孔内；两个S波传感器，两个所述S波传感器在上下方向上位置对应，其中一个所述S波传感器设在所述混凝土约束试件的上表面，另一个所述S波传感器设在所述混凝土约束试件的下表面上且位于其中另一个所述通孔内；约束变形检测装置，所述变形测量装置包括固定夹头、活动夹头和传感器组件，所述传感器组件与所述活动夹头相连，所述固定夹头和所述活动夹头分别夹设在所述混凝土约束试件的两端。

根据本发明实施例的混凝土温度应力试验机可以较准确地检测混凝土徐变，检测结果更接近实际，操作方便，具有无损、快速、可重复性等优点。

另外，根据本发明上述实施例的混凝土温度应力试验机还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，其特征在于，所述P波传感器和所述S波传感器适于粘贴在所述混凝土约束试件上。

根据本发明的一些实施例，两个所述通孔中的一个通孔邻近所述固定夹头设置，两个所述通孔中的另一个通孔邻近所述活动夹头设置。

根据本发明的一些实施例，两个所述通孔的中心的连线沿所述模腔的轴向延伸。

采用根据本发明实施例的混凝土温度应力试验机的徐变测试方法，包括以下步骤：S1：在所述自由模腔和所述约束模腔内分别浇注混凝土并振捣，以分别形成混凝土自由试件和混凝土约束试件；S2：在所述混凝土约束试件的上表面和下表面上分别安装与两个通孔位置对应的P波传感器和S波传感器，并采用对测法测定混凝土约束试件在温度应力试验过程中的横波波速V_S和纵波波速V_P；S3：由弹性理论公式E_d＝(V_p²(3V_p²-4V_s²))/(V_p²-V_s²)推导得出所述混凝土约束试件的动弹性模量E_d；S4：建立自由变形试验机与混凝土自由试件以及约束变形试验机与混凝土约束试件的模型，并根据模型的受力平衡公式和动弹性模量E_d，求解得到混凝土约束试件与约束变形试验机相互作用产生的变形D_E0，并得到计算试验机刚度之后的混凝土徐变Dc。

根据本发明的一些实施例，所述模型为混凝土与弹簧串联模型，采用公式D_E0＝K_sdD_Ea/K_c＝F/K_c计算所述D_E0，其中，K_s为约束变形试验机的刚度，K_c为混凝土约束试件的刚度，F为约束变形试验机记录的应力，K_c＝E_cA/l，E_c＝αE_d，α为动静弹性模量经验系数，A为混凝土约束试件的截面面积，l为混凝土约束试件的原始长度。

根据本发明的一些实施例，所述模型适用公式：Dc＝D_f-D_Ea-D_E0，其中，D_f为自由变形试验机记录的累积自由变形；D_Ea为约束变形试验机的活动夹头实际发生的位移累积，计算试验机刚度之后的混凝土徐变Dc的徐变公式为Dc＝D_f-D_Ea-F×l/(α×E_d×A)。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例温度应力试验机的活动夹头调节前混凝土试件与试验机的作用原理图；

图2是根据本发明实施例温度应力试验机的活动夹头调节后混凝土试件与试验机作用原理图；

图3是根据本发明实施例的温度应力试验机的部分结构的俯视图。

附图标记：

混凝土1；弹簧2；活动夹头3；P波传感器4；S波传感器5；约束变形检测装置6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图详细描述根据本发明实施例的混凝土温度应力试验机。

参照图1所示，根据本发明实施例的混凝土温度应力试验机包括自由变形试验机和约束变形试验机。约束变形试验机包括底模板、侧模板、P波传感器4和S波传感器5以及约束变形检测装置6。约束变形检测装置6包括固定夹头、活动夹头3和传感器组件。底模板和侧模板配合限定有约束模腔，混凝土约束试件可以放置在约束模腔中，约束模腔的上端敞开。传感器组件与活动夹头3相连，固定夹头和活动夹头3分别夹设在混凝土约束试件的两端。

底模板上设有两个通孔，P波传感器4包括两个，两个P波传感器4在上下方向上位置对应，也就是说，两个P波传感器4分布在同一竖直线上。两个P波传感器4中的其中一个P波传感器4适于设在混凝土约束试件的上表面，两个P波传感器4中另一个P波传感器4适于设在混凝土约束试件的下表面上并且位于两个通孔的其中一个通孔内。

同样地，S波传感器5包括两个，两个S波传感器5在上下方向上位置对应，两个S波传感器5中的其中一个S波传感器5适于设在混凝土约束试件的上表面，两个S波传感器5中的另一个S波传感器5适于设在混凝土约束试件的下表面上并且位于两个通孔的其中一个通孔内。

由此，两个P波传感器4可以位于混凝土约束试件的两侧，两个S波传感器5也位于混凝土约束试件的两侧，并且位于同侧的P波传感器4和S波传感器5间隔开设置，从而 可以实现横波波速和纵波波速的检测，进而实现混凝土约束试件的动弹性模量的检测，有利于后续混凝土徐变的准确检测，方便操作，而且检测效果较好。

自由变形试验机上设有自由模腔和自由变形检测装置，混凝土自由试件可以放置在自由模腔内，自由变形检测装置可以用于测定混凝土自由试件的自由变形。自由模腔也可以由模板围合形成。自由变形试验机的结构对于本领域技术人员来说是可知的，在此不再详述。

根据本发明实施例的混凝土温度应力试验机，通过设置P波传感器4和S波传感器5等部件，可以在温度应力试验过程中实现横波和纵波的检测，从而实现混凝土试件的弹性模量的检测，该装置可以采用利用无损检测技术测量得到混凝土的弹性模量，避免对混凝土造成不必要的损坏，有利于混凝土徐变的准确检测，并且可以间接考虑试验机的刚度对混凝土徐变的影响，可以实现混凝土徐变的快速高效检测，可重复性高，精度更高。

可选地，P波传感器4和S波传感器5可以粘贴在混凝土约束试件上。由此，不仅方便安装，而且可以保证P波传感器4和S波传感器5与混凝土约束试件的紧密接触和牢固连接，提高检测效果。

如图3所示，两个通孔中的一个通孔可以邻近固定夹头设置，两个通孔中的另一个通孔可以邻近活动夹头3设置。由此，P波传感器4和S波传感器5之间的距离适宜，可以保证良好的检测效果。

可选地，两个通孔的中心的连线可以沿模腔的轴向延伸。这里，模腔的轴向可以理解为混凝土约束试件的长度方向。由此，可以进一步提高弹性模量检测的准确性。

下面对采用根据本发明实施例的混凝土温度应力试验机对混凝土徐变进行检测的徐变测试方法进行描述，该徐变检测方法包括以下步骤：

S1：在自由模腔和约束模腔内分别浇注混凝土并振捣，以分别形成混凝土自由试件和混凝土约束试件。

S2：在混凝土约束试件的上表面和下表面上分别安装与两个通孔位置对应的P波传感器4和S波传感器5，并采用对测法测定混凝土约束试件在温度应力试验过程中的横波波速V_S和纵波波速V_P。

S3：由弹性理论公式E_d＝(V_p²(3V_p²-4V_s²))/(V_p²-V_s²)推导得出混凝土约束试件的动弹性模量E_d。

S4：建立自由变形试验机与混凝土自由试件以及约束变形试验机与混凝土约束试件的模型，并根据模型的受力平衡公式和动弹性模量E_d，求解得到混凝土约束试件与约束变形试验机相互作用产生的变形D_E0，并得到计算温度应力试验机刚度之后的混凝土徐变Dc。

根据本发明实施例的徐变测试方法采用超声无损检测方法测定混凝土的P、S波速，进 而计算混凝土的动弹性模量，可以间接考虑试验机的刚度对混凝土徐变的影响，此种方法快速高效，并且可重复性高，考虑刚度后所测得的徐变更符合实际情况，精度更高，能够有效克服相关技术中混凝土温度应力试验机测定徐变方法精度不足的问题。

如图1和图2所示，在本发明的一些较优选实施例中，在步骤S4中，模型为混凝土1与弹簧2串联模型，采用公式D_E0＝K_sdD_Ea/K_c＝F/K_c计算D_E0，其中，K_s为约束变形试验机的刚度，K_c为混凝土约束试件的刚度，F为约束变形试验机记录的应力，K_c＝E_cA/l，E_c＝αE_d，α为动静弹性模量经验系数，A为混凝土约束试件的截面面积，l为混凝土约束试件的原始长度，E_d为混凝土约束试件的动弹性模量，也就是步骤S3中得到的动弹性模量。该种模型较为简单，并且较接近真是情况，保证了徐变检测的准确性。

进一步地，在该混凝土与弹簧2串联模型中，混凝土自由试件的变形主要由混凝土实际发生的变形、弹簧2和混凝土相互作用产生的变形、混凝土的徐变三部分组成，存在公式：Dc＝D_f-D_Ea-D_E0，其中，D_f为自由变形试验机记录的累积自由变形；D_Ea为约束变形试验机的活动夹头3实际发生的位移累积，通过试验系统自动记录下来，计算温度应力试验机刚度之后的混凝土徐变Dc的徐变公式为Dc＝D_f-D_Ea-F×l/(α×E_d×A)。使用该考虑刚度后的徐变公式所测得的徐变更符合实际情况，检测结构更准确，温度应力试验机上可以预设有分析计算模块，可以结合无损检测得到的动弹性模量以及徐变公式得到混凝土徐变Dc，该值即为温度应力试验机最终检测值。

综上所述，根据本发明实施例的徐变测试方法利用P波传感器和S波传感器等超声装置测定混凝土试件的横、纵波波速，进而通过弹性理论公式推导混凝土试件的动弹性模量，最后由力平衡方程推导利用动弹性模量间接考虑试验机刚度的徐变计算方法，该徐变测试方法通过声学检测方法，具有无损、快速、可重复性的优点；考虑试验机刚度影响后的徐变公式所更符合实际情况，精度更高。

根据本发明实施例的温度应力试验机的其他构成以及检测方法的其它操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是 机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。