專利名稱：一種混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木、建筑行業(yè)中混凝土長(zhǎng)期變形測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及混凝土軸心拉伸徐變測(cè)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
水泥混凝土是當(dāng)今最重要的建筑材料，廣泛應(yīng)用于建筑、交通、橋梁、水利、地下工程等領(lǐng)域。隨著全球經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，建設(shè)規(guī)?？涨?，混凝土使用量逐年上升，對(duì)于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的中國(guó)尤為突出，目前我國(guó)混凝土的年產(chǎn)量達(dá)100億噸，占世界總產(chǎn)量的50%以上。作為土木工程中使用最為廣泛的材料，混凝土是一種粘彈性材料，具有明顯的時(shí)效性，因此在長(zhǎng)期荷載作用下，不可避免地會(huì)出現(xiàn)徐變現(xiàn)象。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，徐變是必須考慮的一個(gè)重要因素。預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)于混凝土的徐變性能更是嚴(yán)格要求，因?yàn)樾熳儠?huì)引起混凝土的預(yù)應(yīng)力損失，導(dǎo)致橋面下?lián)匣蛘呱瞎埃绊懶熊嚨氖孢m度，如果橋面板上鋪設(shè)有軌道，橋面上拱或者下?lián)隙伎赡軐?dǎo)致運(yùn)行中的列車脫軌，嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。除此以外，徐變還會(huì)引發(fā)箱梁腹板開(kāi)裂、支座不均勻沉降等現(xiàn)象，使得運(yùn)營(yíng)中得橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)早失效或者喪失使用功能。因此，作為混凝土劣化和耐久性降低的主要原因之一，開(kāi)展混凝土徐變性能的研究，對(duì)提高大型橋梁的耐久性及安全性，具有重要的理論價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義?；炷猎谑褂眠^(guò)程中不可避免地發(fā)生干燥收縮、自收縮、溫度變形等體積變化，這些體積變化在早期未承受荷載時(shí)受到約束(包括內(nèi)部約束和外部約束)，混凝土內(nèi)部將直接產(chǎn)生約束拉應(yīng)力和約束應(yīng)變。軸心拉伸徐變的存在能夠松弛一部分約束拉應(yīng)力，這樣混凝土是否發(fā)生開(kāi)裂就取決于殘余應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系。隨著齡期的增加，軸心拉伸徐變緩解約束應(yīng)力的作用逐漸減弱，當(dāng)軸心拉伸徐變不能及時(shí)緩解約束應(yīng)力，使得殘余應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉強(qiáng)度，那么混凝土結(jié)構(gòu)就發(fā)生開(kāi)裂。因此在約束條件下，高性能混凝土早期開(kāi)裂的發(fā)生不僅取決于混凝土早期的彈性模量、強(qiáng)度、極限拉伸能力，而且與軸心拉伸徐變特性密切相關(guān)。已有文獻(xiàn)研究表明，早期徐變量占自收縮的30% 70%，軸心拉伸徐變能松弛50%以上體積變化造成的拉應(yīng)力，在延緩開(kāi)裂方面具有重要作用，因此混凝土軸心拉伸徐變特性的研究是高精度應(yīng)力解析及混凝土早期開(kāi)裂研究的必要前提之一。然而自從混凝土徐變現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土徐變問(wèn)題進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，但是研究的重點(diǎn)一直是混凝土在壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用下的徐變性能，而對(duì)于軸心拉伸徐變特性的研究則由于受拉徐變變形小，試驗(yàn)工作難度較大的原因，開(kāi)展的并不多，在實(shí)際工程中，也通常以壓縮徐變代替軸心拉伸徐變，從而造成應(yīng)力解析精度的降低，解析結(jié)果只能用于定性而不能很好用于定量分析的狀況。因此，研制混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀具有重要的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期變形性能評(píng)價(jià)也提供了科學(xué)的試驗(yàn)儀器，前景十分廣闊
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有混凝土徐變性能研究中的不足，利用彈簧加載原理、傳感器技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試分析技術(shù)，通過(guò)螺紋拉桿連接方式，研制出一種適用于棱柱體混凝土試件，且能保持長(zhǎng)期軸心拉伸過(guò)程中無(wú)應(yīng)力松馳、簡(jiǎn)便小巧的混凝土軸心拉伸徐變測(cè)試儀及測(cè)試方法，從而對(duì)混凝土受拉狀態(tài)下的徐變特性進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)試與評(píng)價(jià)。技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀，包括上拉板、下拉板、拉桿、螺桿、彈簧、應(yīng)力傳感器和振弦式應(yīng)變計(jì)，所述拉桿固定在下拉板上，且上端設(shè)有螺紋端；所述上拉板穿過(guò)拉桿上端并套在螺紋端上，且上拉板的上下兩側(cè)的螺紋端均設(shè)有螺母從而固定上拉板；所述上拉板和下拉板上均設(shè)有螺桿，并用于固定連接混凝土試件的上下兩端，該混凝土試件的兩側(cè)設(shè)有振弦式應(yīng)變計(jì)；所述上拉板上的螺桿伸出上拉板，而彈簧套在該螺桿的伸出端，同時(shí)螺桿還依次套有墊片和螺帽，所述應(yīng)力傳感器設(shè)在墊片與螺帽之間。進(jìn)一步改進(jìn)，所述下拉板上的螺桿通過(guò)萬(wàn)向球鉸與下拉板連接；同時(shí)所述上拉板上的螺桿伸出端與用于固定連接混凝土試件的下端也通過(guò)萬(wàn)向球鉸連接。進(jìn)一步的，所述混凝土試件的兩端通過(guò)端部連接件分別與上拉板和下拉板的螺桿連接；所述端部連接件包括多根均勻分布埋入混凝土試件內(nèi)部的螺紋桿和鋼板，所述螺紋桿與鋼板固定連接，其中處于鋼板中心的螺紋桿分別與螺桿連接。作為優(yōu)選，所述混凝土試件的兩側(cè)預(yù)埋有銅塊，所述振弦式應(yīng)變計(jì)粘接在銅塊上，且量測(cè)標(biāo)距為150mm。進(jìn)一步的,所述應(yīng)力傳感器和振弦式應(yīng)變計(jì)均與計(jì)算機(jī)連接。本發(fā)明另一目的是提供了一種利用上述述混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀測(cè)試混凝土軸心拉伸徐變的測(cè)試方法，包括以下步驟:首先，將待測(cè)試的混凝土試件養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，并固定在試驗(yàn)儀上；然后根據(jù)設(shè)定的應(yīng)力水平，緩慢旋轉(zhuǎn)螺帽調(diào)整對(duì)混凝土試件施加的軸心拉伸應(yīng)力，同時(shí)振弦式應(yīng)變計(jì)和應(yīng)力傳感器同時(shí)與計(jì)算機(jī)相連實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)位移和應(yīng)力變化；接著，先加載至徐變應(yīng)力的20%進(jìn)行對(duì)中，直到混凝土試件兩側(cè)的變形相差小于平均值的10%，對(duì)中完畢；繼續(xù)加載至徐變應(yīng)力，讀出混凝土試件兩側(cè)的變形值，從而獲得原始彈性應(yīng)變；隨后進(jìn)入持荷過(guò)程，該過(guò)程中計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，當(dāng)應(yīng)力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力的損失超過(guò)5%，則調(diào)整螺帽使之恢復(fù)到原始值；最后將混凝土試件的變形扣除同齡期的自由收縮變形，為混凝土試件在軸心拉伸荷載下的徐變變形；并通過(guò)徐邊度c (t，t0)和徐變系數(shù)Φ (t,t0)對(duì)混凝土軸心拉伸徐變變形的規(guī)律進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中徐邊度和徐變系數(shù)通過(guò)公式(I)和(2)確定:
權(quán)利要求
1.一種混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于:包括上拉板、下拉板、拉桿、螺桿、彈簧、應(yīng)力傳感器和振弦式應(yīng)變計(jì)，所述拉桿固定在下拉板上，且上端設(shè)有螺紋端；所述上拉板穿過(guò)拉桿上端并套在螺紋端上，且上拉板的上下兩側(cè)的螺紋端均設(shè)有螺母從而固定上拉板；所述上拉板和下拉板上均設(shè)有螺桿，并用于固定連接混凝土試件的上下兩端，該混凝土試件的兩側(cè)設(shè)有振弦式應(yīng)變計(jì)；所述上拉板上的螺桿伸出上拉板，而彈簧套在該螺桿的伸出端，同時(shí)螺桿還依次套有墊片和螺帽，所述應(yīng)力傳感器設(shè)在墊片與螺帽之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于:所述下拉板上的螺桿通過(guò)萬(wàn)向球鉸與下拉板連接；同時(shí)所述上拉板上的螺桿伸出端與用于固定連接混凝土試件的下端也通過(guò)萬(wàn)向球鉸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于:所述混凝土試件的兩端通過(guò)端部連接件分別與上拉板和下拉板的螺桿連接；所述端部連接件包括多根均勻分布埋入混凝土試件內(nèi)部的螺紋桿和鋼板，所述螺紋桿與鋼板固定連接，其中處于鋼板中心的螺紋桿分別與螺桿連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于:所述混凝土試件的兩側(cè)預(yù)埋有銅塊，所述振弦式應(yīng)變計(jì)粘接在銅塊上，且量測(cè)標(biāo)距為150mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀，其特征在于:所述應(yīng)力傳感器和振弦式應(yīng)變計(jì)均與計(jì)算機(jī)連接。
6.一種利用權(quán)利要求1所述混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀測(cè)試混凝土軸心拉伸徐變的測(cè)試方法，其特征在于包括以下步驟: 首先，將待測(cè)試的混凝土試件養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，并固定在試驗(yàn)儀上； 然后根據(jù)設(shè)定的 應(yīng) 力水平，緩慢旋轉(zhuǎn)螺帽調(diào)整對(duì)混凝土試件施加的軸心拉伸應(yīng)力，同時(shí)振弦式應(yīng)變計(jì)和應(yīng)力傳感器同時(shí)與計(jì)算機(jī)相連實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)位移和應(yīng)力變化； 接著，先加載至徐變應(yīng)力的20%進(jìn)行對(duì)中，直到混凝土試件兩側(cè)的變形相差小于平均值的10%，對(duì)中完畢； 繼續(xù)加載至徐變應(yīng)力，讀出混凝土試件兩側(cè)的變形值，從而獲得原始彈性應(yīng)變；隨后進(jìn)入持荷過(guò)程，該過(guò)程中計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，當(dāng)應(yīng)力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力的損失超過(guò)5%，則調(diào)整螺帽使之恢復(fù)到原始值； 最后將混凝土試件的變形扣除同齡期的自由收縮變形，為混凝土試件在軸心拉伸荷載下的徐變變形；并通過(guò)徐邊度c (t, t0)和徐變系數(shù)Φ (t,t0)對(duì)混凝土軸心拉伸徐變變形的規(guī)律進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中徐邊度和徐變系數(shù)通過(guò)公式(I)和(2)確定:
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種混凝土軸心拉伸徐變?cè)囼?yàn)儀及測(cè)試方法，包括上拉板、下拉板、拉桿、螺桿、彈簧、應(yīng)力傳感器和振弦式應(yīng)變計(jì)，所述拉桿固定在下拉板上，且上端設(shè)有螺紋端；所述上拉板穿過(guò)拉桿上端并套在螺紋端上，且上拉板的上下兩側(cè)的螺紋端均設(shè)有螺母從而固定上拉板；所述上拉板和下拉板上均設(shè)有螺桿，并用于固定連接混凝土試件的上下兩端，該混凝土試件的兩側(cè)設(shè)有振弦式應(yīng)變計(jì)；所述上拉板上的螺桿伸出上拉板，而彈簧套在該螺桿的伸出端，同時(shí)螺桿還依次套有墊片和螺帽，所述應(yīng)力傳感器設(shè)在墊片與螺帽之間。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了變形的連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)與采集；拉伸過(guò)程中無(wú)偏心，應(yīng)力集中，且應(yīng)力保持恒定，從而提高了測(cè)試的精確度。
文檔編號(hào)G01N3/28GK103149100SQ20131005215
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月18日
發(fā)明者張?jiān)粕? 李司晨 申請(qǐng)人:東南大學(xué)