CN106769456A - 一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置及方法，测试装置包括反力梁、底梁、超声波仪和应变采集系统；反力梁和底梁由穿过二者两侧的高强螺杆连接；高强螺杆的两端均设置有高强螺帽；反力梁的中部下表面从上至下依次连接有并联弹簧组、承载器、测力计、上承压板和被测全级配混凝土试件；变形采集系统包括应变片、信号采集装置和测力计；应变片设置在被测全级配混凝土试件表面，应变片和测力计均与信号采集装置连接；超声波仪的发射探头和接收探头分别设置在被测全级配混凝土试件的左右两侧，用于量测被测全级配混凝土试件的波速。本申请的测试装置及方法通过对全级配混凝土试件施加长期持续高应力，最终获得持久荷载作用下全级配混凝土的损伤演化规律。

Description

一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置及方法。

背景技术

全级配混凝土不同于一般的混凝土，全级配混凝土最大骨料尺寸150mm，普通混凝土的骨料尺寸20～40mm，由于骨料尺寸的不同，导致全级混凝土试件的尺寸要比普通混凝土大得多，全级配混凝土试验对试验机的吨位要求很大，一般试验机做不到，故全级配混凝土的力学试验相对普通混凝土的试验要困难的多；全级配混凝土多用于混凝土坝上，故也称之为大坝混凝土。

由于水泥水化作用随时间的不断发展，混凝土的极限强度和弹性模量随时间逐渐增强，但混凝土在一定持续应力的作用下，因水泥凝胶体的粘性流动和内部微裂缝的开展而产生的徐变与时俱增，使得材料的长期强度降低。实际工程中的全级配混凝土材料性能的演变，是二者的共同作用的结果，是一个非常复杂的过程。已有混凝土持续荷载时间与破坏强度之间的关系式表明：应力水平为抗压强度的80％时，荷载持续22.56天试件发生破坏；应力水平为抗压强度的85％时，荷载持续2.16天试件发生破坏，长期荷载作用下混凝土的破坏强度与徐变、损伤都有很大的相关性。

一般而言，大坝设计服役年限50年～100年，在此期间，混凝土坝承受着自重、水压力和温度应力等荷载的作用，荷载作用时间长，荷载持续作用会引起坝体混凝土内部微观结构的变化，进而导致材料内部损伤的不断积累，这些损伤对坝体结构的承载能力有着显著影响，从而给坝体结构的安全运行带来潜在的隐患，如何考虑长期持续荷载下大坝混凝土的性能演化是解决大坝全生命周期性能演化的关键问题，也是开展大坝安全评估的重要依据。

为此，有必要研究长期持荷条件下大坝混凝土的性能演化规律。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置及方法，其有效解决了背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置，所述测试装置包括反力梁、底梁、超声波仪和应变采集系统；其中，所述反力梁和底梁通过穿过二者两侧的高强螺杆连接；所述高强螺杆的两端均设置有高强螺帽；所述反力梁的中部下表面从上至下依次连接有并联弹簧组、承载器、测力计、上承压板和被测全级配混凝土试件；所述应变采集系统包括应变片、信号采集装置和所述测力计；所述应变片设置在所述被测全级配混凝土试件表面，所述应变片和测力计均与所述信号采集装置连接；所述超声波仪的发射探头和接收探头分别设置在被测全级配混凝土试件的左右两侧，用于量测被测全级配混凝土试件的波速。

进一步，所述承载器的下端设置有万向铰；所述万向铰的下表面抵靠在所述测力计的上表面上。

进一步，所述底梁放置在刚性试验台上，所述刚性试验台放置在刚性地基上。

进一步，所述被测全级配混凝土试件的下方还设置有下承压板。

一种全级配混凝土试件的长期性能进行测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)在被测全级配混凝土试件加载前，使用所述超声波仪测量被测全级配混凝土试件的波速V₀，该值为试件未损伤时的波速；

2)使用所述测试装置对被测全级配混凝土试件施加荷载后，量测被测全级配混凝土试件的波速V₁，此值为试件含有荷载引起的瞬时损伤后的波速；

3)使用所述超声波仪测量被测全级配混凝土试件在加载持续不用时间的的波速V_t，此值为试件含有荷载持续作用引起的损伤后的波速；

由于横波波速可表示为：

V＝[E/2ρ(1-υ)]^1/2；

式中：ρ为材料密度；E为弹性模量；υ为泊松比；

根据等效应变原理得到损伤变量表达式：

D＝1-E/E₀；

式中：D是损伤变量，E₀材料未损伤时的弹性模量；E是损伤后的弹性模量；

则由此定义荷载作用持续时间所产生的损伤：

D(σ，t)＝1-(V_t/V₁)²；

式中，σ为应力水平；

4)通过对试验数据的统计分析，最终得到不同荷载水平持续作用下，全级配混凝土试件损伤随时间的演化曲线；

5)使用所述应变采集系统采集全级配混凝土试件在持荷过程中的变形规律，并记录。

本发明具有以下有益技术效果：

本申请的测试装置及方法通过对全级配混凝土试件进行长期持续施加高应力，最终获得全级配混凝土的损伤演化规律。

附图说明

图1为本发明的测试装置对全级配混凝土试件进行劈裂抗拉性能测试的结构示意图；

图2为本发明的测试装置对全级配混凝土试件进行弯曲抗拉性能测试的结构示意图；

图3为持久荷载下全级配混凝土损伤演化曲线。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

如图1-2所示，本发明提供了一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置，该测试装置包括反力梁1、底梁2、超声波仪3和应变采集系统；其中，反力梁1和底梁2通过穿过二者两侧的高强螺杆4连接；高强螺杆4的两端均设置有高强螺帽5；反力梁1的中部下表面从上至下依次连接有并联弹簧组6、承载器7、测力计8、上承压板9和被测全级配混凝土试件10；应变采集系统包括应变片11、信号采集装置12和测力计8；应变片11设置在被测全级配混凝土试件10表面，应变片11和测力计8均与信号采集装置12连接；超声波仪3的发射探头13和接收探头14分别设置在被测全级配混凝土试件10的左右两侧，用于量测被测全级配混凝土试件10的波速。

承载器7的下端设置有万向铰15；万向铰15的下表面抵靠在测力计8的上表面上。底梁2放置在刚性试验台上，刚性试验台放置在刚性地基上。被测全级配混凝土试件10的下方还设置有下承压板16。

本发明还提供了一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试方法，该方法包括如下步骤：

1)在被测全级配混凝土试件加载前，使用超声波仪测量被测全级配混凝土试件的波速V₀，该值为试件未损伤时的波速；

2)使用测试装置对被测全级配混凝土试件施加荷载后，量测被测全级配混凝土试件的波速V₁，此值为试件含有荷载引起的瞬时损伤后的波速；

3)使用超声波仪测量被测全级配混凝土试件在加载持续不用时间的的波速V_t，此值为试件含有荷载持续作用引起的损伤后的波速；

由于横波波速可表示为：

V＝[E/2ρ(1-υ)]^1/2；

式中：ρ为材料密度；E为弹性模量；υ为泊松比；

根据等效应变原理得到损伤变量表达式：

D＝1-E/E₀；

式中：D是损伤变量，E₀材料未损伤时的弹性模量；E是损伤后的弹性模量；

则由此定义荷载作用持续时间所产生的损伤：

D(σ，t)＝1-(V_t/V₁)²；

式中，σ为应力水平；

4)通过对试验数据的统计分析，最终得到不同荷载水平长期作用下，全级配混凝土试件损伤随时间的演化曲线，如图3所示(图中：σ为试件持荷水平，σ_y为试件的强度)；

5)使用所述应变采集系统采集全级配混凝土试件在持荷过程中的变形规律，并记录。

本发明中的加载方式为：利用千斤顶或堆载的方式进行加载，加载到设计荷载时，拧紧上部高强螺帽5，保持恒定的外力，若因混凝土的变形，导致荷载损失，可通过上部螺栓进行加载，直至达到设计要的数值。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置，其特征在于，所述测试装置包括反力梁、底梁、超声波仪和应变采集系统；其中，所述反力梁和底梁由穿过二者两侧的高强螺杆连接；所述高强螺杆的两端均设置有高强螺帽；所述反力梁的中部下表面从上至下依次连接有并联弹簧组、承载器、测力计、上承压板和被测全级配混凝土试件；所述变形采集系统包括应变片、信号采集装置和所述测力计；所述应变片设置在所述被测全级配混凝土试件表面，所述应变片和测力计均与所述信号采集装置连接；所述超声波仪的发射探头和接收探头分别设置在被测全级配混凝土试件的左右两侧，用于量测被测全级配混凝土试件的波速。

2.根据权利要求1所述的持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置，其特征在于，所述承载器的下端设置有万向铰；所述万向铰的下表面抵靠在所述测力计的上表面上。

3.根据权利要求1所述的持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置，其特征在于，所述底梁放置在刚性试验台上，所述刚性试验台放置在刚性地基上。

4.根据权利要求1所述的持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置，其特征在于，所述被测全级配混凝土试件的下方还设置有下承压板。

5.一种使用权利要求1-4任一所述的持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置对全级配混凝土试件的长期性能进行测试的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)在被测全级配混凝土试件加载前，使用所述超声波仪测量被测全级混凝土试件的波速V₀，该值为试件未损伤时的波速；

2)使用所述测试装置对被测全级配混凝土试件施加荷载后，量测被测全级配混凝土试件的波速V₁，此值为试件含有荷载引起的瞬时损伤后的波速；

3)使用所述超声波仪测量被测全级配混凝土试件在荷载持续不用时刻的波速V_t，此值为试件含有荷载持续作用引起的损伤后的波速；

由于横波波速可表示为：

V＝[E/2ρ(1-υ)]^1/2；

式中：ρ为材料密度；E为弹性模量；υ为泊松比；

根据等效应变原理得到损伤变量表达式：

D＝1-E/E₀；

式中：D是损伤变量，E₀材料未损伤时的弹性模量；E是损伤后的弹性模量；

则由此定义荷载持续时间所产生的损伤：

D(σ，t)＝1-(V_t/V₁)²；

式中，σ为应力水平；

4)通过对试验数据的统计分析，最终得到不同荷载水平持续作用下，全级配混凝土试件损伤随时间的演化曲线；

5)使用所述应变采集系统采集全级配混凝土试件在持荷过程中的变形规律，并记录。