一種模擬不同應(yīng)力條件下混凝土構(gòu)件水力劈裂試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】一種模擬不同應(yīng)力條件下混凝土構(gòu)件水力劈裂試驗(yàn)裝置，涉及混凝土構(gòu)件水力劈裂的試驗(yàn)裝置的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括一面開口的長方體模具，模具內(nèi)灌注混凝土得到混凝土構(gòu)件，混凝土構(gòu)件內(nèi)預(yù)設(shè)8根耐高壓水彎管，每根耐高壓水彎管末端設(shè)置水壓傳感器接頭；從混凝土構(gòu)件拔出鋼片預(yù)制初始裂縫，裂縫周圍打磨出一定范圍的凹槽，布置應(yīng)變片和夾式引伸計(jì)，用隔水絕緣膠填充磨平；構(gòu)件上設(shè)置水密封鋼板，水密封鋼板上布置有進(jìn)水口和帶密封帽的排氣口?；诒景l(fā)明，可開展不同應(yīng)力條件和不同初始裂縫傾斜角條件組合工況下的混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂試驗(yàn)研究。
【專利說明】一種模擬不同應(yīng)力條件下混凝土構(gòu)件水力劈裂試驗(yàn)裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及混凝土構(gòu)件水力劈裂的試驗(yàn)裝置的【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]水力劈裂是水流在巖體或混凝土的間隙運(yùn)動與周圍固體變形耦合的過程，表現(xiàn)為高壓水流將巖體或混凝土內(nèi)已有的裂隙和空隙驅(qū)動擴(kuò)張、擴(kuò)展、相互貫通等。
[0005]隨著筑壩技術(shù)和快速發(fā)展，一批200m~300m級大型混凝土高壩被興建及投入運(yùn)行。高水頭作用下的混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂問題備受關(guān)注，成為當(dāng)下水利工程界廣為研究的基礎(chǔ)課題?；炷了ε寻l(fā)生機(jī)理復(fù)雜，實(shí)際工程中混凝土構(gòu)件的水力劈裂問題復(fù)雜。例如，混凝土壩由于溫度、施工和混凝土干縮等因素的影響，壩體表面不可避免地存在裂縫，裂縫的形式多樣，如水平縫、垂直縫等。裂縫所處的工況也很復(fù)雜，如:無應(yīng)力縫、受壓縫、受拉縫等。由于試驗(yàn)設(shè)備和測試技術(shù)等條件限制，以往學(xué)者僅針對單軸受拉壓條件下的混凝土試件進(jìn)行高壓水劈裂試驗(yàn)，且無法開展不同初始裂縫傾斜角情況下的水力劈裂試驗(yàn)。為了進(jìn)一步研究混凝土構(gòu)件的水力劈裂問題，需要設(shè)計(jì)一種新的水力劈裂試驗(yàn)裝置。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種能夠在不同應(yīng)力狀態(tài)和不同初始裂縫傾斜角條件組合工況下的混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂試驗(yàn)研究的模擬混凝土構(gòu)件水力劈裂的試驗(yàn)裝置。
[0008]一種模擬混凝土構(gòu)件水力劈裂的試驗(yàn)裝置，包括一面開口的長方體模具，模具內(nèi)灌注混凝土得到混凝土構(gòu)件，混凝土構(gòu)件內(nèi)預(yù)設(shè)8根耐高壓水彎管，每根耐高壓水彎管的末端設(shè)置水壓傳感器接頭；預(yù)制初始裂縫周圍打磨出一定范圍的凹槽，布置夾式引伸計(jì)和應(yīng)變片，并用隔水絕緣膠填充磨平；混凝土構(gòu)件上設(shè)置水密封鋼板，水密封鋼板上布置有進(jìn)水口和帶密封帽的排氣口。
[0009]本發(fā)明耐高壓水彎管伸入混凝土構(gòu)件內(nèi)的一端設(shè)置用于防止耐高壓水彎管堵塞的透水土工布。
[0010]本發(fā)明的水密封剛板與混凝土構(gòu)件之間通過螺栓固定連接。
[0011]本發(fā)明的水密封剛板與混凝土構(gòu)件之間設(shè)置隔水絕緣膠。
[0012]本發(fā)明的應(yīng)變片布置于裂縫端部兩側(cè)，一側(cè)垂直于開裂方向布置8個，另一側(cè)大致沿構(gòu)件主應(yīng)力方向?qū)ΨQ布置16個，總計(jì)24個。
[0013]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明所述試件澆筑采用的鋼模具，鋼模內(nèi)部尺寸為長600mm、寬300mm、高300mm、壁厚20_，試模的前后及左右側(cè)對稱開有若干圓孔，便于預(yù)埋螺紋鋼筋，用來開展受拉應(yīng)力條件下的水力劈裂試驗(yàn)。
[0014]本發(fā)明所述混凝土試件，試件采用全級配混凝土，試件尺寸為長600_、寬300_、高300mm，試件內(nèi)部埋設(shè)有8根耐高壓水彎管，導(dǎo)管出口端通過轉(zhuǎn)換接口與水壓傳感器相連；試件上部預(yù)埋入8根螺紋鋼筋；試件上部裂縫口附近的區(qū)域用打磨機(jī)打磨出一塊低于試件表面IOmm左右的凹槽區(qū)域，用來布置應(yīng)變片、夾式引伸計(jì)；試件前后側(cè)及左右側(cè)預(yù)埋入螺紋鋼筋若干(模擬受拉情況時，需預(yù)埋入螺紋鋼筋，受壓情況則不需要預(yù)埋螺紋鋼筋)。
[0015]本發(fā)明所述水密封鋼板，鋼板尺寸為長150mm、寬150mm、厚20臟，鋼板鉆有8個大螺紋孔，與預(yù)埋入試件上部的8根螺紋鋼筋一一對應(yīng)，通過螺帽與水密封鋼板緊密接觸；鋼板中心位置開有2個小螺紋孔，用來設(shè)置進(jìn)水口和排氣口，排氣口設(shè)置有密封帽。
[0016]本發(fā)明所述各式試驗(yàn)數(shù)據(jù)測量儀器包括24個應(yīng)變片，布置于試件上表面凹槽內(nèi)；3個夾式引伸計(jì)，分別布置于試件上表面凹槽內(nèi)預(yù)制裂縫中部和端部；8個水壓傳感器，通過轉(zhuǎn)換接頭與導(dǎo)出的耐高壓導(dǎo)管連接；2個荷載傳感器和2個位移傳感器，分別用來測量試件前后側(cè)和左右側(cè)施加的荷載和產(chǎn)生的位移值。試驗(yàn)過程中的測量數(shù)據(jù)均可在主機(jī)上實(shí)時采集和保存。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
I)改進(jìn)了以往裝置只能開展單軸拉壓情況下水力劈裂試驗(yàn)的缺陷，采用該試驗(yàn)裝置可開展不同應(yīng)力條件下的全級配混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂試驗(yàn)研究，實(shí)用性更廣。
[0018]2)可根據(jù)試驗(yàn)需要，開展不同初始裂縫傾斜角情況下全級配混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂試驗(yàn)研究，可用來研究不同初始裂縫傾斜角對水力劈裂試驗(yàn)的影響。
[0019]3)試驗(yàn)水壓、軸壓加載系統(tǒng)相互獨(dú)立，可根據(jù)試驗(yàn)工況要求，自由調(diào)節(jié)和控制，且試驗(yàn)過程中應(yīng)變，位移、荷載、水壓等試驗(yàn)數(shù)據(jù)均可實(shí)現(xiàn)全程自動采集和保存。
[0020]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為圖1的俯視圖。
[0023]圖3為本發(fā)明試件模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明進(jìn)水口與排氣口布置示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明的初始裂縫的示意圖。
[0026]其中:1、初始裂縫，2、夾式引伸計(jì)，3、應(yīng)變片，4、螺栓，5、耐高壓水彎管，6、水壓傳感器接頭，7、水密封鋼板，8、混凝土試件，9、透水土工布，10、隔水絕緣膠，11、鋼片，12、模具，13、進(jìn)水口，14、密封帽。
[0027]
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
如圖1到圖5所示，一種模擬不同應(yīng)力條件下混凝土構(gòu)件水力劈裂試驗(yàn)裝置，包括一面開口的長方體模具12，模具12內(nèi)灌注混凝土得到混凝土構(gòu)件8，混凝土構(gòu)件8內(nèi)預(yù)設(shè)8根耐高壓水彎管5，每根耐高壓水彎管5的末端設(shè)置水壓傳感器接頭6 ;預(yù)制初始裂縫I周圍打磨出一定范圍的凹槽，布置夾式引伸計(jì)2和應(yīng)變片3，并用隔水絕緣膠10填充磨平；混凝土構(gòu)件8上設(shè)置水密封鋼板7，水密封鋼板7上布置有進(jìn)水口 13和帶密封帽14的排氣口。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的耐高壓水彎管5伸入混凝土構(gòu)件8內(nèi)的一端設(shè)置用于防止耐高壓水彎管5堵塞的透水土工布9。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的水密封剛板7與混凝土構(gòu)件8之間通過螺栓4固定連接。
[0031]如圖4所示，本發(fā)明的水密封剛板7與混凝土構(gòu)件8之間設(shè)置隔水絕緣膠10。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明的應(yīng)變片3布置于裂縫端部兩側(cè)，一側(cè)垂直于開裂方向布置8個，另一側(cè)大致沿構(gòu)件主應(yīng)力方向?qū)ΨQ布置16個，總計(jì)24個。
[0033]本發(fā)明的研制主要包括以下步驟:
I)試件制備:使用內(nèi)部尺寸為600mmX300mmX300mm的鋼模具12制作混凝土試件。試件澆筑之前首先在模具12上部預(yù)先固定鋼片11用于預(yù)制初始裂縫I。鋼片11長100mm，寬4mm，深200m，下側(cè)打磨成圓弧刀刃狀。根據(jù)試驗(yàn)需要，可設(shè)定預(yù)制不同初始傾斜角裂縫。在試件前后、左右兩面中心開孔架設(shè)鋼筋，并在周圍一定區(qū)域內(nèi)開孔架設(shè)螺栓4。將8根耐高壓水彎管5預(yù)先埋設(shè)的位置，如圖1、2所示，耐高壓水彎管5深入混凝土試件中，最前端超過初始裂擴(kuò)展面位置20mm，在耐高壓水彎管5最前端40mm處的管壁事先扎滿小孔并包裹一層透水土工布9，以使縫內(nèi)水流能夠傳入彎管中而混凝土不會在澆筑或振搗過程中堵塞管壁上的孔眼。兩側(cè)彎管位置相互間隔大致為30mm，也可以根據(jù)實(shí)際需要加以調(diào)整以測量不同位置的水壓。耐高壓水彎管5另一端伸出混凝土表面50_左右，使其通過轉(zhuǎn)換接口與水壓傳感測量器相連；澆筑混凝土并用振搗棒振搗密實(shí)，24h后拔出鋼片11形成試驗(yàn)要求的裂縫傾斜角的初始裂縫I。最后混凝土試件按規(guī)范在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
[0034]2)測量儀器布置:試件受載端部被施加軸力時需要墊鋼板，表面必須平整，故使用打磨機(jī)將試件受載面打磨平整，并將事先開孔的鋼板，用已埋設(shè)在混凝土試件內(nèi)部的螺栓4固定、擰緊；預(yù)留縫開口處因須保證其密閉性同時要貼應(yīng)變片3、夾式引伸計(jì)2也要保證其平整，故用打磨機(jī)將初始裂縫I端部一定范圍內(nèi)打磨至整個平面以下IOmm形成一個凹槽。在初始裂縫I兩側(cè)及中間貼上夾式引伸計(jì)2 ;應(yīng)變片3粘貼于初始裂縫尖端兩側(cè)，一側(cè)垂直于裂縫長度方向，布置應(yīng)變片8個，另外一側(cè)沿裂縫開裂時的主應(yīng)力方向，對稱布置，分別布置8個應(yīng)變片。應(yīng)變片長度20mm,寬5mm,靠近裂縫尖端的布設(shè)間距盡可能小些,遠(yuǎn)離初始裂縫尖端的位置可以布設(shè)間距可調(diào)大，兩側(cè)總布置應(yīng)變片24個，如圖2所示。將連接應(yīng)變片、夾式引伸計(jì)的導(dǎo)線引出。用隔水絕緣膠10涂抹填充，使在試驗(yàn)時起隔水和絕緣作用。在此基礎(chǔ)上將已打孔的厚鋼板7通過螺栓4固定。施加的壓力水流通過水密封鋼板中心的進(jìn)水口 13進(jìn)入裂縫后，每次試驗(yàn)前均需要打開密封帽14，待試件裂縫內(nèi)的空氣排出后，關(guān)閉密封帽后，方可進(jìn)行試驗(yàn)。
[0035]3)數(shù)據(jù)采集模塊研制:試驗(yàn)過程中的縫內(nèi)水壓通過HM-20水壓傳感器，將水壓測值轉(zhuǎn)化為電流信號，數(shù)據(jù)采集儀采集水壓傳感器輸出的電流信號，并輸出到計(jì)算機(jī)，再通過研制的專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示和記錄。應(yīng)變片3所測應(yīng)變值通過動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)采集，裂縫擴(kuò)展過程中的縫寬及縫尖位移值可以通過夾式引伸計(jì)2測得，混凝土試件8左右、前后兩側(cè)的軸向荷載和位移測值均可在計(jì)算機(jī)上實(shí)時采集，從而保證試驗(yàn)過程中所需的試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)能過在計(jì)算機(jī)上全程采集和保存。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬不同應(yīng)力條件下混凝土構(gòu)件水力劈裂試驗(yàn)裝置，其特征在于包括一面開口的長方體模具(12)，模具(12)內(nèi)灌注混凝土得到混凝土構(gòu)件(8)，混凝土構(gòu)件(8)內(nèi)預(yù)設(shè)8根耐高壓水彎管(5)，每根耐高壓水彎管(5)的末端設(shè)置水壓傳感器接頭(6);預(yù)制初始裂縫(I)周圍打磨出一定范圍的凹槽，布置夾式引伸計(jì)(2)和應(yīng)變片(3)，并用隔水絕緣膠(10)填充磨平；混凝土構(gòu)件(8)上設(shè)置水密封鋼板(7)，水密封鋼板(7)上布置有進(jìn)水口(13)和帶密封帽(14)的排氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬混凝土構(gòu)件水力劈裂的試驗(yàn)裝置，其特征在于上述耐高壓水彎管(5)伸入混凝土構(gòu)件(8)內(nèi)的一端設(shè)置用于防止耐高壓水彎管(5)堵塞的透水土工布(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬混凝土構(gòu)件水力劈裂的試驗(yàn)裝置，其特征在于上述水密封剛板(7)與混凝土構(gòu)件(8)之間通過螺栓(4)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬混凝土構(gòu)件水力劈裂的試驗(yàn)裝置，其特征在于上述水密封剛板(7)與混凝土構(gòu)件(8)之間設(shè)置隔水絕緣膠(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬混凝土構(gòu)件水力劈裂的試驗(yàn)裝置，其特征在于上述應(yīng)變片(3 )布置于裂縫端部兩側(cè)，一側(cè)垂直于開裂方向布置8個，另一側(cè)大致沿構(gòu)件主應(yīng)力方向?qū)ΨQ布置16個，總計(jì)24個。
【文檔編號】G01N3/12GK103698218SQ201310673554
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】甘磊, 沈振中, 徐力群, 嚴(yán)中奇, 焦延濤, 黃青福, 柴先墩, 宗原 申請人:河海大學(xué)