[發(fā)明專利]一種動載下混凝土材料開裂擴展測試加載裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201210163058.9 | 申請日： | 2012-05-24 |
| 公開（公告）號： | CN102680341A | 公開（公告）日： | 2012-09-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 孫立國;杜成斌;于國軍;陳玉泉 | 申請（專利權(quán)）人： | 河海大學(xué) |
| 主分類號： | G01N3/32 | 分類號： | G01N3/32 |
| 代理公司： | 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200 | 代理人： | 李紀(jì)昌 |
| 地址： | 210098 *** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 動載下 混凝土 材料 開裂 擴展 測試 加載 裝置 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
發(fā)明涉及一種混凝土拉伸與壓縮試驗裝置，特別是涉及一種動荷載作用下的緊湊拉壓加載裝置。
背景技術(shù)
水利工程作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)設(shè)施，在社會經(jīng)濟發(fā)展、公共安全以及生態(tài)環(huán)境等各個方面都發(fā)揮著重要的作用，而在水利工程中起到關(guān)鍵性擋水作用的建筑物就是大壩。在我國，已建或在建的大多混凝土壩的壩址區(qū)均位于地震活動較頻繁的西南、西北地區(qū)，如小灣混凝土拱壩（高292?m）的設(shè)計地震加速度為0.308?g，金安橋碾壓混凝土重力壩壩址設(shè)計加速度為0.399?g，2006年開工建設(shè)的大崗山拱壩，設(shè)計地震加速度峰值更高達0.5575?g。因此，研究地震荷載下混凝土壩裂縫的開裂機理，對高混凝土壩的安全評價具有特別重要的意義。
混凝土是由骨料、砂漿和界面組成的多相復(fù)合材料，地震等往復(fù)荷載作用下其內(nèi)部裂紋的開裂路徑非常復(fù)雜，建立合適的力學(xué)模型是模擬地震荷載下混凝土壩裂縫擴展的關(guān)鍵，動載下混凝土開裂擴展試驗對建立力學(xué)模型具有非常重要的意義。斷裂力學(xué)描述裂紋擴展有三種基本形式：????????????????????????????????????????????????張開型裂縫（Ⅰ型）；滑開型裂縫（Ⅱ型）；撕開型裂縫（Ⅲ型）。由于混凝土是典型的脆性材料，其破壞主要表現(xiàn)為Ⅰ型裂縫，目前靜荷載下混凝土Ⅰ型裂縫的斷裂韌度KⅠC性主要是通過彎曲梁試驗和緊湊拉伸試驗獲得。緊湊拉伸試驗優(yōu)點是，在大尺寸試件中，自重對測量結(jié)果的影響比三點彎曲梁試件要小。由于大壩混凝土一般為全級配混凝土，骨料粒徑比較大，從而要求試驗采用的試件尺寸也比較大，所以采用緊湊拉伸試件來進行試驗研究更能反應(yīng)其實際受力特征。但是緊湊拉伸試驗都是用于研究靜荷載作用下的試件，無法用于動載測量，本發(fā)明可讓緊湊拉伸的靜荷載試驗裝置變?yōu)榧饶苁┘永τ帜苁┘訅毫Φ膭雍奢d試驗裝置。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題：
針對現(xiàn)有緊湊拉伸試驗裝置無法施加動載的技術(shù)問題，本發(fā)明通過對其改進，設(shè)計出一種能夠施加動荷載的緊湊拉壓加載裝置。該試驗裝置可為研究動載作用下混凝土試件的開裂擴展機理提供實驗條件。
技術(shù)方案：
一種動荷載作用下混凝土材料開裂擴展測試加載裝置，其特征在于由動荷載作動頭、豎向力傳感器、楔形加載架、鋼軸、軸承、水平向力傳感器、彈簧、動態(tài)數(shù)據(jù)采集器組成；疲勞試驗機作動頭和楔形加載架的加載墊板中心通過豎向力傳感器連接；混凝土試樣上部兩個四分點處各穿一根鋼軸，每根鋼軸兩端分別固定一個軸承和水平向伸縮桿，通過調(diào)節(jié)鎖緊螺母可調(diào)整水平向伸縮桿在鋼軸兩側(cè)的長短；給混凝土試件施加壓力的彈簧和其中一根鋼軸上的伸縮桿之間通過水平向力傳感器相連，和另一根鋼軸上的伸縮桿直接相連；動態(tài)數(shù)據(jù)采集器和豎向力傳感器及水平向力傳感器通過屏蔽導(dǎo)線相連；混凝土試樣底邊中軸線置于支座上。
所述的楔形加載架兩端各有一個傳力楔頭平分作用于加載墊板中心的豎向荷載。
所述的水平向力傳感器和施加壓力的彈簧對稱設(shè)置于試件兩側(cè)。
所述的水平向伸縮桿可調(diào)整彈簧的初始壓力大小。
工作原理：
通過調(diào)整鋼軸兩端的水平向伸縮桿位置，改變彈簧的初始長度給混凝土試件施加大小相同的預(yù)壓力，其值可通過連接在水平向力傳感器上的力顯示器獲得。
在試驗加載過程中，豎向動荷載由MTS疲勞伺服動靜試驗機作動頭施加，通過豎直向力傳感器、楔形加載架、軸承及鋼軸傳至試件。軸承安裝在鋼軸上目的是減小加載架的楔形頭與鋼軸之間的摩擦。鋼軸受到軸承傳遞來的動荷載及彈簧的恢復(fù)拉力，在動荷載作用下可實現(xiàn)混凝土裂縫的開展和閉合。
豎向荷載分量FP/2與試件自重的合力及支座反力R共線而互相抵消，在裂縫尖端不產(chǎn)生附加彎矩。同時，選取較小的楔形加載架楔角(可取)，這樣較小的豎向荷載就可以產(chǎn)生較大的水平劈裂力FH：
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其中，Fs為彈簧恢復(fù)力，試驗受力情況見附圖3。
本發(fā)明所設(shè)計的動荷載加載系統(tǒng)，對試件的壓力是靠彈簧的恢復(fù)力來完成，恢復(fù)力的大小及變化可通過連接在彈簧一端的水平向傳感器測得。
有益效果：
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