一種模擬不同應力條件下混凝土構件水力劈裂試驗裝置製造方法
2023-10-31 02:06:22 1
一種模擬不同應力條件下混凝土構件水力劈裂試驗裝置製造方法
【專利摘要】一種模擬不同應力條件下混凝土構件水力劈裂試驗裝置，涉及混凝土構件水力劈裂的試驗裝置的【技術領域】。本發明包括一面開口的長方體模具，模具內灌注混凝土得到混凝土構件，混凝土構件內預設8根耐高壓水彎管，每根耐高壓水彎管末端設置水壓傳感器接頭；從混凝土構件拔出鋼片預製初始裂縫，裂縫周圍打磨出一定範圍的凹槽，布置應變片和夾式引伸計，用隔水絕緣膠填充磨平；構件上設置水密封鋼板，水密封鋼板上布置有進水口和帶密封帽的排氣口。基於本發明，可開展不同應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構水力劈裂試驗研究。
【專利說明】一種模擬不同應力條件下混凝土構件水力劈裂試驗裝置
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及混凝土構件水力劈裂的試驗裝置的【技術領域】。
[0003]
【背景技術】
[0004]水力劈裂是水流在巖體或混凝土的間隙運動與周圍固體變形耦合的過程，表現為高壓水流將巖體或混凝土內已有的裂隙和空隙驅動擴張、擴展、相互貫通等。
[0005]隨著築壩技術和快速發展，一批200m~300m級大型混凝土高壩被興建及投入運行。高水頭作用下的混凝土結構水力劈裂問題備受關注，成為當下水利工程界廣為研究的基礎課題。混凝土水力劈裂發生機理複雜，實際工程中混凝土構件的水力劈裂問題複雜。例如，混凝土壩由於溫度、施工和混凝土幹縮等因素的影響，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複雜，如:無應力縫、受壓縫、受拉縫等。由於試驗設備和測試技術等條件限制，以往學者僅針對單軸受拉壓條件下的混凝土試件進行高壓水劈裂試驗，且無法開展不同初始裂縫傾斜角情況下的水力劈裂試驗。為了進一步研究混凝土構件的水力劈裂問題，需要設計一種新的水力劈裂試驗裝置。
[0006]
【發明內容】
[0007]本發明目的是提供一種能夠在不同應力狀態和不同初始裂縫傾斜角條件組合工況下的混凝土結構水力劈裂試驗研究的模擬混凝土構件水力劈裂的試驗裝置。
[0008]一種模擬混凝土構件水力劈裂的試驗裝置，包括一面開口的長方體模具，模具內灌注混凝土得到混凝土構件，混凝土構件內預設8根耐高壓水彎管，每根耐高壓水彎管的末端設置水壓傳感器接頭；預製初始裂縫周圍打磨出一定範圍的凹槽，布置夾式引伸計和應變片，並用隔水絕緣膠填充磨平；混凝土構件上設置水密封鋼板，水密封鋼板上布置有進水口和帶密封帽的排氣口。
[0009]本發明耐高壓水彎管伸入混凝土構件內的一端設置用於防止耐高壓水彎管堵塞的透水土工布。
[0010]本發明的水密封剛板與混凝土構件之間通過螺栓固定連接。
[0011]本發明的水密封剛板與混凝土構件之間設置隔水絕緣膠。
[0012]本發明的應變片布置於裂縫端部兩側，一側垂直於開裂方向布置8個，另一側大致沿構件主應力方向對稱布置16個，總計24個。
[0013]本發明採用上述技術方案，與現有技術相比具有如下優點:
本發明所述試件澆築採用的鋼模具，鋼模內部尺寸為長600mm、寬300mm、高300mm、壁厚20_，試模的前後及左右側對稱開有若干圓孔，便於預埋螺紋鋼筋，用來開展受拉應力條件下的水力劈裂試驗。
[0014]本發明所述混凝土試件，試件採用全級配混凝土，試件尺寸為長600_、寬300_、高300mm，試件內部埋設有8根耐高壓水彎管，導管出口端通過轉換接口與水壓傳感器相連；試件上部預埋入8根螺紋鋼筋；試件上部裂縫口附近的區域用打磨機打磨出一塊低於試件表面IOmm左右的凹槽區域，用來布置應變片、夾式引伸計；試件前後側及左右側預埋入螺紋鋼筋若干(模擬受拉情況時，需預埋入螺紋鋼筋，受壓情況則不需要預埋螺紋鋼筋)。
[0015]本發明所述水密封鋼板，鋼板尺寸為長150mm、寬150mm、厚20臟，鋼板鑽有8個大螺紋孔，與預埋入試件上部的8根螺紋鋼筋一一對應，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，用來設置進水口和排氣口，排氣口設置有密封帽。
[0016]本發明所述各式試驗數據測量儀器包括24個應變片，布置於試件上表面凹槽內；3個夾式引伸計，分別布置於試件上表面凹槽內預製裂縫中部和端部；8個水壓傳感器，通過轉換接頭與導出的耐高壓導管連接；2個荷載傳感器和2個位移傳感器，分別用來測量試件前後側和左右側施加的荷載和產生的位移值。試驗過程中的測量數據均可在主機上實時採集和保存。
[0017]本發明的優點:
I)改進了以往裝置只能開展單軸拉壓情況下水力劈裂試驗的缺陷，採用該試驗裝置可開展不同應力條件下的全級配混凝土結構水力劈裂試驗研究，實用性更廣。
[0018]2)可根據試驗需要，開展不同初始裂縫傾斜角情況下全級配混凝土結構水力劈裂試驗研究，可用來研究不同初始裂縫傾斜角對水力劈裂試驗的影響。
[0019]3)試驗水壓、軸壓加載系統相互獨立，可根據試驗工況要求，自由調節和控制，且試驗過程中應變，位移、荷載、水壓等試驗數據均可實現全程自動採集和保存。
[0020]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的整體結構示意圖。
[0022]圖2為圖1的俯視圖。
[0023]圖3為本發明試件模具的結構示意圖。
[0024]圖4為本發明進水口與排氣口布置示意圖。
[0025]圖5為本發明的初始裂縫的示意圖。
[0026]其中:1、初始裂縫，2、夾式引伸計，3、應變片，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、進水口，14、密封帽。
[0027]
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明:
如圖1到圖5所示，一種模擬不同應力條件下混凝土構件水力劈裂試驗裝置，包括一面開口的長方體模具12，模具12內灌注混凝土得到混凝土構件8，混凝土構件8內預設8根耐高壓水彎管5，每根耐高壓水彎管5的末端設置水壓傳感器接頭6 ;預製初始裂縫I周圍打磨出一定範圍的凹槽，布置夾式引伸計2和應變片3，並用隔水絕緣膠10填充磨平；混凝土構件8上設置水密封鋼板7，水密封鋼板7上布置有進水口 13和帶密封帽14的排氣口。
[0029]如圖1所示，本發明的耐高壓水彎管5伸入混凝土構件8內的一端設置用於防止耐高壓水彎管5堵塞的透水土工布9。
[0030]如圖1所示，本發明的水密封剛板7與混凝土構件8之間通過螺栓4固定連接。
[0031]如圖4所示，本發明的水密封剛板7與混凝土構件8之間設置隔水絕緣膠10。
[0032]如圖1所示，本發明的應變片3布置於裂縫端部兩側，一側垂直於開裂方向布置8個，另一側大致沿構件主應力方向對稱布置16個，總計24個。
[0033]本發明的研製主要包括以下步驟:
I)試件製備:使用內部尺寸為600mmX300mmX300mm的鋼模具12製作混凝土試件。試件澆築之前首先在模具12上部預先固定鋼片11用於預製初始裂縫I。鋼片11長100mm，寬4mm，深200m，下側打磨成圓弧刀刃狀。根據試驗需要，可設定預製不同初始傾斜角裂縫。在試件前後、左右兩面中心開孔架設鋼筋，並在周圍一定區域內開孔架設螺栓4。將8根耐高壓水彎管5預先埋設的位置，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並包裹一層透水土工布9，以使縫內水流能夠傳入彎管中而混凝土不會在澆築或振搗過程中堵塞管壁上的孔眼。兩側彎管位置相互間隔大致為30mm，也可以根據實際需要加以調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，使其通過轉換接口與水壓傳感測量器相連；澆築混凝土並用振搗棒振搗密實，24h後拔出鋼片11形成試驗要求的裂縫傾斜角的初始裂縫I。最後混凝土試件按規範在標準條件下進行養護。
[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，故使用打磨機將試件受載面打磨平整，並將事先開孔的鋼板，用已埋設在混凝土試件內部的螺栓4固定、擰緊；預留縫開口處因須保證其密閉性同時要貼應變片3、夾式引伸計2也要保證其平整，故用打磨機將初始裂縫I端部一定範圍內打磨至整個平面以下IOmm形成一個凹槽。在初始裂縫I兩側及中間貼上夾式引伸計2 ;應變片3粘貼於初始裂縫尖端兩側，一側垂直於裂縫長度方向，布置應變片8個，另外一側沿裂縫開裂時的主應力方向，對稱布置，分別布置8個應變片。應變片長度20mm,寬5mm,靠近裂縫尖端的布設間距儘可能小些,遠離初始裂縫尖端的位置可以布設間距可調大，兩側總布置應變片24個，如圖2所示。將連接應變片、夾式引伸計的導線引出。用隔水絕緣膠10塗抹填充，使在試驗時起隔水和絕緣作用。在此基礎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水口 13進入裂縫後，每次試驗前均需要打開密封帽14，待試件裂縫內的空氣排出後，關閉密封帽後，方可進行試驗。
[0035]3)數據採集模塊研製:試驗過程中的縫內水壓通過HM-20水壓傳感器，將水壓測值轉化為電流信號，數據採集儀採集水壓傳感器輸出的電流信號，並輸出到計算機，再通過研製的專業軟體實現實時顯示和記錄。應變片3所測應變值通過動態應變測試系統採集，裂縫擴展過程中的縫寬及縫尖位移值可以通過夾式引伸計2測得，混凝土試件8左右、前後兩側的軸向荷載和位移測值均可在計算機上實時採集，從而保證試驗過程中所需的試驗測量數據能過在計算機上全程採集和保存。
【權利要求】
1.一種模擬不同應力條件下混凝土構件水力劈裂試驗裝置，其特徵在於包括一面開口的長方體模具(12)，模具(12)內灌注混凝土得到混凝土構件(8)，混凝土構件(8)內預設8根耐高壓水彎管(5)，每根耐高壓水彎管(5)的末端設置水壓傳感器接頭(6);預製初始裂縫(I)周圍打磨出一定範圍的凹槽，布置夾式引伸計(2)和應變片(3)，並用隔水絕緣膠(10)填充磨平；混凝土構件(8)上設置水密封鋼板(7)，水密封鋼板(7)上布置有進水口(13)和帶密封帽(14)的排氣口。
2.根據權利要求1所述的模擬混凝土構件水力劈裂的試驗裝置，其特徵在於上述耐高壓水彎管(5)伸入混凝土構件(8)內的一端設置用於防止耐高壓水彎管(5)堵塞的透水土工布(9)。
3.根據權利要求1所述的模擬混凝土構件水力劈裂的試驗裝置，其特徵在於上述水密封剛板(7)與混凝土構件(8)之間通過螺栓(4)固定連接。
4.根據權利要求1所述的模擬混凝土構件水力劈裂的試驗裝置，其特徵在於上述水密封剛板(7)與混凝土構件(8)之間設置隔水絕緣膠(10)。
5.根據權利要求1所述的模擬混凝土構件水力劈裂的試驗裝置，其特徵在於上述應變片(3 )布置於裂縫端部兩側，一側垂直於開裂方向布置8個，另一側大致沿構件主應力方向對稱布置16個，總計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 優先權日:2013年12月12日
【發明者】甘磊, 沈振中, 徐力群, 嚴中奇, 焦延濤, 黃青福, 柴先墩, 宗原 申請人:河海大學