一种测量不同约束度下混凝土强度损伤历程的方法与装备

专利主权项内容

1.一种测量不同约束度下混凝土强度损伤历程的方法，在如下设备中进行，该设备包括一单轴混凝土强度和/或应力试验机中进行，该单轴混凝土强度和/或应力试验机为：包括一模板系统、一温度控制系统、一机械加载系统、一位移测量系统、一声发射测量系统和一荷载测量系统；所述模板系统包括上顶模板、下底模板以及两个侧模板，四个模板之间留有一个用于浇筑或容置试件的空间，至少两个该侧模板的一端通过固定一固定板而连为一体，形成试件的固定端，在两个该侧模板的另一端，两侧模板之间设置一块活动板，当其与试件连为一体时作为试件的活动端；所述温度控制系统为在试件周围设置的一个盒体，该盒体连接温度调节装置，以给试件设定的温度或温度变化历程；所述盒体上和盒体内即试件内部设置温度传感器；所述机械加载系统包括一电机，该电机连接一直线运动机构，该直线运动机构的直线运动的从动件连接所述活动板，使得电机对试件施加轴向压力或拉力而对于试件的变形进行设定约束度的约束；所述位移测量系统包括两个预埋件，使用中相距设定距离地设置在试件中，该预埋件上连接测杆，在至少一根测杆上设置位移传感器；所述声发射测量系统包括若干个声发射探头，使用中设置在试件表面上；所述荷载测量系统包括一荷载传感器，设置在所述活动板和所述从动件之间，以感知电机给试件施加的压力或拉力值；还包括一控制和数据采集系统，其包括一控制装置以控制电机的启闭，并控制对所述温度控制系统中的流体介质源进行加热和/或冷却装置的启闭强弱调节，使得流体介质的温度符合试验中对于温度历程的要求；还包括一控制单元，通过数据线连接各个所述传感器，以采集相应的信息，据此控制所述控制装置而控制电机和加热和/或冷却装置和输出所采集的信息；测量方法是：步骤1：在模板系统中预置预埋件和测杆，并在相应处预置温度传感器；步骤2：在模板系统的试件容置空间中浇筑混凝土，制成混凝土试件，让所述试件的一端与所述固定板固为一体，另一端与所述活动板固为一体；步骤3：在试件固定成型后，在试件的表面上设置声发射探头；步骤4：浇注的同时按照试验要求启动温度控制系统，对试件提供设定的温度或温度变化过程，构成设定的试验环境，并开始根据试验要求设定的约束度按照位移传感器的数据启动电机，对试件实施不同的约束度，采集荷载、应力和裂纹在内的至少一项信息，据此分析试件的强度损伤历程；在所述设备中，还包括辅助试验装置，该辅助试验装置是：除了所述机械加载系统之外，具备所述单轴混凝土强度和/或应力试验机的全部系统，所述模板系统中的活动板置于一平台上，以使得试件能够自由变形，构成零约束状态；在所述步骤1中，同时在辅助试验装置中的模板系统中同样预置预埋件和测杆，相应处设置温度传感器；在所述步骤2中，同时在辅助试验装置中的模板系统中浇筑同样的混凝土试件-对比试件，也称为自由试件；在所述步骤3中，同样在固定成型后的对比试件表面上设置声发射探头；在所述步骤4中，构成同样的试验环境，通过位移传感器采集自由试件的变形量；约束所述试件的荷载由安装在所述试件的活动端的所述荷载传感器测量，所述电机与所述荷载传感器和所述试件组成传力体系，所述试件产生变形量ε并达到预设变形限制时，所述电机接收控制单元的控制指令，带动所述从动件对所述试件的活动端施加拉/压力，使试件位移变化至预设目标；重复上述过程而获取设定试验环境中和设定约束度下所述试件的变形和约束应力变化数据；同时测量：辅助试验装置中活动端的位移量Δl，即自由试件的变形量；f记录所述声发射测量系统中各个探头的振铃数，并进行求和得到总振铃次数N；约束所述试件的位移值ε(t)由设定的约束度和自由试件的位移值确定，如公式(1)所示：ε(t)＝(1-γ)ε (1)Rsh式中，γ是设定的约束度；Rε是位移传感器测量的辅助试件即自由试件的与变形相关的参数，shε＝Δl/lshfΔl是自由试件自由状态下的变形量；fl是标距，即两根测杆之间的原始距离；混凝土的约束度γ为：R式中，Δlr为试件在约束状态下产生的变形量，Δl为自由试件在自由状态下的变形量，f在所述方法中，对混凝土进行强度评价，混凝土长期加载强度由公式(2)计算：f＝f(1-D) (2)tactualt0式中，f是混凝土的无损强度，由室内传统试验获取，即相同混凝土成分、试件形状和环境条件下进行试验；t0D是混凝土的强度损伤参数，为约束水平和损伤参数的函数；D＝γ(aN+b) (3)R式中，N是混凝土加载过程中的振铃次数累计值；γ是混凝土的受约束程度；a和b是完全约束条件下获取的损伤常数，损伤常数是在与本试验相同的温度或温度历程中完全约束条件下获得的，a和b是通过试验结果的回归分析得到的；R公式(3)计算出任意约束条件下混凝土的损伤程度，带入公式(2)计算出混凝土的实际强度，并评价混凝土的开裂风险。