[发明专利]一种测量混凝土全过程温度应力的方法

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程的技术领域，特别是一种测量混凝土全过程温度应力的方法。

背景技术

大体积混凝土的裂缝问题一直是困扰国内外工程界的一个重要难题，混凝土裂缝的出现，不但影响着结构的外观质量，也严重影响着工程的使用寿命和安全，进而威胁到人民的生命财产。因此，如何避免裂缝的产生或者降低裂缝发生的可能就成为工程建设者所关心的问题，特别是大体积混凝土结构，温度裂缝是主要的裂缝形式。截止目前，对大体积混凝土的温度裂缝防止主要从如下三方面着手：(1)优化混凝土结构，改善受力特性；(2)材料方面改进，优化混凝土配合比，改善混凝土的材料性能，真实掌握混凝土热力学特性；(3)采取施工措施，降低混凝土温度，防止混凝土产生过大的温差。

对水工大体积混凝土而言，温度应力是一个主要荷载，也是产生温度裂缝的主要原因。目前，水工界对于水工混凝土温度应力主要是通过仿真计算得到，受很多参数真实性影响，其很难真实反映工程实际情况；应力也是根据混凝土应变计等观测数据，经过一系列的公式间接获得温度应力，受经验公式和很多中间参数的影响，计算出的温度应力很难反映工程实际情况，严重影响着工程建设者的决策，另外，公式计算出的温度应力，也是几个龄期的温度应力，并不是全过程的温度应力过程。因此，一种测量混凝土全过程温度应力的装置和方法就成为工程所需。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量混凝土全过程温度应力的方法，其可以改进现有水工混凝土全过程温度应力试验方法的局限和不足，对混凝土在温度变化发展条件下的全过程温度应力进行试验，为掌握混凝土力学性能和防止混凝土裂缝产生提供可靠依据。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种测量混凝土全过程温度应力的方法，它利用一个试验装置，该试验装置包括一底座，该底座上设置有一用于隔绝外界环境的环境箱，该环境箱内设有混凝土试件容置装置；

该混凝土试件容置装置包括固定夹头、活动夹头、两个侧模板，拼合构成一个上端敞口或者上下端均敞口的容置空间，该固定夹头固定设置在该环境箱一端，该活动夹头可沿该容置空间的长度方向的轴线移动地设置在该环境箱另一端，两个侧模板平行置于该固定夹头和活动夹头之间；该环境箱或者该环境箱和该容置空间设置温度传感器和湿度传感器；该环境箱和混凝土试件容置装置还设有温度调节装置和湿度调节装置；

还包括一加载系统；该加载系统包括一反力框架、一传动装置和一带有减速机的伺服电机，该反力框架固定设置在该底座上，将该环境箱包围；该传动装置包括设于该反力框架上的主动丝杠，该主动丝杠末端连接约束轴，该约束轴穿过该环境箱且末端穿与该活动夹头连接，而使得该活动夹头位置固定或在该轴线方向移动；该伺服电机与该主动丝杠连接；该约束轴顶部设有测量顶，该测量顶与该环境箱之间设有位移传感器；该传动装置设有应力传感器；

该温度传感器、湿度传感器、位移传感器、应力传感器连接至测量控制系统的输入端，该温度调节装置、湿度调节装置和该伺服电机均连接至测量控制系统的输出端；

将混凝土原材料按照相应配比搅拌，浇入该容置空间内，形成试件，盖好温度模板上盖；将温度传感器分别插入试件中部三等分点，以及环境箱测温孔内；试件中部安装位移传感器，并用定位工装固定，保持其位置恒定；设定相应的温度和约束参数，待混凝土终凝后拆除定位工装；

预先设定一个位移变化阈值ΔL，在温度变化过程中，混凝土试件产生热胀冷缩α ΔT L，当其变形达到设定的阈值时(式1)，计算机控制系统根据设定使位移控制系统运行，把这个变形减小，直至混凝土试件恢复原长；

α ΔT L＝ΔL (1)

α为混凝土的热膨胀系数，10-6/℃；ΔT为混凝土的温度变化；L为混凝土试件的标准长度；ΔL为设定的混凝土试件位移变化阈值。

混凝土试件在恢复原长的过程中，其受压或者受拉(分别对应温升和温降)，产生应力增量Δσ；

随着混凝土温度变化的发展，混凝土应力也在不断地累加，混凝土全过程温度应力形成如式(2)：

σ为混凝土全过程温度应力；Δσ为每达到位移阈值后恢复到原长时的应力增量；n为全过程中的应力增量次数。