[发明专利]一种模拟多场耦合条件下混凝土试件水力劈裂的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟多场耦合条件下混凝土试件水力劈裂的试验装置。

背景技术

随着大型水利水电工程的不断建成和投入运行，大型水工混凝土结构越来越多，受设计和施工及养护等方面的影响，混凝土出现裂缝几乎是不可避免的，而高坝都是在深水压力和温度变化作用下运行的，因此本发明就是指在模拟多场耦合条件下的水力劈裂问题，尤其可以测出温度对水力劈裂的影响，由于稳定的温度环境难以模拟，加上水力劈裂的试验本身就难度大装置复杂，以往的试验研究由于模型材料，制作方法，量测技术等限制，以往的试验研究都未能全面地研究温度影响的劈裂试验，而本试验将整个水力劈裂装置放入一个密封室内，不仅可以加载轴压和围压，并且保证了稳定和有很大变化范围的温度环境。由此可以更加全面准确地研究水力劈裂问题。  

发明内容    

本发明针对现有水力劈裂试验系统的缺陷，研制了一种可以模拟多场耦合条件下混凝土试件水力劈裂试验装置，可以测得多场耦合条件下水力劈裂特性的试验数据，可以适用于水力劈裂特性试验的研究。

本发明的技术方案是，一种模拟多场耦合条件下混凝土试件水力劈裂的试验装置，包括内径为450mm，高450mm，壁厚15mm的大型圆柱体压力室，内部定位钢架，混凝土试件，混凝土试件上下端进出水钢架套件，布置于压力室内壁的导热铜管和各式传感器等。

本发明所述试件采用四棱柱形，利用预制钢架及钢垫片，配合可从外部伸入的推杆将试件位置固定。试件本身套有橡胶套，上下方各加有透水铜片及小钢架套件，以实现水压的加载和轴向荷载的施加。试件安装完成后将整套压力室放在三轴试验机下，压力室顶盖中央布置可竖向活动的钢棒，实验开始后三轴试验机通过对钢棒加压将轴力传递到试件上。

本发明所述压力室顶盖开有气孔，用导气管连接至外部氮气瓶，利用氮气瓶提供围压。

本发明所述压力室内壁绕有若干圈导热铜管，连接到外部的压缩机，利用外部压缩机提供温度环境，

本发明所述试验水压由导管经试件下垫块及压力室底座，通过外部油气水转换系统提供。

本发明所述各式传感器包括三个位移传感器、一个荷载传感器和一个温度传感器，所述位移传感器布置在顶盖上测量竖向变形，另外，压力室内布置有两个位移传感器，位于试件左右两侧，测量试件的横向变形。荷载传感器布置于试件所处钢架后部，测量试件前后面的压力，温度传感器从顶盖螺栓孔旋转插入压力室内部以测量压力室内的温度，所有安装在装置中传感器均在主机上实现实时测量和数据保存。

本发明的优点：

1）  改变了传统劈裂试验无法模拟混凝土劈裂过程中的温度场的缺陷，本试验装置可模拟稳定的温度场，且此温度场可以模拟最低-20摄氏度至90摄氏度的温度情况。

2）  可以根据试验需要，开展不同水压、围压、轴压和温度条件组合工况下的混凝土试件水力劈裂试验，研究不同条件下的混凝土结构水力劈裂特性。

3）  试验过程中的水压、围压、轴压和温度数据采集互不干扰，可实现试验全过程全自动实时采集和数据保存。

附图说明    附图1  本发明压力室俯视示意图；

附图2  本发明压力室剖视示意图；

附图3  上钢套件细部示意图；

附图4  橡胶套示意图；

附图5  前垫块及U型垫块示意图。

图中：1轴力钢棒；2顶盖；3顶盖螺栓；4温度铜管；5轴力垫板；6上钢套件；7横向位移传感器；8混凝土试件；9下钢套件；10固定螺栓；11出水接口；12橡胶套；13后连接板；14钢架轴；15进水接口；16钢垫条；17荷载传感器；18后钢垫板；19前钢垫板；20推杆延长头；21前连接板；22进水口；23出水口；24推杆前端；25推杆；26钢套件上块预留孔；27钢套件上块；28钢套件中块上下面预留孔；29钢套件中块；30钢套件中块侧面预留孔；31钢套件连接螺栓；32钢套件下块；33透水铜板；34，橡胶套上面预留孔；35橡胶套上面留余部分；36前钢垫板弧形凹槽；37 U型垫块；38竖向位移传感器；39顶盖气孔；40温度传感器。

具体实施方式