一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机制造技术

本发明专利技术提供了一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，它包括动力传动架、逆时针传动齿轮、间接齿轮、顺时针传动齿轮、单向轴承、曲轴、传动连杆、导轨、轴力传感器、作动连接杆、凸型加载架、凹型加载架、轴承、传力钢轴、高压密封缸、密封缸连接杆、非接触式光测窗口、排气孔及注水管；由动力传动架依次带动逆时针传动齿轮、顺时针传动齿轮转动，进而凸型加载架、凹型加载架上下交替运动，实现往复荷载的加载；单向轴承可自由转动方向，调整齿轮的不同齿数啮合区域，以调节不同的往复荷载。本发明专利技术试验机测试功能多样，过程安全可控、操作便捷，结构简单，能够用于高水压及往复荷载作用下混凝土构件的水力劈裂问题研究。

Hydraulic splitting test machine capable of adjusting reciprocating load of concrete member

The invention provides a splitting test machine of concrete hydraulic reciprocating load adjustable, which comprises a power transmission frame, transmission gear, gear counterclockwise, clockwise indirect drive gear, one-way bearings, crankshaft, connecting rod, drive rails, axial force sensor, actuator connecting rod and a convex type, loading frame concave type loading frame, bearing and force transmission shaft, steel cylinder, high-pressure seal sealing cylinder connecting rod, noncontact optical window, vent and water injection pipe; a power transmission frame sequentially drives the drive gear clockwise, counterclockwise rotation of the transmission gear, and the convex concave loading frame, a loading frame under alternating motion that realizes reciprocating load; one-way bearing can rotate freely, different number of teeth meshing area adjusting gear, to adjust the reciprocating load different. The testing machine of the invention has the advantages of various testing functions, safe and controllable process, convenient operation and simple structure, and can be used for hydraulic fracturing of concrete members under the condition of high water pressure and cyclic loading.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水工混凝土建筑物水力劈裂模拟实验
，特别是涉及一种不同往复荷载作用下的混凝土构件发生水力劈裂的测试试验机。适用于探索水工混凝土结构在往复荷载不同情况下发生水力劈裂的机理和规律，也可用于研究减小水力劈裂危害的方法。
技术介绍
混凝土作为水工建筑物中主要工程材料之一，在水利工程施工、运行等过程中，由于各种因素的影响，不可避免的会出现裂缝，将这些混凝土结构内已有裂缝在高水压作用下，发生扩张、扩展、相互贯通等物理现象统称为水力劈裂。而传统的混凝土结构设计中往往容易忽略裂缝内的水荷载对结构的影响，这显然是不合时宜的，如法国的马尔帕赛(Malpasset)拱坝由于坝基裂缝渗水，发生水力劈裂效应而引起溃坝。这些水利工程的安全不仅影响整个工程效应的充分发挥，更直接威胁到下游人民群众的生命财产安全，是关乎国计民生的大事，所以，水工混凝土结构的水力劈裂问题也引起了工程界极大的关注。在我国西北、西南地区兴建了一大批高混凝土坝，这些大坝所处地区地质条件复杂，地震较为频繁，在受到高水压作用的同时常常也会出现地震等往复荷载的作用。由于高水压下的混凝土构件水力劈裂试验难度大，装置较为复杂，研究进展缓慢。因此，加速开展往复荷载及高水压作用下，混凝土构件的试验研究，对探索水工混凝土结构在往复荷载及高水压下发生水力劈裂的机理和规律，研究减小水力劈裂危害，确保结构安全的方法有着重要的理论意义和工程参考价值。目前，一方面有学者采用将圆柱形试件，将裂缝完全预制与试件内部，通过向内部裂缝充入高压水或高压氮气的方式实现劈裂过程；另一方面有学者采用紧凑型拉伸试件，通过楔形加载装置实现水力劈裂过程。前者由于裂缝完全处于试件内部，无法施加动水荷载，且只能测得试件发生劈裂时的静水压力和劈裂结束后的裂缝最终扩展路径，无法观测劈裂的实时过程；后者多数只能施加静荷载或冲击荷载，裂缝只能单向的张开，有部分专利建议采用采用弹簧或磁铁的方式提供拉力，以使裂缝动态闭合，但提供的拉力有限，闭合过程有可能不充分，与实际状况存在较大的差距。此外，混凝土结构在地震等往复荷载及高水压作用下，裂缝发生开裂后闭合，由于结构强度降低，闭合过程必然快于裂缝的张开过程，这是目前已有研究都未能实现的。本专利技术提供了一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，不仅能实现往复荷载及高水压的同时加载，还可以调节裂缝的张开、闭合速率，更加切合实际裂缝扩展情况。
技术实现思路
技术问题：针对现有技术方案存在的问题，本专利技术公开了一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，可对全级配混凝土构件裂缝的起裂、扩展及失稳等全过程进行实时观测。与现有混凝土断裂扩展测试试验机相比，本专利技术在施加往复荷载的同时，在裂缝缝间施加高水压，测试全级配混凝土构件水力劈裂全过程，且可实现裂缝张开、闭合速率的不同，更符合实际情况，其结构设计简单、操作便捷，测试功能多样、过程安全可控技术方案：一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，其特征包括动力传动架、逆时针传动齿轮、间接齿轮、顺时针传动齿轮、单向轴承、曲轴、传动连杆、导轨、轴力传感器、作动连接杆、凸型加载架、凹型加载架、轴承、传力钢轴、高压密封缸、密封缸连接杆、非接触式光测窗口、排气孔及注水管；动力传动架、逆时针传动齿轮、间接齿轮、顺时针传动齿轮、单向轴承、曲轴、传动连杆、导轨、轴力传感器、作动连接杆、凸型加载架、凹型加载架组成混凝土试件的荷载加载部分；轴承、传力钢轴组成混凝土试件的荷载传动部分；高压密封缸、密封缸连接杆、非接触式光测窗口组成混凝土试件的高压密封腔部分；高压密封缸顶部有排气孔，侧面有注水管；传力钢轴位于混凝土试件上部的两个四分点处；混凝土试件上部有一预制裂缝，裂缝下侧线性阵列一系列水压测压孔；混凝土试件放置于高压密封缸内部，其底部置于试样支座上。所述混凝土试件为全级配混凝土试件，其尺寸为450mm×450mm×200mm；所述预制裂缝位于混凝土试件上端面中心处，宽度1～3mm，深度150～200mm为宜；所述水压测压孔线性阵列分布于裂缝下侧，直径宜为1～3mm；预制裂缝、混凝土试件、试样支座三者中心线位于同一平面。所述的混凝土试件上部四分点处开有钢轴孔洞，传力钢轴穿过钢轴孔洞，两端分别连接轴承；所述传力钢轴与混凝土试件之间是可转动的。所述的逆时针传动齿轮及顺时针传动齿轮均为不完全齿轮，其内圈套在单向轴承上，并由曲轴串接；单向轴承一个方向上锁死，此时动力传动架依次带动逆时针传动齿轮、顺时针传动齿轮及相应的凹型加载架、凸型加载架，实现对混凝土试件的往复荷载的加载；单向轴承另一个方向自由转动，用于调整逆时针传动齿轮、顺时针传动齿轮的不同齿数啮合区域，以调节不同的往复荷载。所述的逆时针传动齿轮及顺时针传动齿轮两者模数相同，齿数不同，逆时针传动齿轮的传动比小于顺时针传动齿轮的的传动比，即，往复荷载作用下预制裂缝的闭合速率大于张开、扩展速率。有益效果：本专利技术提供的一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，与现有技术相比，往高压密封腔注入高压水，通过不完全齿轮传动的模式对混凝土构件施加往复荷载，可通过单向轴承自由转动方向调节不同的往复荷载大小，克服了传统混凝土断裂扩展测试试验机无法测试往复荷载及高水压下裂缝张开、闭合过程的缺陷；混凝土构件发生断裂后，强度降低，其裂缝闭合过程必然快于张开过程，已有研究均未能实现，本专利技术预制裂缝扩展过程中，高压水迅速充满缝间，预制裂缝闭合过程中，首先从传力钢轴端面处开始闭合，缝间高压水因流出不及时而压力升高，促使裂缝进一步扩展，裂缝闭合过程快于张开过程，更符合实际情况；在试验过程中，可通过非接触式观测窗口采用现代光测力学实验技术记录下整个劈裂过程中裂缝附近区域的应变场实时状况，且可通过预留的水压测压孔测得缝间水压力的分布，可研究混凝土结构裂缝的张开、闭合过程缝间水压力与地震等往复荷载及外部水压力的相关性关系式，为探究混凝土结构在动载及高压水作用下的开裂扩展机理提供实验依据。本专利技术提供的测试试验机结构设计简单，操作便捷，测试功能多样、过程安全可控。附图说明图1为本专利技术一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机实施时的示意图；图2为图1的a部结构局部放大示意图；图3为本专利技术一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机实施时的正面示意图；图4为本专利技术一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机实施时的侧立示意图；图5为图4的b部结构局部放大示意图。图中：1-试样支座 2-混凝土试件3-凸型加载架 4-轴承5-非接触式光测窗口 6-凹型加载架7-排气孔 8-轴力传感器9-传动连杆 10-逆时针传动齿轮11-间接齿轮 12-顺时针传动齿轮13-动力传动架 14-单向轴承15-曲轴 16-导轨17-作动连接杆 18-预制裂缝19-密封缸连接杆 20-传力钢轴21-注水管 22-高压密封缸23-水压测压孔具体实施方式以下结合附图对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，其特征在于：包括动力传动架、逆时针传动齿轮、间接齿轮、顺时针传动齿轮、单向轴承、曲轴、传动连杆、导轨、轴力传感器、作动连接杆、凸型加载架、凹型加载架、轴承、传力钢轴、高压密封缸、密封缸连接杆、非接触式光测窗口、排气孔及注水管；动力传动架、逆时针传动齿轮、间接齿轮、顺时针传动齿轮、单向轴承、曲轴、传动连杆、导轨、轴力传感器、作动连接杆、凸型加载架、凹型加载架组成混凝土试件上的荷载加载部分；轴承、传力钢轴组成混凝土试件上的荷载传动部分；高压密封缸、密封缸连接杆、非接触式光测窗口组成混凝土试件的高压密封腔部分；高压密封缸顶部有排气孔，侧面有注水管；传力钢轴位于混凝土试件上部的两个四分点处；混凝土试件上部有一预制裂缝，裂缝下侧线性阵列一系列水压测压孔；混凝土试件放置于高压密封缸内部，其底部置于试样支座上。

【技术特征摘要】
1.一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，其特征在于：包括动力传动架、逆时针传动齿轮、间接齿轮、顺时针传动齿轮、单向轴承、曲轴、传动连杆、导轨、轴力传感器、作动连接杆、凸型加载架、凹型加载架、轴承、传力钢轴、高压密封缸、密封缸连接杆、非接触式光测窗口、排气孔及注水管；动力传动架、逆时针传动齿轮、间接齿轮、顺时针传动齿轮、单向轴承、曲轴、传动连杆、导轨、轴力传感器、作动连接杆、凸型加载架、凹型加载架组成混凝土试件上的荷载加载部分；轴承、传力钢轴组成混凝土试件上的荷载传动部分；高压密封缸、密封缸连接杆、非接触式光测窗口组成混凝土试件的高压密封腔部分；高压密封缸顶部有排气孔，侧面有注水管；传力钢轴位于混凝土试件上部的两个四分点处；混凝土试件上部有一预制裂缝，裂缝下侧线性阵列一系列水压测压孔；混凝土试件放置于高压密封缸内部，其底部置于试样支座上。2.根据权利要求1所述的一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，其特征在于：动力传动架、逆时针传动齿轮、间接齿轮、顺时针传动齿轮之间采用不完全齿轮传动模式，带动凸型加载架、凹型加载架上下交替运动，实现往复荷载的加载。3.根据权利要求1所述的一种往复荷载可调的混凝土构件水力劈裂测试试验机，其特征在于：逆时针传动齿轮及顺时针传动齿轮两者...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文虎，杜成斌，江守燕，孙立国，戴上秋，章鹏，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32