混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置与方法制造方法及图纸

一种混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置及方法，该装置包括一底座，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，该容置空间设有若干微震传感器；该微震传感器连接至微震信号接收器，该微震信号接收器连接至裂纹捕捉与时空分机，该裂纹捕捉与时空分机连接至裂纹可视化显示器。本发明专利技术能够捕捉混凝土微裂纹发展过程，掌握混凝土强度等参数的发展规律，对实际工程中判断混凝土均匀、离散型性等材料性能提供保障。

【技术实现步骤摘要】
混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置与方法
本专利技术属于水利水电工程
，特别是一种混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置与方法。
技术介绍
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。现有的测试水工混凝土抗裂性能的装置和方法是通过不同的装置分别测试水工混凝土不同的性能参数，通过分别评估多个性能参数(如绝热温升、弹性模量、抗拉强度、自生体积变形、徐变等等)，来测试或者说评价混凝土的抗裂性能。上述方法不但涉及的仪器设备多，试验费用高，而且这些参数都是独立测试，几个龄期的参数，不受其他参数和环境的影响。工程实际中，混凝土各参数相互影响、相互制约和发展，历程较长，混凝土的抗裂性能也是一个综合因素影响下的全过程抗裂性能。因此，急需一种新的测试方法，直接测量综合影响因素下的全过程的混凝土抗裂性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置与方法，其能够捕捉混凝土微裂纹发展过程，掌握混凝土强度等参数的发展规律，对实际工程中判断混凝土均匀、离散型性等材料性能提供保障。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置，它包括一底座，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；该容置空间设有若干微震传感器；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；该微震传感器连接至微震信号接收器，该微震信号接收器连接至裂纹捕捉与时空分机，该裂纹捕捉与时空分机连接至裂纹可视化显示器。进一步的，所述环境箱内还设有太阳辐射传感器、降雨传感器和风速传感器中的至少一种，分别连接至所述测量控制系统的输入端；所述环境箱内还对应设有太阳辐射调节装置、降雨调节装置和风速调节装置中的至少一种，分别连接至所述测量控制系统的输出端。进一步的，所述微震传感器为声发射传感器。一种混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的方法，利用所述的混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置，它包括下列步骤：A.将混凝土原材料按照相应配比搅拌，浇入容置空间内，形成试件；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；安装微震传感器，设定环境箱的温度、湿度历程曲线；待混凝土初凝后，开始试验；B.利用所述微震信号接收器及与之连接的裂纹捕捉与时空分机，通过微震传感器接收开裂事件的频度，获得混凝土微裂缝的时间变化过程；通过微震信号到达位于试件上不同位置的微震传感器的时间差，进而定位混凝土微裂缝的空间分布形态；C.通过试件上不同位置布置的微震传感器接收到的微震信号的强弱，定量判断混凝土微裂纹的大小程度；D.通过试件上不同位置布置的微震传感器接收到的微震信号的波性特征，计算地震矩张量，进而判断混凝土微裂纹的性质，是张性裂缝还是剪切裂缝；E.通过试件上不同位置布置的微震传感器接收到信号的时间相位差和信号强弱程度，定量确定混凝土的材料均匀性；F.通过试件上不同位置布置的微震传感器接收到信号的时间相位差和信号强弱程度，定量确定混凝土的强度离散性。进一步的，所述步骤A中，通过加载系统对试件施加应力，通过位移传感器得到试件变形曲线。进一步的，当试件断时，通过试件上不同位置布置的微震传感器信号分析，进行混凝土试件断口和非断口部位的对比分析，得出混凝土的材料性能。进一步的，根据微震传感器捕捉的混凝土信息，结合混凝土试件的应力和变形曲线，对比分析，得出混凝土的参数和开裂性能。进一步的，利用裂纹可视化显示器，动态展示试件裂纹的发展过程，全过程掌握混凝土微裂缝发展过程。进一步的，在浇筑所述试件之前，在所述固定夹头和活动夹头之间设置“工”字型的定位件，该定位件的两端分别和固定夹头和活动夹头通过定位销固定连接；并在浇筑试件后3小时拆除该定位件。进一步的，在所述方法中，环境箱对于真实环境进行模拟，采用如下步骤中的至少一个：①环境温度针对当地的情况而定，即模拟真实环境的当地，将月平均气温资料拟合成一条余弦曲线，下式(1)为拟合后的计算公式：式中，Ta为气温，Tam为年平均气温，Aa为气温年变幅，τ为时间(月)，τ0为气温最高的时间(月)；考虑气温日变化，采用下式(2)计算：式中，为日气温，Ta为月平均气温，A为气温日变化幅度，t为1天中的时刻(时)根据不同地区的不同季节而定；②太阳辐射热单位时间内在单位面积上太阳辐射来的热量是S，其中设被混凝土吸收的部分为R，剩余部分被反射掉，则：R＝αs、S(3)式中，αs为吸收系数，混凝土表面取0.65；S＝S0(1-kn)(4)式中，S0为晴天太阳辐射热，n为云量，k为系数；日照的影响相当于周围空气的温度增高了ΔTa，ΔTa＝R/β(5)式中，β为混凝土表面放热系数，根据表面粗糙程度和风速计算得出；③降水查询工程所在地气象部门的降水量，通过降水设备和降水量控制器来模拟降水；并通过公式(9)计算降水量，Ps＝Pt{1-exp[-(Ta-Tr)/(Tr-Ts)]2}+，Tr≥TsPr＝Pt-Ps(6)式中Ps为降雪量，Pr为降雨量，Pt为总降水量，Ta为日平均气温，Tr为降雨临界气温，Ts为降雪临界气温；④风速查询工程所在地的气象部门的风速，启动风速模拟装置，以根据风速得出混凝土表面散热系数。本专利技术的有益效果是：本专利技术混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置与方法，其可以改进现有水工混凝土全过程开裂试验方法的局限和不足，对混凝土在实际环境条件变化发展条件下的全过程抗裂性能进行试验，为掌握混凝土力学性能和防止混凝土裂缝产生提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置，其特征在于，它包括一底座，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；该容置空间设有若干微震传感器；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；该微震传感器连接至微震信号接收器，该微震信号接收器连接至裂纹捕捉与时空分机，该裂纹捕捉与时空分机连接至裂纹可视化显示器。...

【技术特征摘要】
1.一种混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置，其特征在于，它包括一底座，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；该容置空间设有若干微震传感器；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；该微震传感器连接至微震信号接收器，该微震信号接收器连接至裂纹捕捉与时空分机，该裂纹捕捉与时空分机连接至裂纹可视化显示器。2.根据权利要求1所述的混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置，其特征在于：所述环境箱内还设有太阳辐射传感器、降雨传感器和风速传感器中的至少一种，分别连接至所述测量控制系统的输入端；所述环境箱内还对应设有太阳辐射调节装置、降雨调节装置和风速调节装置中的至少一种，分别连接至所述测量控制系统的输出端。3.根据权利要求1或2所述的混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置，其特征在于：所述微震传感器为声发射传感器。4.一种混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的方法，其特征在于：利用权利要求1、2或3所述的混凝土仿真实验机与微震相结合监测混凝土全过程开裂的装置，它包括下列步骤：A.将混凝土原材料按照相应配比搅拌，浇入容置空间内，形成试件；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；安装微震传感器，设定环境箱的温度、湿度历程曲线；待混凝土初凝后，开始试验；B.利用所述微震信号接收器及与之连接的裂纹捕捉与时空分机，通过微震传感器接收开裂事件的频度，获得混凝土微裂缝的时间变化过程；通过微震信号到达位于试件上不同位置的微震传感器的时间差，进而定位混凝土微裂缝的空间分布形态；C.通过试件上不同位置布置的微震传感器接收到的微震信号的强弱，定量判断混凝土微裂纹的大小程度；D.通过试件上不同位置布置的微震传感器接收到的微震信号的波性特征，计算地震矩张量，进而判断混凝土微裂纹的性质，是张性裂缝还是剪切裂缝；E....

【专利技术属性】
技术研发人员：张国新，王振红，冯少孔，刘毅，辛建达，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11