混凝土断裂测试系统及其测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种混凝土断裂测试系统及其测试方法，属于混凝土材料性能测试技术领域。该系统包括测量系统和数据采集处理系统，在测量系统的压力试验机平台上设有支撑混凝土试件的支座和对称位于混凝土试件周侧的偶数根垫柱，垫柱上套装有伸出其顶端并高于压力传感器的弹簧。该方法是采用该系统使顶板与平台相对移动时，先接触弹簧后再接触压力传感器，当顶板接触到压力传感器时，控制加载到混凝土试件上的荷载以小幅加载速率持续加载直至混凝土试件开裂、失稳和破坏；同时采集荷载信号、裂缝张口位移信号并传送给计算机。采用该系统和方法可以获得精细的荷载－位移曲线，从而计算出精确的混凝土双Ｋ断裂参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于测试混凝土断裂性能的系统及其测试方法，属于混凝土材料 性能测试

技术介绍
混凝土断裂韧度是水电水利与交通工程混凝土结构抗裂、防裂设计及裂缝评定中 分析混凝土抗裂能力和建筑物裂缝扩展稳定性的重要依据。要了解混凝土断裂机理，解决 混凝土结构物的裂缝扩展问题，首先需要通过混凝土材料的断裂试验，正确测定混凝土断 裂参数和了解混凝土失稳断裂前裂缝扩展过程与缝端附近区域的物理特性及其力学行为。 目前混凝土断裂参数中常见的是双K断裂参数，即起裂断裂韧度和失稳断裂韧度i^1。据申请人了解，现有规范测量混凝土双K断裂参数一般是采用三点弯曲梁试验， 如图1所示，在三点弯曲梁试验中，混凝土试件3在浇筑时先制一条预置裂缝20，试验机 将荷载加载在压力传感器4上通过垫板传递给混凝土试件3，通过采集临界裂缝张口位移 CMODc和最大荷载Fmax来计算临界有效裂缝长度a。的值，进 而计算裂缝的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度&1。另外，公布号为CN101706389A的中国专利也采用了三点弯曲梁试 验，该专利是在如图1所示的裂缝20处设置夹式引申计，在梁试件1受力的过程中采集荷 载和挠度，通过计算出荷载和挠度的曲线面积除以混凝土试件3的韧带面积从而得到混凝 土试件3的断裂能；该专利只是为抵消梁试件自重所做的功设计的试验装置，从而无需拟 合试验曲线而计算出梁试件的断裂能。上述现有采用三点弯曲梁试验的装置及方法存在的问题是现有试验机的量程和 精度较低，通常加载速率在80N/s - 120N/S，这样就导致一、采集有关试(如荷载、 位移和应变等数据)的数量较少(即采集频率低)，从而造成采集的荷载-位移曲线较为粗 糙，进而使计算出的双K断裂参数不精确，尤其对于小尺寸的混凝土梁试件(譬如水泥砂浆 试件)来说，采集试的精度更是无法满足混凝土梁试件的设计要求；二、实际采集选 ^SM时往往要中止加载荷载(即不能持续地增加荷载)进行静态采集，这样得到的试验 SM均是间断值，不能够形成连续的荷载-位移曲线；三、经常采集不到试件刚起裂和失稳 时的数据，从而使计算出的双K断裂参数根本不准确；四、在荷载-位移曲线下降段，由于要 求施加的荷载速率要小，否则试件容易突然发生破坏，因此很难采集到荷载_位移曲线下 降段过程。由于存在以上的问题和缺陷，现有采用三点弯曲梁试验确定混凝土双K断裂参数 时，只是将采集到的MMM用于经验公式来判断混凝土梁试件的起裂或失稳状态，无法 定量验证计算双K断裂参数值的准确性，从而无法确定断裂时刻的准确性，更不能深入的 揭示混凝土内部的裂缝演化过程，也很难在实际工程中直接使用所得的双K断裂参数。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提出一种在三点弯曲梁试验中能够更加精细化采集各种混凝土试件断裂破坏全过稈的试验数据,从而可以更加精确地计算获得双K断裂参数的 测试系统及其测试方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案之一是一种混凝土断裂测试系 统，包括测量系统和数据采集处理系统，所述测量系统包括现有的压力试验机、用于放置在 混凝土试件顶部的压力传感器和用于设置在混凝土试件预制裂缝处的夹式引伸计，所述压 力试验机含有平台、位于压力传感器上方的顶板和用于推动平台与顶板相对移动的驱动装 置，所述平台上设有彼此间隔用于支撑混凝土试件的支座，所述数据采集处理系统主要由 动态应变采集仪和计算机组成；所述平台上还设有对称位于混凝土试件周侧的偶数根垫 柱，所述垫柱上套装有伸出其顶端的弹簧；所述弹簧未受压时相对平台的高度高于压力传 感器未受压时相对平台的高度。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案之二是一种混凝土断裂测试方 法，采用如技术方案之一所述混凝土断裂测试系统进行测试，包括以下步骤1)在压力试验机的平台上安装垫柱，根据试验要求经计算选择弹簧并将弹簧套装 在垫柱顶端；2)将混凝土试件安置在压力试验机的平台上，根据试验要求经计算选择压力传感 器并将压力传感器放置在混凝土试件上，使弹簧相对平台的高度高于压力传感器相对平台 的高度；3)在混凝土试件的预制裂缝处安置夹式引伸计；4)启动压力试验机和数据采集系统，当压力试验机的顶板接触到弹簧时，动态应 变采集仪开始采集零点；5)当压力试验机的顶板接触到压力传感器时，先控制压力试验机的驱动进给量使 加载到混凝土试件上的荷载以10N/S的加载速率加载至试验要求极限荷载的50%，然后以 1N/S的加载速率持续加载直至混凝土试件开裂破坏；6)当在第5)步骤中以1N/S的加载速率持续加载时，动态应变采集仪同步采集荷 载信号和裂缝张口位移信号，并将采集的荷载信号和裂缝张口位移信号传送给计算机，由 计算机输出荷载_位移曲线并计算双K断裂参数。本专利技术的在具体试验时，压力试验机驱动平台 与顶板相对移动后，顶板首先接触到弹簧，弹簧受到压力后产生反作用弹力抵消掉大部分 压力，之后顶板再逐步缓慢的接触压力传感器，从而使压力试验机实际加载在混凝土试件 上的荷载值很小，最小能精确控制为1N/S，而且荷载施加过程非常缓慢，能够满足荷载_位 移曲线下降段的加载速率要求。这样，相比现有三点弯曲梁试验，本专利技术的有益效果是由于在现有压力试验机的 平台上安装垫柱和弹簧，并使弹簧相对平台的高度高于压力传感器相对平台的高度，因此 可以将压力试验机加载到混凝土试件上的荷载以较小的加载速率持续加载，即混凝土试件 可以处于以较小单位荷载的持续加载作用下，在这种连续加载过程中，压力传感器和夹式 引伸计可以对各种不同等级、不同级配混凝土试件连续获得更加精细(即更多个)的荷载 信号和裂缝张口位移信号，并实时将这些信号传给动态应变采集仪和计算机，从而获得更 加精细的荷载-位移曲线，进而经计算处理后可以得到更精确的双K断裂参数，并最终了解 和掌握混凝土试件断裂破坏的全过程。上述技术方案之一的改进之一是还包括声发射仪和安置于混凝土试件表面的声 发射传感器，所述声发射仪的输入端和输出端分别通过数据线与声发射传感器和计算机连 接。上述技术方案之二的改进之一是所述第1)步骤中，还采用有声发射仪和声发射 传感器；所述第3)步骤中，在混凝土试件表面安置声发射传感器；所述第6)步骤中，当以 1N/S的加载速率持续加载时，所述声发射仪采集来自于混凝土试件内部缺陷发出的声发射信号。上述技术方案之一的改进之二是还包括应变片，所述应变片安置于混凝土试件 预制裂缝处并通过数据线与动态应变采集仪连接。上述技术方案之二的改进之二是所述第3)步骤中，在混凝土试件表面安置应变 片；所述第6)步骤中，当以1N/S的加载速率持续加载时，所述动态应变采集仪还同步采集 混凝土试件的应变信号。经上述改进后，本专利技术的在获取精细的荷载信 号和裂缝张口位移信号以外，还可以进一步获取混凝土试件在持续加载过程中对应每个荷 载信号和裂缝张口位移信号的混凝土试件断裂的声音特征信号(如振铃计数、事件计数 等)或应变信号，通过对这些声音特征信号或应变信号的识别、判断和分析，找到混凝土试 件出现起裂和失稳状态的准确时刻及对应该时刻的荷载值和裂缝张口位移值，从而为准确 计算获得混凝土试件双K断裂参数提供直接依据，即提高双K断裂参数计算的准确性。上述技术方案之一的进一步改进是所述垫柱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种混凝土断裂测试系统，包括测量系统和数据采集处理系统，所述测量系统包括现有的压力试验机、用于放置在混凝土试件顶部的压力传感器和用于设置在混凝土试件预制裂缝处的夹式引伸计，所述压力试验机含有平台、位于压力传感器上方的顶板和用于推动平台与顶板相对移动的驱动装置，所述平台上设有彼此间隔用于支撑混凝土试件的支座，所述数据采集处理系统主要由动态应变采集仪和计算机组成；其特征在于所述平台上还设有对称位于混凝土试件周侧的偶数根垫柱，所述垫柱上套装有伸出其顶端的弹簧；所述弹簧未受压时相对平台的高度高于压力传感器未受压时相对平台的高度。2.根据权利要求1所述混凝土断裂测试系统，其特征在于还包括声发射仪和安置于 混凝土试件表面的声发射传感器，所述声发射仪的输入端和输出端分别通过数据线与声发 射传感器和计算机连接。3.根据权利要求1所述混凝土断裂测试系统，其特征在于还包括应变片，所述应变片 安置于混凝土试件预制裂缝处并通过数据线与动态应变采集仪连接。4.根据权利要求2或3所述混凝土断裂测试系统，其特征在于所述垫柱和弹簧均是 围绕混凝土试件两侧彼此对称布置的四根。5.根据权利要求4所述混凝土断裂测试系统，其特征在于所述弹簧的性能参数按照 下式选取，F = kx，式中，F——弹簧所承受荷载，Nk——弹簧刚度4 = ^·，N/mm oC ηG——弹簧材料的切变模量，MPa C——弹簧的旋绕比，C = D2/d D2——弹簧直径，mm d——弹簧丝直径，mm η——弹簧有效圈数 χ——弹簧的变形量，mm。6.根据权利要求5所述混凝土断裂测试系统，其特征在于所述夹式引伸计嵌在分别 粘贴在混凝土试件的预置裂缝口两侧的刀口薄钢条之间，所述压力试验机是液压试验机， 所述驱动装置是安置于平台下部的液压缸。7.一种混...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡少伟，陆俊，
申请(专利权)人：胡少伟，
类型：发明
国别省市：84