本發(fā)明涉及一種持久荷載下全級配混凝土長期性能測試裝置及方法。

背景技術(shù)：

全級配混凝土不同于一般的混凝土，全級配混凝土最大骨料尺寸150mm，普通混凝土的骨料尺寸20～40mm，由于骨料尺寸的不同，導致全級混凝土試件的尺寸要比普通混凝土大得多，全級配混凝土試驗對試驗機的噸位要求很大，一般試驗機做不到，故全級配混凝土的力學試驗相對普通混凝土的試驗要困難的多；全級配混凝土多用于混凝土壩上，故也稱之為大壩混凝土。

由于水泥水化作用隨時間的不斷發(fā)展，混凝土的極限強度和彈性模量隨時間逐漸增強，但混凝土在一定持續(xù)應力的作用下，因水泥凝膠體的粘性流動和內(nèi)部微裂縫的開展而產(chǎn)生的徐變與時俱增，使得材料的長期強度降低。實際工程中的全級配混凝土材料性能的演變，是二者的共同作用的結(jié)果，是一個非常復雜的過程。已有混凝土持續(xù)荷載時間與破壞強度之間的關(guān)系式表明：應力水平為抗壓強度的80％時，荷載持續(xù)22.56天試件發(fā)生破壞；應力水平為抗壓強度的85％時，荷載持續(xù)2.16天試件發(fā)生破壞，長期荷載作用下混凝土的破壞強度與徐變、損傷都有很大的相關(guān)性。

一般而言，大壩設(shè)計服役年限50年～100年，在此期間，混凝土壩承受著自重、水壓力和溫度應力等荷載的作用，荷載作用時間長，荷載持續(xù)作用會引起壩體混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化，進而導致材料內(nèi)部損傷的不斷積累，這些損傷對壩體結(jié)構(gòu)的承載能力有著顯著影響，從而給壩體結(jié)構(gòu)的安全運行帶來潛在的隱患，如何考慮長期持續(xù)荷載下大壩混凝土的性能演化是解決大壩全生命周期性能演化的關(guān)鍵問題，也是開展大壩安全評估的重要依據(jù)。

為此，有必要研究長期持荷條件下大壩混凝土的性能演化規(guī)律。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種持久荷載下全級配混凝土長期性能測試裝置及方法，其有效解決了背景技術(shù)中存在的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種持久荷載下全級配混凝土長期性能測試裝置，所述測試裝置包括反力梁、底梁、超聲波儀和應變采集系統(tǒng)；其中，所述反力梁和底梁通過穿過二者兩側(cè)的高強螺桿連接；所述高強螺桿的兩端均設(shè)置有高強螺帽；所述反力梁的中部下表面從上至下依次連接有并聯(lián)彈簧組、承載器、測力計、上承壓板和被測全級配混凝土試件；所述應變采集系統(tǒng)包括應變片、信號采集裝置和所述測力計；所述應變片設(shè)置在所述被測全級配混凝土試件表面，所述應變片和測力計均與所述信號采集裝置連接；所述超聲波儀的發(fā)射探頭和接收探頭分別設(shè)置在被測全級配混凝土試件的左右兩側(cè)，用于量測被測全級配混凝土試件的波速。

進一步，所述承載器的下端設(shè)置有萬向鉸；所述萬向鉸的下表面抵靠在所述測力計的上表面上。

進一步，所述底梁放置在剛性試驗臺上，所述剛性試驗臺放置在剛性地基上。

進一步，所述被測全級配混凝土試件的下方還設(shè)置有下承壓板。

一種全級配混凝土試件的長期性能進行測試方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

1)在被測全級配混凝土試件加載前，使用所述超聲波儀測量被測全級配混凝土試件的波速V₀，該值為試件未損傷時的波速；

2)使用所述測試裝置對被測全級配混凝土試件施加荷載后，量測被測全級配混凝土試件的波速V₁，此值為試件含有荷載引起的瞬時損傷后的波速；

3)使用所述超聲波儀測量被測全級配混凝土試件在加載持續(xù)不用時間的的波速V_t，此值為試件含有荷載持續(xù)作用引起的損傷后的波速；

由于橫波波速可表示為：

V＝[E/2ρ(1-υ)]^1/2；

式中：ρ為材料密度；E為彈性模量；υ為泊松比；

根據(jù)等效應變原理得到損傷變量表達式：

D＝1-E/E₀；

式中：D是損傷變量，E₀材料未損傷時的彈性模量；E是損傷后的彈性模量；

則由此定義荷載作用持續(xù)時間所產(chǎn)生的損傷：

D(σ，t)＝1-(V_t/V₁)²；

式中，σ為應力水平；

4)通過對試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，最終得到不同荷載水平持續(xù)作用下，全級配混凝土試件損傷隨時間的演化曲線；

5)使用所述應變采集系統(tǒng)采集全級配混凝土試件在持荷過程中的變形規(guī)律，并記錄。

本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：

本申請的測試裝置及方法通過對全級配混凝土試件進行長期持續(xù)施加高應力，最終獲得全級配混凝土的損傷演化規(guī)律。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的測試裝置對全級配混凝土試件進行劈裂抗拉性能測試的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的測試裝置對全級配混凝土試件進行彎曲抗拉性能測試的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為持久荷載下全級配混凝土損傷演化曲線。

具體實施方式

下面，參考附圖，對本發(fā)明進行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。

如圖1-2所示，本發(fā)明提供了一種持久荷載下全級配混凝土長期性能測試裝置，該測試裝置包括反力梁1、底梁2、超聲波儀3和應變采集系統(tǒng)；其中，反力梁1和底梁2通過穿過二者兩側(cè)的高強螺桿4連接；高強螺桿4的兩端均設(shè)置有高強螺帽5；反力梁1的中部下表面從上至下依次連接有并聯(lián)彈簧組6、承載器7、測力計8、上承壓板9和被測全級配混凝土試件10；應變采集系統(tǒng)包括應變片11、信號采集裝置12和測力計8；應變片11設(shè)置在被測全級配混凝土試件10表面，應變片11和測力計8均與信號采集裝置12連接；超聲波儀3的發(fā)射探頭13和接收探頭14分別設(shè)置在被測全級配混凝土試件10的左右兩側(cè)，用于量測被測全級配混凝土試件10的波速。

承載器7的下端設(shè)置有萬向鉸15；萬向鉸15的下表面抵靠在測力計8的上表面上。底梁2放置在剛性試驗臺上，剛性試驗臺放置在剛性地基上。被測全級配混凝土試件10的下方還設(shè)置有下承壓板16。

本發(fā)明還提供了一種持久荷載下全級配混凝土長期性能測試方法，該方法包括如下步驟：

1)在被測全級配混凝土試件加載前，使用超聲波儀測量被測全級配混凝土試件的波速V₀，該值為試件未損傷時的波速；

2)使用測試裝置對被測全級配混凝土試件施加荷載后，量測被測全級配混凝土試件的波速V₁，此值為試件含有荷載引起的瞬時損傷后的波速；

3)使用超聲波儀測量被測全級配混凝土試件在加載持續(xù)不用時間的的波速V_t，此值為試件含有荷載持續(xù)作用引起的損傷后的波速；

由于橫波波速可表示為：

V＝[E/2ρ(1-υ)]^1/2；

式中：ρ為材料密度；E為彈性模量；υ為泊松比；

根據(jù)等效應變原理得到損傷變量表達式：

D＝1-E/E₀；

式中：D是損傷變量，E₀材料未損傷時的彈性模量；E是損傷后的彈性模量；

則由此定義荷載作用持續(xù)時間所產(chǎn)生的損傷：

D(σ，t)＝1-(V_t/V₁)²；

式中，σ為應力水平；

4)通過對試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，最終得到不同荷載水平長期作用下，全級配混凝土試件損傷隨時間的演化曲線，如圖3所示(圖中：σ為試件持荷水平，σ_y為試件的強度)；

5)使用所述應變采集系統(tǒng)采集全級配混凝土試件在持荷過程中的變形規(guī)律，并記錄。

本發(fā)明中的加載方式為：利用千斤頂或堆載的方式進行加載，加載到設(shè)計荷載時，擰緊上部高強螺帽5，保持恒定的外力，若因混凝土的變形，導致荷載損失，可通過上部螺栓進行加載，直至達到設(shè)計要的數(shù)值。

上面所述只是為了說明本發(fā)明，應該理解為本發(fā)明并不局限于以上實施例，符合本發(fā)明思想的各種變通形式均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。