l〇-6/°C，對(duì)整個(gè)裝置的影 響僅為〇. 000924mm/C，可在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中扣除此誤差，結(jié)果更精確；活動(dòng)夾頭312下面與底 座1之間采用高精度滑軌裝置，保障了測(cè)試精度。
[0201] 一加載系統(tǒng)，包括一動(dòng)力裝置，該動(dòng)力裝置設(shè)置在所述框架4上，具體的，動(dòng)力裝 置為如圖4、圖5所示，設(shè)置在微動(dòng)橫梁43上。動(dòng)力裝置包括斜齒輪-蝸輪蝸桿、減速比達(dá) 至IJ650的減速機(jī)445和減速機(jī)所連接的伺服電機(jī)446,該動(dòng)力裝置受控于計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)連接 的加載控制單元，使其啟動(dòng)和停止并限定其轉(zhuǎn)向。而加載控制單元是根據(jù)所設(shè)置的位移/ 變形傳感器和應(yīng)力傳感器發(fā)出的信號(hào)，根據(jù)具體試驗(yàn)的要求控制伺服電機(jī)446的啟動(dòng)和停 止等參數(shù)的。
[0202] 與螺母441螺接的螺桿444的螺距為12mm。如此的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，單個(gè)脈沖位移 量?jī)H為0. 007μπι，伺服電機(jī)帶閉環(huán)反饋，大大提高了加卸載精度，即使閾值設(shè)置在1μπι也 能輕松應(yīng)對(duì)。
[0203] 所述動(dòng)力裝置優(yōu)選伺服電機(jī)，連接蝸輪減速機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。這樣的動(dòng)力裝置使控制 精度、反饋速度、效率大提高。
[0204] 因?yàn)橐帽驹囼?yàn)裝置做長(zhǎng)期徐變?cè)囼?yàn)（加載力不變），采用全伺服電機(jī)硬齒面蝸 輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，比步進(jìn)電機(jī)加載應(yīng)力控制的準(zhǔn)確度大大提高。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，混凝土變 形很小，伺服電機(jī)446與減速機(jī)445相配使用，而伺服電機(jī)446速度無(wú)級(jí)可調(diào)，加載步長(zhǎng)可 任意選擇，故位移控制準(zhǔn)確度比步進(jìn)電機(jī)高；傳動(dòng)方式用滾珠絲杠，比普通絲杠精度高，傳 動(dòng)效率也高得多（95% )，傳動(dòng)采用滾動(dòng)摩擦，使用壽命長(zhǎng)。
[0205] 所述框架4采用45鋼制造，設(shè)計(jì)成一端固定橫梁一端浮動(dòng)的微動(dòng)橫梁的連接結(jié) 構(gòu)，在受力時(shí)其變形不會(huì)對(duì)位移測(cè)量產(chǎn)生干擾，不會(huì)引入測(cè)量誤差。
[0206] 加載時(shí)因反力架即所述框架浮動(dòng)端即微動(dòng)橫梁移動(dòng)，而固定端即固定橫梁與試件 固定參考端不動(dòng)，位移/變形傳感器測(cè)量頂板與試件固定端相對(duì)位置不動(dòng)，所以不會(huì)引入 測(cè)量誤差。
[0207] 框架結(jié)構(gòu)采用立柱橫梁式，重量約4噸，可以適應(yīng)長(zhǎng)期徐變?cè)囼?yàn)要求試驗(yàn)機(jī)本身 的剛度要求，（剛度Κ彡2MN/mm)。
[0208] 具體地，當(dāng)加載框架承受200KN載荷時(shí)，最大應(yīng)力點(diǎn)約為60MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。當(dāng)加載框架承受200KN載荷時(shí)，框架中固定橫梁和微動(dòng)橫梁向外 側(cè)彎曲，兩側(cè)立柱拉長(zhǎng)并由于彎矩的作用向內(nèi)彎曲，軸向總變形量為〇. 04655+0. 04670 = 0· 09325mm，剛度為 200000/0. 09325 = 2144772N/mm= 2. 14MN/mm。當(dāng)加載框架承受 200KN 載荷時(shí)，框架最小安全系數(shù)為6. 49。
[0209] 本發(fā)明提供的所述框架，采用立柱橫梁式，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，加之其中的立柱具有足夠的 剛度和溫差變形穩(wěn)定性，可以很好地保證試驗(yàn)的精度。
[0210] 固定夾頭311、活動(dòng)夾頭312及兩端的約束軸443均采用因瓦鋼4J36制造，約束 軸443的直徑150mm，因瓦鋼的彈性模量大，線性膨脹系數(shù)很小，在20-KKTC范圍內(nèi)的平均 線性膨脹系數(shù)只有1.4xl(T-6/°C，對(duì)測(cè)量有影響的零件長(zhǎng)度為660mm，故對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果影 響為0.000924mm/°C，并且在-80-100°C時(shí)基本不變，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響可計(jì)算或測(cè)量，測(cè)量 結(jié)果更精準(zhǔn)。
[0211] 所述環(huán)境箱的所述箱蓋上設(shè)置視窗，使得試驗(yàn)過(guò)程可視化。
[0212] 圖11給出了本發(fā)明提供的試驗(yàn)裝置中的一個(gè)實(shí)施例中的基于真實(shí)環(huán)境的混凝土 開(kāi)裂全過(guò)程試驗(yàn)的控制原理圖。
[0213] 如圖11所示，本發(fā)明提供的試驗(yàn)裝置還包括一計(jì)算機(jī)D和控制系統(tǒng)D1，控制系統(tǒng) D1包括：主試驗(yàn)機(jī)A和輔助試驗(yàn)機(jī)B中控制真實(shí)環(huán)境模擬系統(tǒng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的控制單 元；以及，主試驗(yàn)機(jī)A中控制混凝土試件加載的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的控制單元即加載系統(tǒng)中的 動(dòng)力裝置的控制單元。
[0214] 所述計(jì)算機(jī)D通過(guò)數(shù)據(jù)線L與控制系統(tǒng)D1相連，同時(shí)，計(jì)算機(jī)D還通過(guò)數(shù)據(jù)線L 與監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的溫度傳感器的信號(hào)輸出端、監(jiān)測(cè)混凝土試件位移/變形的位移/變形傳 感器的信號(hào)輸出端、監(jiān)測(cè)試件應(yīng)力的應(yīng)力傳感器的信號(hào)輸出端相連；
[0215] 所述控制系統(tǒng)D1的控制信號(hào)輸出端與各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制端相連。
[0216] 所述各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制單元包括：溫度控制單元、位移/變形控制單元和加載控 制單元，計(jì)算機(jī)D給出指令，控制系統(tǒng)D1控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作即：加熱或冷卻，加載機(jī)構(gòu)動(dòng) 作以設(shè)定方向加載或卸載，讓試件C自由變形或可控地變形，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的起始、動(dòng)作 方向和停止受控于計(jì)算機(jī)D接受位移/變形傳感器的信號(hào)而對(duì)加載控制系統(tǒng)發(fā)出的指令。 計(jì)算機(jī)D中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)于從各個(gè)傳感器得到的信息根據(jù)具體試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì) 算出試驗(yàn)結(jié)構(gòu)和/或繪制出參數(shù)曲線輸出。
[0217] 有溫度控制單元控制的環(huán)境箱2中以及試件容置固定裝置3中的加熱或冷卻裝置 可以是，在組成容置固定裝置的固定夾頭311、活動(dòng)夾頭312和側(cè)模板313內(nèi)部設(shè)置空腔， 通過(guò)該空腔與外界連接管路向空腔中通入加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)。以一個(gè)側(cè)模板313為例， 如圖8所示，，在側(cè)模板313的內(nèi)部空腔中設(shè)置導(dǎo)流柵格，形成曲折流道，內(nèi)部導(dǎo)流柵格同時(shí) 起到加強(qiáng)筋作用，保證長(zhǎng)時(shí)間加卸載試驗(yàn)后不變形。又如上模板314也是這樣的結(jié)構(gòu)，如圖 3所示，該空腔在一端設(shè)置介質(zhì)入口 313-5,在另一端設(shè)置介質(zhì)出口 313-6。介質(zhì)入口和出 口連接介質(zhì)加熱或冷卻裝置，如圖9和圖10所示。側(cè)模板313的介質(zhì)入口上的接管313-5 連接一栗313-7的出口，栗313-7的入口接管連接一恒溫箱313-8的出口，其中設(shè)置制冷管 313-9,連接制冷裝置，制冷裝置中的壓縮機(jī)制冷劑采用R502無(wú)毒無(wú)害，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。在 恒溫箱313-8中設(shè)加熱冷卻介質(zhì)采用40%乙二醇水溶液，冰點(diǎn)溫度-25°C。恒溫箱313-8 的入口連接側(cè)模板313的介質(zhì)出口接管。在栗313-7的入口管上設(shè)置加熱線圈313-10。
[0218] 如圖9所示的加熱/冷卻裝置，根據(jù)試驗(yàn)需要向側(cè)模板、上模板以至于固定夾頭、 活動(dòng)夾頭乃至環(huán)境箱2中的箱壁等處的空腔中輸送加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)。該加熱或冷卻裝 置中的栗313-7、連接制冷管313-9的制冷裝置和加熱線圈313-10即為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其受控于 計(jì)算機(jī)D中設(shè)定的溫度參數(shù)。為了能夠簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，也可以將溫度控制單元全部或 部分地從計(jì)算機(jī)D中分離出來(lái)，其流程圖就可以從圖11變?yōu)閳D12。
[0219] 加熱線圈313-10的加熱系統(tǒng)如圖10所示，加熱管也就是栗313-7上的入口管 313-12上接溫度傳感器a，該溫度傳感器a的信號(hào)輸出端連接溫控儀b的信號(hào)輸入輸出端， 該溫控儀b的溫度數(shù)據(jù)傳送端連接加熱控制器c的相應(yīng)的信號(hào)10端，根據(jù)溫控儀b傳送的 溫度數(shù)據(jù)，加熱控制器C對(duì)加熱線圈313-10輸出適合的電壓、電流，使得加熱線圈313-10 發(fā)熱，對(duì)外體現(xiàn)設(shè)定溫度，提供設(shè)定的真實(shí)環(huán)境的模擬。
[0220] 如果要提供低溫，加熱裝置停止工作，冷卻裝置啟動(dòng)，制冷管313-9中循環(huán)制冷 劑，冷卻恒溫箱中的介質(zhì)d乙二醇水溶液，栗313-7工作，向固定夾頭、活動(dòng)夾頭和側(cè)模板的 空腔內(nèi)輸送冷卻介質(zhì)，也可以同時(shí)向環(huán)境箱中設(shè)置的換熱器中輸送。栗313-7作為執(zhí)行機(jī) 構(gòu)，其啟動(dòng)和停止以及轉(zhuǎn)速受到溫度控制單元的控制，提供所需要的溫度。
[0221] 為了測(cè)定試件的溫度，可以將溫度傳感器插設(shè)在試件中，考慮到試件的軸心線上 設(shè)置水管C1，將監(jiān)測(cè)試件的溫度傳感器插設(shè)在試件的半徑的1/2深度上為宜。為此，在側(cè)模 板313以及固定夾頭和活動(dòng)夾頭等各個(gè)模板上均可以有模板測(cè)溫孔1個(gè)，如圖1所示的實(shí) 施例中，側(cè)模板上設(shè)一個(gè)測(cè)溫孔313-11。上模板314-1另布置有三個(gè)試件測(cè)溫孔314-2,用 于將溫度傳感器插裝到試件C內(nèi)部或表面，溫度傳感器分布在試件長(zhǎng)度1/4、1/2和3/4處。
[0222] 上模板上設(shè)置有上模板提手314-2。
[0223] 上模板平放置在試件上方，可以自由拆卸與安裝，循環(huán)液連接處介質(zhì)入口 313-5 和介質(zhì)出口 313-6采用軟管連接，拆卸與安裝時(shí)不用拆卸軟管，保證密封可靠不漏液。
[0224] 為保證溫度傳遞均勻，模板內(nèi)部的柵格結(jié)構(gòu)，限制液體在內(nèi)部的流動(dòng)形態(tài)，試件的 上下左右四塊空心模板內(nèi)部為同程循環(huán)液；PID精確計(jì)算控制加熱與制冷裝置，保證精細(xì) 的冷熱補(bǔ)償，控制輸入模板循環(huán)液的流量，使循環(huán)液的溫度滿足試驗(yàn)的各種要求。
[0225] 使環(huán)境箱的溫度滿足試驗(yàn)的各種要求。環(huán)境箱殼體采用不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)部填充保 溫材料，密封嚴(yán)實(shí)無(wú)變形，厚度為150_。
[0226] 保溫環(huán)境箱將試件、模板、夾頭及部分約束軸包裹在內(nèi)部。
[0227] 除了含制冷機(jī)組、加熱裝置之外，還可以包括空氣加濕裝置即加濕器、降雨裝置即 噴淋裝置、風(fēng)速裝置即風(fēng)扇裝置，其原理圖如圖12所示。
[0228] 真實(shí)環(huán)境模擬系統(tǒng)還包括太陽(yáng)輻射裝置即電燈泡。
[0229] 模擬大氣自然環(huán)境，上述各裝置設(shè)置在環(huán)境箱中，例如，環(huán)境箱2的箱壁上設(shè)孔， 連接管路，該管路連接送氣、送汽、送風(fēng)和噴水裝置中的至少一種。所述環(huán)境箱的箱壁上設(shè) 孔，在孔中設(shè)置模擬太陽(yáng)照射的燈具構(gòu)成太陽(yáng)輻射調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在環(huán)境箱中設(shè)置濕度傳感器、 風(fēng)速傳感器和太陽(yáng)輻射傳感器。
[0230] 相對(duì)應(yīng)地，為了模擬真實(shí)環(huán)境，除了溫度控制單元之外，還設(shè)置了濕度控制單元控 制加濕器的啟閉或加濕強(qiáng)度；設(shè)置降雨控制單元控制噴淋裝置的啟閉和流量；設(shè)置風(fēng)速控 制單元控制風(fēng)扇的啟閉和轉(zhuǎn)速，設(shè)置太陽(yáng)輻射裝置控制單元控制電燈泡的啟閉和亮度。這 些控制裝置也可以同時(shí)設(shè)置在輔助試驗(yàn)機(jī)B中。
[0231] 上述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制單元可以都包含在控制系統(tǒng)D1中，其流程圖如圖11和圖 12所示。
[0232] 如果要增加太陽(yáng)輻射的模擬，可以在環(huán)境箱上開(kāi)孔，設(shè)置電燈泡。
[0233] 各個(gè)控制單元與計(jì)算機(jī)D的關(guān)聯(lián)關(guān)系以太陽(yáng)輻射為例說(shuō)明如下：電燈泡的開(kāi)關(guān)即 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，相應(yīng)地，在環(huán)境箱中設(shè)置太陽(yáng)輻射傳感器，控制系統(tǒng)D1中或單獨(dú)地設(shè)置太陽(yáng) 輻射控制單元關(guān)聯(lián)開(kāi)關(guān)，該太陽(yáng)輻射控制單元又受控于計(jì)算機(jī)D中設(shè)定的真實(shí)環(huán)境參數(shù)而 執(zhí)行閉合和斷開(kāi)以及強(qiáng)弱調(diào)節(jié)等操作。
[0234] 計(jì)算機(jī)D根據(jù)設(shè)定的真實(shí)環(huán)境模擬系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)與相關(guān)傳感器采集的數(shù)據(jù)比 對(duì)結(jié)果，給各個(gè)控制單元指令，或啟動(dòng)或停止各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或調(diào)整其程度。由此，即可在環(huán) 境箱中模擬出各種真實(shí)環(huán)境，讓試件的各種試驗(yàn)在特定的環(huán)境中進(jìn)行。
[0235] 計(jì)算機(jī)D通過(guò)采集包括溫度傳感器、位移/變形傳感器和應(yīng)力傳感器的信息，可以 進(jìn)行如圖13所示的試驗(yàn)功能：約束應(yīng)力、自由變量、彈性模量、變形分離和混凝土徐變，如 果試塊是直接將混凝土澆注在試驗(yàn)機(jī)中，就可以對(duì)于混凝土進(jìn)行從凝固到開(kāi)裂全過(guò)程的試 驗(yàn)和評(píng)價(jià)。
[0236] 在本發(fā)明中，模擬真實(shí)環(huán)境系統(tǒng)中主要的氣溫控制系統(tǒng)，可以有兩部分，一部分是 在環(huán)境箱體上設(shè)置，另一部分在試件容置固定裝置上設(shè)置。在環(huán)境箱上設(shè)置，更多的是模擬 真實(shí)環(huán)境中的氣溫，而在試件容置固定裝置上設(shè)置，能在短時(shí)間內(nèi)模擬出真實(shí)環(huán)境中例如 混凝土大壩的溫度?，F(xiàn)有技術(shù)中的試驗(yàn)裝置中都沒(méi)有如此全面的氣溫控制系統(tǒng)。
[0237] 在本發(fā)明中，能夠直接將混凝土澆注在試件容置固定裝置的混凝土試件容置空間 中，這樣，就可以在模擬的真實(shí)環(huán)境中測(cè)試混凝土從稀態(tài)到凝固再到硬化全過(guò)程的膨脹變 形和應(yīng)力的變化，這樣的測(cè)試對(duì)于例如大壩從澆筑、凝固到硬化全過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變?cè)诓煌?環(huán)境條件下都可以進(jìn)行測(cè)試，獲得全面的數(shù)據(jù)，為大壩的設(shè)計(jì)、施工提供寶貴的信息?，F(xiàn)有 技術(shù)中的試驗(yàn)裝置都沒(méi)有想到也做不到這種全過(guò)程的測(cè)試。當(dāng)然，本發(fā)明提供的試驗(yàn)裝置 中的試件容置固定裝置也可以對(duì)已經(jīng)制成的混凝土試件進(jìn)行測(cè)試。
[0238] 如圖1所示，本發(fā)明提供的試驗(yàn)裝置中的輔助試驗(yàn)機(jī)F，包括一個(gè)環(huán)境箱，即包括 一個(gè)試件容置腔用于放置與所述主試驗(yàn)機(jī)中試驗(yàn)的試件相同的試件，作為一個(gè)實(shí)施例，該 試件容置腔中設(shè)置所述溫度調(diào)節(jié)裝置，也設(shè)置濕度調(diào)節(jié)裝置、太陽(yáng)輻射調(diào)節(jié)裝置、降雨調(diào)節(jié) 裝置和風(fēng)速調(diào)節(jié)裝置；該試件容置腔中設(shè)置溫度傳感器，還設(shè)置濕度傳感器、太陽(yáng)輻射傳感 器、降雨傳感器和風(fēng)速傳感器，各個(gè)所述傳感器與所述計(jì)算機(jī)連接，該控制系統(tǒng)D1連接所 述調(diào)節(jié)裝置而調(diào)節(jié)所述試件容置腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)與所述主試驗(yàn)環(huán)境箱相同；該試件容置腔中 還設(shè)置位移/變形傳感器以感知試件的變形。
[0239] 輔助試驗(yàn)箱中的環(huán)境參數(shù)與主試驗(yàn)箱相同，其中設(shè)置一個(gè)放置試件的底面，使得 試件可自由變形，其中設(shè)有真實(shí)環(huán)境模擬系統(tǒng)，該模擬系統(tǒng)至少包括一氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其是 設(shè)置在所述環(huán)境箱中和/或試件上的加熱或冷卻裝置；還包括溫度傳感器和位移/變形傳 感器，所述溫度傳感器設(shè)置在所述試件上和/或環(huán)境箱中；所述位移/變形傳感器設(shè)置在試 件上，與主試驗(yàn)箱相同；各個(gè)所述傳感器的的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)。
[0240] 輔助試驗(yàn)機(jī)且在試件與機(jī)器底板摩擦系數(shù)足夠小條件下，測(cè)量與主試驗(yàn)機(jī)同溫度 條件下輔試件的自由變形，同溫度條件平行試驗(yàn)機(jī)，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)具備完整性。
[0241] 本發(fā)明提供的試驗(yàn)裝置，還可以為一更簡(jiǎn)單的形式，其中只有通水冷卻模擬系統(tǒng)， 而沒(méi)有真實(shí)環(huán)境模擬系統(tǒng)。即可以沒(méi)有環(huán)境箱，只是向底座上設(shè)置的混凝土試件容置裝置 中置于試件中的水管中通入冷卻水，在這樣的條件下進(jìn)行各種試驗(yàn)。當(dāng)然，此時(shí)，也可以設(shè) 置環(huán)境箱，但是在環(huán)境箱中不是模擬真實(shí)環(huán)境的各種裝置和各種傳感器。
[0242] 設(shè)置環(huán)境箱的試驗(yàn)裝置，可以根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)置或不設(shè)置模擬真實(shí)環(huán)境的裝置， 這樣，就使得本試驗(yàn)裝置適應(yīng)范圍更廣。
[0243] 本發(fā)明提供的試驗(yàn)裝置，基于真實(shí)環(huán)境的混凝土開(kāi)裂全過(guò)程試驗(yàn)裝置和方法是通 過(guò)以下方式加以實(shí)現(xiàn)的：
[0244] (1)將混凝土澆注在設(shè)置水管的所述混凝土試件容置空間中，或者將混凝土試件 設(shè)置在該混凝土試件容置空間中固定裝置上；所述試件的兩端分別與所述固定夾頭和活動(dòng) 夾頭固連，在試件中穿設(shè)水管；在混凝土試驗(yàn)試件制作完成和相應(yīng)設(shè)備準(zhǔn)備完成條件下，啟 動(dòng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即計(jì)算機(jī)，進(jìn)行相