一种测定端部约束下混凝土早龄期抗裂性能的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种测定端部约束下混凝土早龄期抗裂性能的装置及方法，端部约束框架为钢筋混凝土，钢筋混凝土内部设置有四根工字型钢，多个夹具依次安装在端部约束框架的一内侧面上，钢板的一侧面上安装有夹具，夹具上开有截面为梯形的槽并采用铸铁整体铸造，钢板与端部约束框架的另一内侧面相连接，钢板与端部约束框架之间安装有荷载传感器，试件位于夹具与夹具之间，试件内的试件配筋表面粘贴应变片，应变片及荷载传感器与应变采集仪相连接，试件表面设置有振弦应变计，振弦应变计与振弦频率仪相连接，应变采集仪及振弦频率仪与电脑相连接。本发明结构简单，拆卸方便，可以实时测量端部约束下混凝土早龄期抗裂性能。
【专利说明】一种测定端部约束下混凝土早龄期抗裂性能的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测定端部约束下混凝土早龄期抗裂性能的装置及方法，属于混凝土建筑领域。
【背景技术】
[0002]土木工程领域中，早龄期(主要指混凝土浇筑后28天)钢筋混凝土抗裂性能非常重要，测量端部约束作用下不同配筋率混凝土早龄期抗裂性能对评价混凝土早龄期开裂性能以及避免早龄期混凝土结构出现裂缝具有非常重要的意义。
[0003]目前的端部约束装置一般只能测量单个试件的早期抗裂性能，不具比较性，且多为型钢拼接而成，不能提供足够大的刚度来约束混凝土试件。传统夹具的摩擦力太大，对试验的影响较大。
【发明内容】
[0004]为了实现上述技术问题，本发明采用以下技术方案:包括端部约束框架、荷载传感器、夹具、钢板、振弦应变计、应变片、振弦频率仪、电脑、应变采集仪、配筋混凝土试件，端部约束框架为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土内部设置有四根工字型钢，工字型钢与工字型钢相连接，多个夹具依次安装在端部约束框架的一内侧面上，多个夹具分别安装在多个钢板靠近夹具的一侧面上，夹具上开有截面为梯形的槽并采用铸铁整体铸造，端部约束框架二侧的夹具 对应，荷载传感器的一端与钢板的另一侧面相连接，荷载传感器的另一端与端部约束框架的另一内侧面相连接，端部约束框架二侧的夹具夹持配筋混凝土试件，配筋混凝土试件内的试件配筋表面粘贴应变片，应变片及荷载传感器与应变采集仪相连接，配筋混凝土试件表面设置有振弦应变计，振弦应变计与振弦频率仪相连接，应变采集仪及振弦频率仪与电脑相连接。
[0005]优选地:配筋混凝土试件浇筑于拼接钢模中，钢模内侧面和底部设置有聚四氟乙烯板，夹具的底部与聚四氟乙烯板之间设置有碳粉。
[0006]本发明的测试装置所用的测试方法如下:
第一步:组装端部约束框架，把多个夹具依次安装在端部约束框架内的一内侧面上，把夹具安装在钢板的一侧面上，在钢板的另一侧面上安装荷载传感器，使荷载传感器与端部约束框架的另一内侧面相连接，组装钢模，在钢模内侧面和底部放置聚四氟乙烯板，在夹具的底部与聚四氟乙烯板之间洒上碳粉；
第二步:将贴好应变片的试件配筋布置到模板内，并将应变片与应变采集仪相连接，浇筑混凝土，待混凝土初凝后，在配筋混凝土试件表面布置振弦应变计；
第三步:将荷载传感器连接至应变采集仪，并将应变采集仪连至电脑，将钢筋混凝土试件表面上的振弦应变计连接至振弦频率仪，使振弦频率仪与电脑相连接。
[0007]有益效果:本发明装置中约束以两种方式实现，一是刚性框架对试件的端部约束，二是配筋对试件的内部约束。在不同的配筋混凝土试件内部可以布置不同直径不同数量的钢筋，可以在同等条件下研究试件配筋对早期抗裂性能的影响。本发明测试装置的特点是结构简单，拆卸方便，组装简单，操作方便，试验所需仪器较少，可以同时测量端部约束作用下不同配筋率混凝土试件早期抗裂性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明测试装置的整体示意图。
[0009]图2是本发明测试装置的端部约束框架的1-1剖面图。
[0010]图3是本发明测试装置的端部约束框架的I1-1I剖面图。
[0011]图4是本发明测试装置的夹具的俯视图。
[0012]图5是本发明测试装置的夹具的侧面图。
[0013]附图标记如下:1、I号工字型钢；2、II号工字型钢；3、111号工字型钢；4、IV号工字型钢；5、端部约束框架；6、夹具；7、荷载传感器；8、高强螺栓I ;9、螺母；10、钢板；11、焊接加强筋；12、试件配筋；13、高强螺栓II ;14、振弦应变计；15、应变片；16、振弦频率仪；17、电脑；18、应变采集仪；19、配筋混凝土试件；20、高强螺栓III ;21、夹具。
【具体实施方式】
[0014]如图所示:一种测定端部约束下混凝土早龄期抗裂性能的装置，包括端部约束框架5，荷载传感器7，夹具6、21，钢板10，振弦应变计14，应变片15，振弦频率仪16，电脑17，应变采集仪18，配筋混凝土试件19。端部约束框架5为钢筋混凝土框架，钢筋混凝土内部设置有I号工字型钢1、II号工字型钢2、111号工字型钢3、IV号工字型钢4，I号工字型钢I与II号工字型钢2、IV号工字型钢4通过高强螺栓III20相连接，III号工字型钢3与II号工字型钢2、IV号工字型钢4通过高强螺栓III 20相连接。如果端部约束框架5内的配筋为钢筋的话:与钢筋相比轴向的I号工字型钢I和III号工字型钢3的抗压刚度(EA)较大，为端部约束框架5提供了更大的轴向抗压刚度；与钢筋相比II号工字型钢2和IV号工字型钢4的抗弯刚度(EI)较大，为端部约束框架5提供了更大的抗弯刚度，所以整体的端部约束框架5能够提供完全约束。多个夹具6通过高强螺栓18依次固定安装在端部约束框架5的一内侧面(图1中的左内侧面)上，也就是说多个夹具6依次与端部约束框架5的一内侧面相连接。钢板10靠近夹具6的一侧面上安装有夹具21，夹具21通过高强螺栓II 13与钢板10相连接。荷载传感器7的一端与钢板10的另一侧面相连接，荷载传感器7的另一端与端部约束框架5的另一内侧面(图1中的右侧)相连接，也就是说多个钢板10安装在端部约束框架5内的另一内侧面上。荷载传感器7与钢板10相连接的地方还设置有焊接加强筋11，以加强荷载传感器7与钢板10的连接强度。夹具6、21上开有截面为梯形的槽，夹具6上所述梯形槽窄的一面朝向夹具21，夹具21上所述梯形槽窄的一面朝向夹具6，夹具6、21采用铸铁整体铸造，夹具6与夹具21 —一对应。夹具6、21上的槽的截面采用梯形是为了更好的夹持住配筋混凝土试件19。配筋混凝土试件19位于夹具6与夹具21之间。配筋混凝土试件19的周围设置有拼接钢模，配筋混凝土试件19均浇筑于拼接钢模中。钢模内侧面和底部设置有聚四氟乙烯板，从而降低配筋混凝土试件19与钢模板之间的摩擦，不拆模即可测试。夹具6、21的底部与钢模底面上的聚四氟乙烯板相接触，夹具6、21的底部与聚四氟乙烯板之间设置有碳粉。夹具6、21底部设置有碳粉以减小夹具与钢模之间的摩擦力。在钢模的底部放置聚四氟乙烯板后，夹具6、21的底部与聚四氟乙烯板相接触。把配筋好的试件配筋12放置于拼接钢模中，在试件配筋12表面粘贴应变片15，将应变片15的导线与应变采集仪18相连接，然后浇筑混凝土，待混凝土初凝后，在配筋混凝土试件19表面布置振弦应变计14，并使振弦应变计14与振弦频率仪16相连接。应变采集仪18及振弦频率仪16与电脑17相连接。由于多块钢板10上都设置有夹具21，而夹具6与夹具21 —一对应，因此端部约束框架5内可以放置多个配筋混凝土试件19，也就是说多个配筋混凝土试件19位于多个一一对应的夹具6与夹具21之间。所以多个配筋混凝土试件19中沿轴向可以布置不同配筋率及不同直径的试件配筋12，通过相同的端部约束来完成试验，研究不同配筋率及不同直径的试件配筋12的配筋对混凝土早期抗裂性能的影响。荷载传感器7用来实时测量配筋混凝土试件19的收缩应力。振弦应变计14用来测混凝土表面的应变。应变片15用来实时测量钢筋应变。
[0015]根据上述装置所采用的方法步骤如下:
第一步:组装端部约束框架5，把多个夹具6依次安装在端部约束框架5内的一内侧面上，把夹具21安装在钢板10的一侧面上，在钢板10的另一侧面上安装荷载传感器7，使荷载传感器7与端部约束框架5的另一内侧相连接，组装钢模，在钢模侧面和底部放置聚四氟乙烯板，在夹具6的下面洒上碳粉；
第二步:将贴好应变片15的试件配筋12布置到模板内，并将应变片15与应变采集仪18相连接，浇筑混凝土，待混凝土初凝后，在钢筋混凝土试件19表面布置振弦应变计14 ；第三步:将荷载传感器7连接至应变采集仪18，并将应变采集仪18连至电脑17，钢筋混凝土试件19表面上的振弦应变计14连接至振弦频率仪16，使振弦频率仪16与电脑17相连接。实时测量钢筋应变、混凝土收缩力和混凝土表面应变。
【权利要求】
1.一种测定端部约束下混凝土早龄期抗裂性能的装置，其特征在于:包括端部约束框架(5)、荷载传感器(7)、夹具(6、21)、钢板(10)、振弦应变计(14)、应变片(15)、振弦频率仪(16)、电脑(17)、应变采集仪(18)、配筋混凝土试件(19)，端部约束框架(5)为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土内部设置有四根工字型钢(1、2、3、4)，工字型钢(1、3)与工字型钢(2、4)相连接，多个夹具(6)依次安装在端部约束框架(5)的一内侧面上，多个夹具(21)分别安装在多个钢板(10)靠近夹具(6)的一侧面上，夹具(6、21)上开有截面为梯形的槽并采用铸铁整体铸造，夹具(6)与夹具(21) 对应，荷载传感器(7)的一端与钢板(10)的另一侧面相连接，荷载传感器(7)的另一端与端部约束框架(5)的另一内侧面相连接，夹具(6)与夹具(21)夹持配筋混凝土试件(19)，配筋混凝土试件(19)内的试件配筋(12)表面粘贴应变片(15)，应变片(15)及荷载传感器(7)与应变采集仪(18)相连接，配筋混凝土试件(19)表面设置有振弦应变计(14)，振弦应变计(14)与振弦频率仪(16)相连接，应变采集仪(18)及振弦频率仪(16)与电脑(17)相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:配筋混凝土试件(19)均浇筑于拼接钢模中，钢模内侧面和底部设置有聚四氟乙烯板，夹具(6、21)的底部与聚四氟乙烯板之间设置有碳粉。
3.根据权利要求2所述的装置的测试方法，其特征在于: 第一步:组装端部约束框架(5)，把多个夹具(6)依次安装在端部约束框架(5)内的一内侧面上，把夹具(21)安装在钢板(10)的一侧面上，在钢板(10)的另一侧面上安装荷载传感器(7)，使荷载传感器(7)与端部约束框架(5)的另一内侧面相连接，组装钢模，在钢模内侧面和底部放置聚四氟乙烯板，在夹具(6、21)的下面洒上碳粉； 第二步:将贴好应变片(15)的试件配筋(12)布置到模板内，并将应变片(15)与应变采集仪(18)相连接，浇筑混凝土，待混凝土初凝后，在配筋混凝土试件(19)表面布置振弦应变计(14)； 第三步:将荷载传感器(7)连接至应变采集仪(18)，并将应变采集仪(18)连至电脑，将钢筋混凝土试件(19)表面上的振弦应变计(14)连接至振弦频率仪(16)，使振弦频率仪(16)与电脑(17)相连接。
【文档编号】G01N33/38GK103630675SQ201310580822
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】沈德建, 申嘉鑫, 陈莹, 成大宝, 王涛 申请人:河海大学, 南京博德工程技术有限公司