， 即可得到混凝土在整个发展过程的弹性模量。
[0234] 所述变形的分离具体操作为：首先做自由约束：试验装置将混凝土试件一端固 定，另一端可自由伸缩，通过真实环境模拟系统提供设定的真实环境，对该试件进行自由变 量试验，在设定的时间区域（t)内，设定时段采集变形量ε(t)。
[0235] 混凝土 1天龄期以后，其热膨胀系数基本就不会再发生变化，一般认为是个常数， 该参数也可以通过专用热膨胀系数测试仪测得，这里认为是常数α。根据混凝土热膨胀系 数α和温度控制系统测得的温度变化AT(t)，可以得出真实环境模拟条件下混凝土的温 度变形：
[0236] ΔεT(t) =α·ΔT(t) (8)
[0237] 结合测得的自由变形ε(t)，进行分离，即可得出其他变形Δea(t)，主要包括自 生体积变形和干缩变形：
[0238] Δεa(t) =ε(t) -Δετ(?) (9)
[0239] 所述混凝土徐变具体操作为：根据测得的混凝土弹性模量E(t)和自由变形 ε(t)，可计算出真实环境模拟条件下不受徐变影响时混凝土应力〇 (t):
[0240] σ(t) =ε(t) ·Ε(t) (10)
[0241] 启动混凝土位移控制系统，对混凝土变形进行控制，使其变形为零，这时测得应力 为σ。(〇，则真实环境模拟条件下徐变引起的应力降低为：
[0242] σc(t) = 〇 (t) -σ0 (t) (11)
[0243] 通过σ。⑴的大小可以得出混凝土徐变的影响程度，其中t为时间。
[0244] 所述混凝土开裂全过程的具体操作是：混凝土温度从起始温度变化到设定温度， 试件两端固定、或施加拉力，当拉应力数据突然减小、位移突然增大、对应时间-应力、时 间-变形/位移的曲线上出现突变时，混凝土开裂，获取这时混凝土的相关参数，包括温度、 抗拉强度、极限拉伸值。
[0245] 评价的具体操作是：结合前面A、B、C、D、E的试验数据和结果，混凝土温度变化到 设定程度，当拉应力数据突然减小、位移突然增大、对应曲线上出现突变时，混凝土开裂，这 时混凝土的相关参数温度、应力、位移和变形可以作为对该试件进行混凝土开裂全过程评 价。
[0246] 对于真实环境可以用如下方法设定：
[0247] ①环境温度
[0248] 针对当地的情况而定，即模拟真实环境当地，将以上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：
[0249]
⑴
[0250] 式中，!；为气温，Tani为年平均气温，六3为气温年变幅，τ为时间（月），τ。为气温 最尚的时间（月）。
[0251] 考虑气温日变化，采用下式计算：
[0252]
(2)
[0253] 式中，f为日气温，!；为月平均气温，Α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。
[0254] ②太阳辐射热
[0255] 混凝土建筑物经常是暴露在太阳辐射之下的，其对混凝土温度有重要影响。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：
[0256] R=as ·S(3)
[0257] 式中，as为吸收系数，也称为黑度系数，混凝土表面一般取0.65。
[0258] S=S〇(l-kn) (4)
[0259] 式中，S。为晴天太阳辐射热，η为云量，k为系数，这三个数值由当地气象站给出；
[0260] 日照的影响相当于周围空气的温度增高了ATa，
[0261] ΔTa=R/β(5)
[0262] 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。
[0263] ③降雨
[0264] 查询工程所在地气象部门的降雨量，通过降雨设备和降雨量控制器来模拟降雨。
[0265] ④风速
[0266] 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。
[0267] -个具体的试验例子如下：
[0268] 使用上述试验方法和试验装置对混凝土试块进行了试验，验证基于真实环境的混 凝土开裂全过程试验装置和方法的有效性和合理性。试验环境温度取值为某实际工程的 近一年的气温实测值，输入计算机，启用试验装置，使得试验环境完全按照这个实测气温变 化，试验在这个环境气温条件下，混凝土试块的应力变化情况，研究基于真实环境的混凝土 开裂全过程。
[0269] 从试验得出的试验数据可以看出，环境气温符合工程实际的正弦变化规律，能真 实反应实际工程环境；基于这一环境气温条件下的试验温度应力能反映真实的应力变化规 律，随温度周期性波动，基于热胀冷缩的效果，环境温度升高、混凝土压应力增大；环境温度 降低、混凝土压应力减小拉应力增大，见图14。
【主权项】
1. 一种基于真实环境的混凝土开裂全过程试验装置，其特征在于：包括一底座，在该 底座上设置有： 一环境箱，至少具有四壁和上盖，形成一个封闭的空间，与周围环境隔开； 一混凝土试件容置装置，其设置在该环境箱中，包括固定夹头、活动夹头、试件中部固 定侧模板，三者拼合构成一个上端敞口或者上下端均敞口的混凝土试件容置空间，所述固 定夹头固定设置在该环境箱中，所述活动夹头可沿所述混凝土试件容置空间的长度方向的 轴线移动地设置； 在所述环境箱或者所述环境箱和混凝土试件容置空间设置温度传感器； 一真实环境模拟系统，其至少包括一温度调节装置，为加热和/或冷却装置，其设置在 所述环境箱和混凝土试件容置装置中以在温度上模拟设定的真实环境； 一加载系统，包括一框架、一传动装置和一动力装置，所述框架设置在所述底座上，该 传动装置包括一直线运动机构，其中的从动件通过所述环境箱的侧壁进入环境箱与所述活 动夹头固定而使得该活动夹头位置固定或在所述轴线方向移动，该直线运动机构中的主动 件固定在该框架上；所述动力装置设置在所述框架上，连接所述直线运动机构中的该主动 件； 在所述活动夹头或与活动夹头连接的部件上设置位移/变形传感器感知混凝土试件 的变形；在所述直线运动机构上设置应力传感器感知试件承受的负荷。2. 根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于：所述容置空间的横截面形状为：两端 是宽度较大长度较短的头部，中间是宽度较小长度较长的中间段，所述头部和中间段通过 锥段连接过渡；所述固定夹头和活动夹头与试件中部固定侧模板之间的拼接缝位于该容置 空间的中间段范围内；和/或，所述试件容置固定装置还包括一个上模板，其封闭所述混凝 土试件容置空间的所述上端敞口；和/或， 所述侧模板和所述活动夹头和/或固定夹头之间的接缝留有间隙，该间隙包括侧模板 的端头与所述活动夹头之间的间隙，以保证试件在压缩时侧模板与活动夹头不抵触，和/ 或包括侧模板的侧面与固定夹头和活动夹头之间的间隙；和/或， 所述侧模板可横向移动地设置在该环境箱中。3. 根据权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于：所述真实环境模拟系统还包括 设置所述环境箱中的至少一种调节装置：湿度调节装置、太阳辐射调节装置、降雨调节装 置、风速调节装置，相应地，还包括如下传感器中的至少一种：湿度传感器、太阳辐射传感 器、降雨传感器和风速传感器。4. 根据权利要求1至3之一所述的试验装置，其特征在于：设置在所述环境箱中的所 述气温控制系统中的加热和/或冷却装置是：设置在所述环境箱的箱壁中或封闭的空间 中，所述箱壁具有中空腔室，和/或，设置试件容置固定装置中的所述固定夹头、活动夹头 和侧模板至少其一具有中空腔室； 各所述中空腔室设置进口和出口与所述加热或冷却装置的介质通道连通，所述执行机 构是在该加热和/或冷却装置的介质通道上设置的电加热线圈或驱动加热或冷却的介质 流动的输送栗，用于在试验中根据需要提供热能或冷能。5. 根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于：所述环境箱的箱壁上设孔，连接管 路，该管路连接送气、送汽、送风和喷水装置中的至少一种，相应地构成湿度调节装置、降雨 调节装置和风速调节装置；和/或，所述环境箱的箱壁上设孔，在孔中设置模拟太阳照射的 灯具构成太阳辐射调节装置。6.根据权利要求1至5之一所述的试验装置，其特征在于：所述框架为包括两个横梁 和两个立柱构成的矩形的框架，一个固定横梁固定在所述固定夹头一侧的所述底座上，两 个所述立柱平行地固连所述固定横梁位于所述环境箱两侧，一个微动横梁设置在所述活动 夹头一侧的所述底座上，与所述立柱连接，所述动力装置设置在该微动横梁上，由此形成反 力框架，所述直线运动机构穿过该微动横梁与活动夹头连接，所述位移/变形传感器和所 述应力传感器的支撑部分直接或间接地固定在所述底座上；和/或， 两个所述横梁和两个所述立柱构成的所述框架中，所述立柱的材料和截面尺寸为：保 证其刚度为承受混凝土最大的强度应力的5-20倍的力而不变形，或者刚度K大于等于2MN/ mm;和/或，保证其温度稳定性为在试验的温度范围-20-80°C内时其温差变形小于10微 米；和/或， 所述环境箱的所述箱盖上设置视窗，使得试验过程可视化；和/或， 所述动力装置为伺服电机，连接蜗轮减速机；和/或， 所述直线运动机构采用螺旋传动机构；和/或， 在所述底座还设置一提升机构，在所述试件容置固定装置中设置一个底板用于放置试 件或在其上浇注试件，该底板连接该提升机构，通过运行该提升机构，能够将试件中移入或 移出混凝土试件容置空间。
【专利摘要】本发明提供一种基于真实环境的混凝土开裂全过程试验装置，包括底座，在底座上设有：一环境箱与周围环境隔开；一混凝土试件容置装置设在该环境箱中，包括固定夹头、活动夹头、试件中部固定侧模板，拼合构成一混凝土试件容置空间，固定夹头固设在环境箱中，活动夹头可移动地设置；环境箱和混凝土试件容置空间设温度传感器；一真实环境模拟系统，其至少包括一温度调节装置设在环境箱和混凝土试件容置装置中以在温度上模拟设定的真实环境；一加载系统，使得活动夹头位置固定或在轴线方向移动，在活动夹头上设置位移/变形传感器感知混凝土试件的变形；设应力传感器感知试件承受的负荷。本装置可从试验角度出发，对混凝土的温度和应力等因素在多变环境条件下的发展全过程进行试验。
【IPC分类】G01N3/08, G01N33/38, G01B21/32, G01N17/00
【公开号】CN105372171
【申请号】CN201510570401
【发明人】张国新, 刘毅, 王振红, 黄涛, 刘有志
【申请人】中国水利水电科学研究院
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年9月9日