，具有大圆角过渡，保 证试件在有效长度内发生断裂。
[0215]设置在所述底座1上的反力框架4,如图2、图3、图4和图5所不，反力框架4包括两根 立柱41、一固定横梁42和一微动横梁43,组成一矩形框，立柱41与容置空间的纵向，也就是 混凝土试件的轴线方向平行，两横梁分别固定在两立柱的两端。固定横梁42固定在底座1 上，微动横梁设置在底座上，但与底座之间没有固定结构。
[0216]立柱41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;再有，立柱的材料和截面尺寸还保证其温度稳 定性为在温度为-20-80°C时其温差变形小于10微米。
[0217] -直线运动机构设置在该微动横梁43上，具体的，如图4和图5所示，直线运动机构 为一滚珠丝杆螺母组件构成的螺旋机构44,螺旋机构中的螺母441通过螺母套442穿过浮动 横梁43固定在约束轴443上，约束轴443穿过环境箱2的侧壁连接在活动夹头312的端面上， 使得该活动夹头312位置固定或在所述轴线方向移动;与螺母441螺接的螺杆444可转动地 固定在微动横梁43上。
[0218] 约束轴安装时采用中心定位芯棒将支撑座的轴孔中心与固定横梁的轴孔中心对 正，之后将支撑座固定好，移走芯棒，安装约束轴，定位芯棒采用高精度数控车床加工，保证 同心度在0.01mm以内。约束轴在伺服加载系统驱动下对试件施加拉力或压力载荷，可根据 需要调节约束程度，0-100 %约束可调。约束轴前端为球头结构，连接球铰座可在一定范围 内自由转动，避免加载时对试件产生扭转载荷，对偏心具有微调功能。球铰座与球头的连接 为两半式结构，安装时可通过调整螺栓预紧力大小，保证球头与球座的连接没有间隙，避免 拉、压加载切换时产生空程影响。
[0219] 如图15所示为约束轴443A与活动夹头312之间的两半式球铰座连接结构。球铰座 包括前球座312-10和后球座312-11，前球座312-10固定在活动夹头312的端面上，后球座 312-11通过预紧螺栓312-12固定在前球座312-10上，前球座312-10和后球座312-11构成容 纳约束轴443A端部球头的球面空间，且前、后球座配合平面312-3处预留一定间隙，用于在 安装时可通过调整预紧螺栓312-12的预紧力大小，保证球头与球座的连接球面没有间隙， 避免拉、压加载切换时产生空程影响。
[0220]固定夹头、活动夹头及两端的约束轴均采用因瓦钢4J36制造，约束轴的直径 150mm，因瓦钢的弹性模量大，线性膨胀系数很小，主要用于制造精密仪器仪表中随温度变 化尺寸近似恒定的元件，在20~100 °C范围内的平均线性膨胀系数只有1.4x 1 0--6/°C，对测 量有影响的零件长度为660mm，故对实验的结果影响为0.000924mm/°C，并且在-80~100°C 时基本不变，在试验时对控制系统的影响很小，便于提高控制精度。
[0221] 在约束轴443和环境箱2之间设置位移/变形传感器443-3，具体地，在约束轴443上 设置测量顶板443-1，在环境箱2外侧壁上设置支撑座443-2，在该支撑座443-2上设置位移/ 变形传感器443-3,该位移/变形传感器443-3的感测部件抵在测量顶板443-1上。在螺母441 上连接应力传感器441-1，其上的感测部件抵在支撑座或约束轴443上而感测应力。
[0222] 位移/变形传感器443-3的这种设置方式可以使其不会受到动力装置对试件加载 的影响而降低检测精度。这是因为反力框架4中的微动横梁43与底座1没有固连，动力装置 拉压试件的反力不会传到底座1上，位移/变形传感器443-3固定在环境箱上等于是固定于 底座1上，所以不会受到影响。
[0223] 如图4和图7所示，位移/变形传感器443-3安装在试件的两端，呈对称布置，各于2 路精度± Ιμπι，同样辅助试验B机中亦然。主试验机位移/变形传感器范围：± 100μπι，辅助试 验机位移/变形传感器范围：±2000μηι。
[0224] 支撑座443-2安装在底座1上，实验室环境温度不变时，位移/变形传感器测量端与 试件固定端的相对位置不会变化，理论上无误差。
[0225] 具体到一个具体实施例，所述约束轴443、活动夹头312和固定夹头311均采用高刚 度的因瓦钢，该材料线性膨胀系数极小仅为(-20-100°C)1.4 Xl(T6/°C，对整个装置的影响仅 为0.000924mm/°C，可在实验结果中扣除此误差，结果更精确;活动夹头312下面与底座1之 间采用高精度滑轨装置，保障了测试精度。
[0226] 一加载系统，包括一动力装置，该动力装置设置在所述反力框架4上，具体的，动力 装置为如图4、图5所示，设置在微动横梁43上。动力装置包括斜齿轮-蜗轮蜗杆、减速比达到 650的减速机445和减速机所连接的伺服电机446,该动力装置受控于计算机连接的加载控 制单元，使其启动和停止并限定其转向。而加载控制单元是根据所设置的位移/变形传感器 和应力传感器发出的信号，根据具体试验的要求控制伺服电机446的启动和停止等参数的。 [0227]与螺母441螺接的螺杆444的螺距为12mm。如此的直线运动机构，单个脉冲位移量 仅为0.007μπι，伺服电机带闭环反馈，大大提高了加卸载精度，即使阈值设置在Ιμπι也能轻松 应对。
[0228]所述动力装置优选伺服电机，连接蜗轮减速机传动机构。这样的动力装置使控制 精度、反馈速度、效率大提高。
[0229] 因为要用本试验机做长期徐变试验(加载力不变），采用全伺服电机硬齿面蜗轮减 速机驱动方式，比步进电机加载应力控制的准确度大大提高。在实验过程中，混凝土变形很 小，伺服电机446与减速机445相配使用，而伺服电机446速度无级可调，加载步长可任意选 择，故位移控制准确度比步进电机高;传动方式用滚珠丝杠，比普通丝杠精度高，传动效率 也高得多(95%)，传动采用滚动摩擦，使用寿命长。
[0230] 拉压加载装置由伺服电机、斜齿轮-蜗轮蜗杆减速机和高精密滚珠丝杆螺母组件 构成，加载驱动装置采用伺服电机驱动，高精密斜齿轮-蜗轮蜗杆减速机减速比达到650，与 螺距为12mm的滚珠丝杆配合后，单个脉冲位移量仅为0.007μπι，伺服电机带闭环反馈，大大 提高了加卸载精度，即使阀值设置在Ιμπι也能轻松应对。
[0231] 位移传感器与力传感器安装在试件活动夹头的端，便于伺服控制测量。加载时因 反力架浮动端移动，而固定端与试件固定参考端不动，位移传感器测量顶板与试件固定端 相对位置不动，所以不会引入测量误差。
[0232] 所述反力框架4采用45钢制造，设计成一端固定横梁一端浮动的微动横梁的连接 结构，在受力时其变形不会对位移测量产生干扰，不会引入测量误差。
[0233] 加载时因反力架即所述框架浮动端即微动横梁移动，而固定端即固定横梁与试件 固定参考端不动，位移/变形传感器测量顶板与试件固定端相对位置不动，所以不会引入测 量误差。
[0234] 框架结构采用立柱横梁式，重量约4吨，可以适应长期徐变试验要求试验机本身的 刚度要求，（刚度K2 2MN/mm)。
[0235] 具体地，当加载框架承受200KN载荷时，最大应力点约为60MPa，远远小于材料屈服 强度和抗拉强度。当加载框架承受200KN载荷时，框架中固定横梁和微动横梁向外侧弯曲， 两侧立柱拉长并由于弯矩的作用向内弯曲，轴向总变形量为0.04655 + 0.04670 = 0.09325mm，刚度为 200000/0.09325 = 2144772N/mm = 2.14MN/mm。当加载框架承受 200KN 载 荷时，框架最小安全系数为6.49。
[0236] 本发明提供的所述框架，采用立柱横梁式，结构稳定，加之其中的立柱具有足够的 刚度和温差变形稳定性，可以很好地保证试验的精度。
[0237] 固定夹头311、活动夹头312及两端的约束轴443均采用因瓦钢4J36制造，约束轴 443的直径150mm，因瓦钢的弹性模量大，线性膨胀系数很小，在20-100°C范围内的平均线性 膨胀系数只有1.4xl(T-6/°C，对测量有影响的零件长度为660mm，故对实验的结果影响为 0.000924mm/°C，并且在-80-100°C时基本不变，对实验结果影响可计算或测量，测量结果更 精准。
[0238] 所述环境箱的所述箱盖上设置视窗，使得试验过程可视化。
[0239] 图11给出了本发明提供的试验机中的一个实施例中的基于真实环境的混凝土开 裂全过程试验的控制原理图。
[0240]如图11所示，本发明提供的试验机还包括一计算机D和控制系统D1，控制系统D1包 括:主试验机A和辅助试验机B中控制真实环境模拟系统各种执行机构动作的控制单元；以 及，主试验机A中控制混凝土试件加载的执行机构动作的控制单元即加载系统中的动力装 置的控制单元。
[0241] 所述计算机D通过数据线L与控制系统D1相连，同时，计算机D还通过数据线L与监 测环境参数的温度传感器的信号输出端、监测混凝土试件位移/变形的位移/变形传感器的 信号输出端、监测试件应力的应力传感器的信号输出端相连；
[0242] 所述控制系统D1的控制信号输出端与各执行机构的控制端相连。
[0243] 所述各执行机构的控制单元包括:温度控制单元、位移/变形控制单元和加载控制 单元，计算机D给出指令，控制系统D1控制各执行机构动作即：加热或冷却，加载机构动作以 设定方向加载或卸载，让试件C自由变形或可控地变形，而执行机构动作的起始、动作方向 和停止受控于计算机D接受位移/变形传感器的信号而对加载控制系统发出的指令。计算机 D中的数据处理系统对于从各个传感器得到的信息根据具体试验进行数据处理，计算出试 验结构和/或绘制出参数曲线输出。
[0244]有温度控制单元控制的环境箱2中以及试件容置固定装置3中的加热或冷却装置 可以是，在组成容置固定装置的固定夹头311、活动夹头312和侧模板313内部设置空腔，通 过该空腔与外界连接管路向空腔中通入加热介质或冷却介质。以一个侧模板313为例，如图 8所示，，在侧模板313的内部空腔中设置导流栅格，形成曲折流道，内部导流栅格同时起到 加强筋作用，保证长时间加卸载试验后不变形。又如上模板314也是这样的结构，如图3所 示，该空腔在一端设置介质入口 313-5,在另一端设置介质出口 313-6。介质入口和出口连接 介质加热或冷却装置，如图9和图10所示。侧模板313的介质入口上的接管313-5连接一栗 313-7的出口，栗313-7的入口接管连接一恒温箱313-8的出口，其中设置制冷管313-9,连接 制冷装置，制冷装置中的压缩机制冷剂采用R502无毒无害，对环境无污染。在恒温箱313-8 中设加热冷却介质采用40 %乙二醇水溶液，冰点温度-25 °C。恒温箱313-8的入口连接侧模 板313的介质出口接管。在栗313-7的入口管上设置加热线圈313-10。
[0245] 如图9所示的加热/冷却装置，根据试验需要向侧模板、上模板以至于固定夹头、活 动夹头乃至环境箱2中的箱壁等处的空腔中输送加热介质或冷却介质。该加热或冷却装置 中的栗313-7、连接制冷管313-9的制冷装置和加热线圈313-10即为执行机构，其受控于计 算机D中设定的温度参数。为了能够简化计算机的结构，也可以将温度控制单元全部或部分 地从计算机D中分离出来，其流程图就可以从图11变为图12。
[0246] 加热线圈313-10的加热系统如图10所示，加热管也就是栗313-7上的入口管313-12上接温度传感器a，该温度传感器a的信号输出端连接温控仪b的信号输入输出端，该温控 仪b的温度数据传送端连接加热控制器c的相应的信号10端，根据温控仪b传送的温度数据， 加热控制器c对加热线圈313-10输出适合的电压、电流，使得加热线圈313-10发热，对外体 现设定温度，提供设定的真实环境的模拟。
[0247] 如果要提供低温，加热装置停止工作，冷却装置启动，制冷管313-9中循环制冷剂， 冷却恒温箱中的介质d乙二醇水溶液，栗313-7工作，向固定夹头、活动夹头和侧模板的空腔 内输送冷却介质，也可以同时向环境箱中设置的换热器中输送。栗313-7作为执行机构，其 启动和停止以及转速受到温度控制单元的控制，提供所需要的温度。
[0248] 固定夹头311、活动夹头312和侧模板313内部设置空腔，将试件包裹的试件温度模 板中。
[0249] 为了测定试件的温度，可以将温度传感器插设在试件中，一般的将监测试件的温 度传感器插设在试件的轴心线处。为此，在侧模板313以及固定夹头和活动夹头等各个模板 上均可以有模板测温孔1个，如图1所示的实施例中，侧模板上设一个测温孔313-11。上模板 314-1另布置有三个试件测温孔314-2,用于将温度传感器插装到试件C内部或表面，温度传 感器分布在试件长度1/4、1/2和3/4处。
[0250] 在另外一个实施例中，所述测量控制系统包括负荷传感器、位移传感器(LVDT或光 栅位移传感器）、岩石变形传感器(岩石引伸计）、全数字多通道闭环控制器，用于对试件本 身变形与受力进行测试，并驱动伺服加卸载系统对试件加卸载(推拉），并与微机联机使用。
[0251] 感知混凝土试件变形的所述位移/变形传感器构成位移/变形检测系统，该位移/ 变形检测系统是：
[0252] 如图16、图17至图19所示，包括设置在环境箱2内的岩石变形传感器和设置在试件 中的两个预埋件C-1，两个预埋件上固设支撑杆C-0。
[0253] 为了固定位移/变形传感器而在试件中设置的预埋件C-1，其包括设置在试件混凝 土中的埋入部分、露出在混凝土试件表面的盘体和卡座，所述埋入部分为一板体，该板体的 板面垂直于所述混凝土试件容置空间的所述轴线，与埋入部分固连的盘体的盘面与所述埋 入部分的板体板面垂直，在该盘体上设置卡座与连接所述温度传感器的石英测杆的支撑杆 C-0构成匹配卡固结构(见图19)
[0254]支撑杆C-0穿出上模板314上的长孔，在两个支撑杆C-0上设置石英测杆C-2,该石 英测杆C-2-端与靠近固定夹头一侧的C-0固定，另一端设置在靠近活动夹头312-侧的支 撑杆C-0上且可相对该支撑杆C-0沿试件轴向滑动，所述石英测杆C-2与岩石变形传感器对 应，以通过岩石变形传感器测量石英测杆的位移，直接测量试件的变形量；
[0255]所述岩石变形传感器包括应变式岩石引伸计C-3,该引伸计C-3与石英测杆C-2的 对应结构是:在靠近活动夹头312-侧的石英测杆C-2的端部，沿石英测杆轴向在石英测杆 上设置两个触点接头，靠测杆端头的一个触点转接头C-2-1可滑动地设于石英测杆上，但与 支撑杆C-0固连，稍微靠里一点的触点转接头C-2-2与石英测杆固接。引伸计C-3的两组夹 头，其中一组夹头C-3-1与触点转接头C-2-1接触，另一组夹头C-3-2与触点转接头C-2-2接 触。随着约束轴443的施力，试件发生变形，即可由引伸计测出相应的电量，然后通过数据采 集系统，将此电量转换成为尺寸数值。该转换方法为现有技术。
[0256] 因引伸计输出为模拟量，量程为2.5_的引伸计与控