一种混凝土荷载与冻融循环耦合试验装置的制作方法

本实用新型公开了一种混凝土荷载与冻融循环耦合试验装置，涉及混凝土冻融循环试验研究。

背景技术：

冻融破坏是内部含水或长期与水接触的混凝土在正负温交替作用下发生的由表及里的剥蚀破坏。寒区工程中，冻融循环会导致混凝土力学性能劣化且破坏其完整性，从而影响整体结构的稳定性。混凝土遭受冻融循环的同时，自身处于荷载状态。因此，考虑冻融循环与荷载联合作用下的破坏更能反映实际问题，而现有的冻融试验机鲜有考虑荷载的作用。且至今还未见能够对荷载与冻融循环耦合作用后的混凝土试样进行压缩的试验装置。

基于此，需要一种能够实现荷载与冻融循环耦合作用，且作用后的试样能够进行压缩试验的冻融试验装置，以更好的模拟混凝土的冻融破坏，且能得到丰富的试验数据，为混凝土冻融破坏的深入研究提供依据。

技术实现要素：

本实用新型针对上述背景技术中的缺陷，提供一种混凝土荷载与冻融循环耦合试验装置，能够更好模拟实际工程中混凝土的冻融破坏，且能够得到荷载与冻融循环耦合及单轴压缩过程中试样的应力应变关系。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：一种混凝土荷载与冻融循环耦合试验装置，包括混凝土荷载施加装置和冻融耦合盒，混凝土荷载施加装置中设置有混凝土试样，并整体套装在冻融循环耦合盒中；所述混凝土荷载冻融循环耦合装置通过冻融试验机进行冰冻或融化；所述的混凝土荷载施加装置包括工字型顶板、底板以及至少三根拉力弹簧；拉力弹簧的拉力与拉力弹簧的拉伸长度有关，可计算得出；所述拉力弹簧一端与底板固定连接，一端与螺杆固定连接；螺杆穿过顶板的下板；顶板的下板与底板之间安装有混凝土试样，混凝土试样内部预埋应变传感器，在螺杆的另一端旋装有螺母，使顶板、混凝土试样、底板之间实现轴向定位并保持对混凝土试样施加的荷载。

进一步的，所述冻融耦合盒为橡胶制成的带盖的长方体状盒子，橡胶为耐冻橡胶，且一个盒子中可放入多个混凝土荷载施加装置，所述冻融耦合盒包括盒身与盒盖。

进一步的，填充在所述冻融耦合盒中的介质高度比混凝土荷载施加装置高10-20mm。

进一步的，所述冻融介质选自来水或盐溶液中的一种。

进一步的，所述应变传感器与数据采集系统电连接，所述应变传感器与数据采集系统组成为混凝土应变测试系统。

进一步的，所述螺杆均匀分布连接在顶板上，螺母与下板之间还设有弹簧垫圈，通过螺母将螺杆固定于顶架，弹簧垫圈防止螺母松落。

进一步的，所述工字轮内部采用空腔结构。

本实用新型按照试验要求配置混凝土，并在混凝土试样成型过程预先埋置应变感应器，待混凝土试样成型后，将混凝土试样安装在顶板和底板之间，依据试样长度选择具有恰当初始长度及劲度系数的拉力弹簧，以确保弹簧具有足够的伸长空间且能施加设定荷载，接着拉伸拉力弹簧对试样施加荷载，各弹簧上拉力应保持一致，忽略螺杆、螺母等的重力影响，试样所承受的压力为顶板重力与弹簧拉力之和，再将施加好荷载的混凝土荷载施加装置整体放入冻融耦合盒中，在冻融耦合盒中填充的介质；将冻融耦合盒置于冻融试验机内，按设定的冻融参数循环进行冻融试验，该过程中混凝土的应变由混凝土应变测试系统记录。

依据试验方案，将进行特定冻融循环次数的装置取出进行单轴压缩试验；顶架、底板直接与试样接触，且荷载由弹簧拉伸产生；单轴压缩机对装置的压力可直接作用于试样；首先得到混凝土荷载施加装置的应力应变曲线，经过调整后可得到试样的应力应变曲线。

进一步的，所述弹簧处于拉伸状态，不会分担单轴压缩机的压力，且压缩过程中混凝土试样变形较小，可认为压缩过程中弹簧拉力不变。

进一步的，忽略螺杆、螺母等的重力影响，试样所承受的压力可认为单轴压缩机所施加的压力、顶板重力与弹簧拉力之和。

进一步的，单轴压缩试验中所测得的应变为试样变形值与荷载施加装置高度的比值，而试样实际应变为试样变形值与试样高度的比值。

本实用新型通过拉力弹簧对混凝土试样施加荷载，以实现冻融循环与荷载的耦合，该过程中混凝土试样的应变由混凝土应变测试系统记录；顶架与底板直接与试样接触，且弹簧处于拉伸状态，因此进行单轴压缩试验时，压力可全部作用于试样。该装置操作简便，可有效模拟工程实际中混凝土的冻融破坏，且能够记录荷载与冻融循环耦合及单轴压缩过程中试样的应力应变关系。

附图说明

图1本实用新型的荷载施加装置示意图；

图2本实用新型施加荷载后荷载施加装置的示意图；

图3本实用新型的冻融耦合盒示意图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施方案仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1~3所示，本实用新型的一种混凝土荷载与冻融循环耦合试验装置，包括混凝土荷载施加装置和冻融耦合盒，混凝土荷载施加装置中设置有混凝土试样5，并整体套装在冻融循环耦合盒中；所述混凝土荷载冻融循环耦合装置通过冻融试验机进行冰冻或融化；所述的混凝土荷载施加装置包括工字型顶板1、底板9以及至少三根拉力弹簧6；所述拉力弹簧6一端与底板9上部固定连接，一端与螺杆4固定连接；螺杆4穿过顶板1的下板；顶板1的下板与底板9之间安装有混凝土试样5，混凝土试样5内部预埋应变传感器7，在螺杆4的另一端旋装有螺母2，使顶板1、混凝土试样5、底板9之间实现轴向定位并保持对混凝土试样5施加的荷载。

所述冻融耦合盒为橡胶制成的带盖的长方体状盒子，橡胶为耐冻橡胶，且一个盒子中可放入多个混凝土荷载施加装置，所述冻融耦合盒包括盒身11与盒盖10。

填充在混凝土荷载冻融耦合装置中的介质高度比混凝土荷载施加装置高10-20mm。

所述冻融介质选自来水或盐溶液中的一种。

所述应变传感器7与数据采集系统8电连接，所述应变传感器7与数据采集系统8组成为混凝土应变测试系统。

所述螺杆4均匀分布连接在顶板1上，螺母2与下板之间还设有弹簧垫圈3。

所述工字轮内部采用空腔结构。

如图2所示，本实用新型按照试验要求配置混凝土，并在混凝土试样成型过程预先埋置应变感应器，待混凝土试样成型后，将混凝土试样安装在顶板和底板之间，接着拉伸拉力弹簧对试样施加荷载，各弹簧上拉力应保持一致，依据各弹簧应施加的拉力计算弹簧的伸长量，当弹簧达到预定伸长量后拧紧螺母，通过螺母将螺杆固定在顶板上。拉力弹簧处于拉伸状态，试样所承受的压力为所有弹簧拉力与顶板重力之和，再将施加好荷载的混凝土荷载施加装置整体放入冻融耦合盒中，在冻融耦合盒中填充的介质；将冻融耦合盒置于冻融试验机内，按设定的冻融参数循环进行冻融试验，该过程中混凝土所承受的压力为弹簧所产生的拉力与顶板的重力，应变由混凝土应变测试系统记录。

依据试验方案，将进行特定冻融循环次数的装置取出进行单轴压缩试验；顶架、底板直接与试样接触，弹簧处于顶架与底板之间，且处于拉伸状态，因此弹簧不会分担单轴压缩机施加的压力，单轴压缩机的型号为YAW—2000B型微机控制岩石单轴压力试验机，单轴压缩机对装置的压力可通过顶架与底板作用于试样；试验中所测得的应力σ为单轴压缩机压力F1与试样横截面积S之比F1/S，试样实际应力σ^’为单轴压缩机压力F1、顶架重力G、弹簧拉力F2之和与试样横截面积之比(F1+G+F2)/S，可通过调整后计算得到。试验中所测得的应变ε为试样变形值ΔH与荷载施加装置高度H之比ΔH/H，试样实际应变ε^’为试样变形值ΔH与试样高度h之比ΔH/h，可通过调整后得到。

本实用新型通过拉力弹簧对混凝土试样施加荷载，以实现冻融循环与荷载的耦合，该过程中应力保持不变，应变由混凝土应变测试系统检测；单轴压缩试验中顶架与底板直接与试样接触，且弹簧处于拉伸状态，因此压力可全部作用于试样，该过程中应力可通过加上弹簧拉力，以及顶板的重力后调整得到，应变可通过混凝土试样与装置整体长度关系调整后得到。该装置操作简便，可有效模拟工程实际中混凝土的冻融破坏，且能够记录荷载与冻融循环耦合及单轴压缩过程中试样的应力应变关系。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。