具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，屬于混凝土溫度應(yīng)力與變形的試驗?zāi)M技術(shù)領(lǐng)域，其光杠采用4J36號銦鋼制造，左側(cè)固定端、右側(cè)固定端、固定端萬向節(jié)和移動端萬向節(jié)采用4J36號銦鋼制造，固定夾頭、活動夾頭和荷載傳感器采用45號鋼制造。本發(fā)明通過將試驗機的各個部件采用不同的鋼材料，并按一定的比例設(shè)計各部件的組合長度，在外界溫度發(fā)生變化時，可使混凝土溫度應(yīng)力試驗機各部分鋼材部件產(chǎn)生的總的溫度變形差為零，從而抵消了由于外界溫度變化而引起的試驗機鋼材的溫度變形，實現(xiàn)了試驗機的溫度變形自補償。
【專利說明】
具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于混凝土溫度應(yīng)力與變形的試驗?zāi)M技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機。
【背景技術(shù)】
[0002]大體積混凝土早期溫度裂縫是一個重要的工程問題，目前關(guān)于抗裂評價指標以單一參數(shù)評價為主，并不能全面反映混凝土的抗裂性能?；炷翜囟葢?yīng)力試驗機(TSTM)具有同時測定彈模、徐變、松弛、開裂應(yīng)力及特征斷裂溫度等多種材料力學參數(shù)的功能，可在實驗室模擬全約束條件，建立與工程結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系?；炷翜囟葢?yīng)力試驗機(TSTM)是一種綜合評價混凝土抗裂性能的有效設(shè)備。
[0003]目前混凝土溫度應(yīng)力試驗機(TSTM)關(guān)于溫度模擬手段主要有兩類:一類是采用水冷式溫控模板，利用水或者油等液體控制混凝土上下左右四個模板面的溫度，進而通過模板與混凝土接觸來調(diào)節(jié)混凝土的溫度變化;還有一類是采用風冷式模板，通過設(shè)計一個小型封閉的環(huán)境箱體，把混凝土試件保護在一個具有循環(huán)空氣的氛圍內(nèi)，通過控制箱體內(nèi)空氣的流動和控溫來調(diào)節(jié)混凝土試件的溫度。
[0004]但是目前的溫度模擬手段過度關(guān)注混凝土試件的溫度調(diào)節(jié)，卻忽視了試驗機本身受溫度變化而產(chǎn)生的變形。普通鋼材的熱膨脹系數(shù)大約為12X10—6m/°C，混凝土的熱膨脹系數(shù)大約為7 X 1-V0C ο目前混凝土溫度應(yīng)力試驗機(TSTM)的溫度調(diào)控方法中，試驗機的光杠部分均處于室溫環(huán)境下，如果外界環(huán)境溫度變化1°C，那么光杠部分的鋼材將產(chǎn)生溫度變形，且變形量大大超過了混凝土本身的溫度變形;所以目前試驗機測得的混凝土變形，并非完全由混凝土本身的溫度變化產(chǎn)生，而是由于外界環(huán)境溫度變化引起光杠部分鋼材變形，進而將變形傳遞給混凝土試件。因此，利用目前的混凝土溫度應(yīng)力試驗機(TSTM)技術(shù)手段測得的混凝土溫度變形誤差較大，甚至有可能是錯誤的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠抵消由于外界環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生試驗機機架變形的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，包括:
[0007]試驗機主機，由左側(cè)固定端、右側(cè)固定端及連接在所述左側(cè)固定端和右側(cè)固定端之間的一對光杠構(gòu)成；
[0008]混凝土試件模具，由固定夾頭、活動夾頭及連接在所述固定夾頭和活動夾頭之間的側(cè)部模板和底部模板構(gòu)成；
[0009]所述左側(cè)固定端與所述固定夾頭通過固定端萬向節(jié)連接，所述右側(cè)固定端與活動夾頭通過移動端萬向節(jié)連接，所述右側(cè)固定端的外側(cè)連接伺服電機，所述伺服電機通過螺栓連接荷載傳感器，所述荷載傳感器通過螺栓與移動萬向節(jié)連接；
[0010]所述光杠采用熱膨脹系數(shù)Ct1S0.5?2.5 X 1^V0C的4J36號銦鋼制造；
[0011 ]所述左側(cè)固定端、右側(cè)固定端、固定端萬向節(jié)和移動端萬向節(jié)采用熱膨脹系數(shù)CI1為0.5?2.5 X 10—6m/°C的4J36號銦鋼制造；
[0012]所述固定夾頭、活動夾頭和荷載傳感器采用熱膨脹系數(shù)02為10?12X10—6m/°C的45號鋼制造。
[0013]進一步地，所述光杠的總長度Li為3120mm-3450mm。
[0014]進一步地，所述左側(cè)固定端、右側(cè)固定端、固定端萬向節(jié)和移動端萬向節(jié)的總長L2為1190mm?1320mmo
[0015]進一步地，所述固定夾頭、活動夾頭和荷載傳感器的總長度L3為210mm?300mm。
[0016]本發(fā)明提供的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，利用4J36號銦鋼與45號鋼熱膨脹系數(shù)不同的特點，將試驗機中不同部件分別采用4J36號銦鋼與45號鋼進行制造，并將各個部件按照一定的幾何尺寸比例進行組合，當外界溫度變化時，混凝土溫度應(yīng)力試驗機各部分鋼材部件產(chǎn)生的總的溫度變形差為零，抵消了由于外界環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的試驗機機架變形，從而相互抵消了試驗機各個部件溫度變形對混凝土試件變形的影響，從而實現(xiàn)了外界環(huán)境溫度改變后，混凝土溫度應(yīng)力試驗機鋼架部分的溫度變形的自補償功能。在實際的混凝土溫度應(yīng)力試驗中，可以忽略鋼材變形對被測混凝土試件的影響，使得混凝土溫度應(yīng)力試驗機系統(tǒng)的溫度調(diào)控效率更高，結(jié)果更精確。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機的俯視圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實施例提供的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機的剖視圖。
【具體實施方式】
[0019]參見圖1，本發(fā)明實施例提供的一種具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，包括:
[0020]試驗機主機I，由左側(cè)固定端11、右側(cè)固定端12及連接在左側(cè)固定端11和右側(cè)固定端12之間的一對光杠構(gòu)成13;
[0021]混凝土試件模具2，由固定夾頭21、活動夾頭22及連接在固定夾頭21和活動夾頭22之間的側(cè)部模板23和底部模板24構(gòu)成；
[0022]其中，左側(cè)固定端11與固定夾頭21通過固定端萬向節(jié)3連接，右側(cè)固定端12與活動夾頭22通過移動端萬向節(jié)4連接，右側(cè)固定端12的外側(cè)連接有一個伺服電機6，伺服電機6通過螺栓與荷載傳感器5連接，荷載傳感器5通過螺栓與移動萬向節(jié)4連接。
[0023]其中，光杠13采用熱膨脹系數(shù)α^0.5?2.5\10—6111/°(:的耵36號銦鋼制造；
[0024]左側(cè)固定端11、右側(cè)固定端12、固定端萬向節(jié)3和移動端萬向節(jié)4采用熱膨脹系數(shù)αι^Ο.5?2.5 X 10—6m/°C 的4J36號銦鋼制造；
[0025]固定夾頭21、活動夾頭22和荷載傳感器5采用熱膨脹系數(shù)€(2為10?12X10—6m/°C的45號鋼制造。
[0026]其中，兩根光杠13的總長度Li為3120mm-3450mm;左側(cè)固定端11、右側(cè)固定端12、固定端萬向節(jié)3和移動端萬向節(jié)4的這四個部件的長度總和L2為1190mm?1320mm;固定夾頭
21、活動夾頭22和荷載傳感器5這三個部件的的長度總和L3為210mm?300mmo
[0027]使用本發(fā)明提供的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機時，在混凝土試件模具2的混凝土澆筑區(qū)域澆筑振搗混凝土，然后將溫度應(yīng)力試驗機吊裝轉(zhuǎn)運在步入式環(huán)境箱內(nèi)；然后設(shè)定混凝土溫度應(yīng)力所需的必要程序，設(shè)定環(huán)境溫度調(diào)節(jié)歷程，對混凝土進行溫度應(yīng)力試驗。
[0028]本發(fā)明提供的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機中，各部件分別采用4J36號銦鋼和45號鋼制造，并按一定幾何長度進行組合。其中，兩個光杠13采用的是熱膨脹系數(shù)<^為0.5?2.5\10—6111/°(:的4136號銦鋼，兩個光杠13的總長度1^為3120111111-3450mm;左側(cè)固定端11、右側(cè)固定端12、固定端萬向節(jié)3和移動端萬向節(jié)4采用的是熱膨脹系數(shù)α^Ο.5?2.5 X 10—6m/°C的4J36號銦鋼，左側(cè)固定端11、右側(cè)固定端12、固定端萬向節(jié)3和移動端萬向節(jié)4的總長度L2Sl 190mm?1320mm;固定夾頭21、活動夾頭22和荷載傳感器5采用的是熱膨脹系數(shù)02為10?12X10—6/°C的45號鋼，固定夾頭21、活動夾頭22和荷載傳感器5的總長度L3為210mm?300mm。在混凝土溫度應(yīng)力試驗過程中，當環(huán)境溫度變化AT時，光杠13部分產(chǎn)生的溫度變形為ALi = Ci1 X ΛΤ X Li，左側(cè)固定端11、右側(cè)固定端12、固定端萬向節(jié)3和移動端萬向節(jié)4部分產(chǎn)生的溫度變形為AL2 = Ct1 X ATXL2,固定夾頭21、活動夾頭22和荷載傳感器5部分產(chǎn)生的溫度變形為AL3 = Ct2 XATXL3,則最終混凝土溫度應(yīng)力試驗機總的溫度變形為AL1-AL2-AL3 = O。
[0029]現(xiàn)以環(huán)境溫度變化1°C為例，對混凝土溫度應(yīng)力試驗機的溫度變形做具體說明。當<^ = 1.5X10—6m/°C，a2=11.59X10—6111/。(:，當1^ = 3270臟丄2 = 1258.8臟丄3 = 257.2臟時，則光杠13部分產(chǎn)生的溫度變形為:
[0030]ALi = QiX Δ TXLi = I.5 X 10—6Xl X3270 X 10—3 = 4.905;左側(cè)固定端11、右側(cè)固定端12、固定端萬向節(jié)3和移動端萬向節(jié)4部分產(chǎn)生的溫度變形為:
[0031]AL2 = OiX ATXL2 = 1.5 X 10—6X 1 X 1258.8 X 10—3= 1.882;固定夾頭 21、活動夾頭22和荷載傳感器5部分產(chǎn)生的溫度變形為:
[0032]AL3 = O2X Δ T X L3 = 11.59 X 1-6 X I X 260.8 X 1-3 = 3.023 ；
[0033]由此可知，混凝土溫度應(yīng)力試驗機各鋼材部分產(chǎn)生的總的溫度變形差為4.905-1.882-3.023 = 0μπι。因此，混凝土溫度應(yīng)力試驗機各部分部件最終產(chǎn)生的總的溫度變形差為零，使外界溫度變化所產(chǎn)生的鋼材變形對混凝土試件的影響可忽略不計，從而達到了溫度變形自補償?shù)哪康摹?br>[0034]本發(fā)明實施例提供的一種具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，將混凝土溫度應(yīng)力試驗機的各個部件采用熱膨脹系數(shù)不同的鋼材料，并按一定的比例設(shè)計各部件的組合長度，當外界溫度發(fā)生變化時，混凝土溫度應(yīng)力試驗機各部分鋼材部件產(chǎn)生的總的溫度變形差為零，從而抵消了由于外界溫度變化而引起的試驗機鋼材的溫度變形，實現(xiàn)了其溫度變形自補償?shù)哪康摹?br>[0035]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，其特征在于，包括: 試驗機主機，由左側(cè)固定端、右側(cè)固定端及連接在所述左側(cè)固定端和右側(cè)固定端之間的一對光杠構(gòu)成； 混凝土試件模具，由固定夾頭、活動夾頭及連接在所述固定夾頭和活動夾頭之間的側(cè)部模板和底部模板構(gòu)成； 所述左側(cè)固定端與所述固定夾頭通過固定端萬向節(jié)連接，所述右側(cè)固定端與活動夾頭通過移動端萬向節(jié)連接，所述右側(cè)固定端的外側(cè)連接伺服電機，所述伺服電機通過螺栓連接荷載傳感器，所述荷載傳感器通過螺栓與移動萬向節(jié)連接； 所述光杠采用熱膨脹系數(shù)<^為0.5?2.5 X 1^V0C的4J36號銦鋼制造； 所述左側(cè)固定端、右側(cè)固定端、固定端萬向節(jié)和移動端萬向節(jié)采用熱膨脹系數(shù)αι為0.5?2.5 X I O—fW °C的4 J36號銦鋼制造； 所述固定夾頭、活動夾頭和荷載傳感器采用熱膨脹系數(shù)α2為10?12X 10—6m/°C的45號鋼制造。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，其特征在于: 所述光杠的總長度Li為3120mm-3450mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，其特征在于: 所述左側(cè)固定端、右側(cè)固定端、固定端萬向節(jié)和移動端萬向節(jié)的總長度L2為1190mm?1320mmo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度變形自補償功能的混凝土溫度應(yīng)力試驗機，其特征在于: 所述固定夾頭、活動夾頭和荷載傳感器的總長度Ub為210mm?300_。
【文檔編號】G01N3/00GK106092724SQ201610630280
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月4日 公開號201610630280.3, CN 106092724 A, CN 106092724A, CN 201610630280, CN-A-106092724, CN106092724 A, CN106092724A, CN201610630280, CN201610630280.3
【發(fā)明人】胡昱, 李慶斌, 朱賀, 陳鳳岐
【申請人】清華大學