[发明专利]大尺寸全级配混凝土轴拉试验机

说明书

技术领域

本发明主要涉及混凝土试验机，是一种用于大尺寸全级配混凝土全程轴拉试验的试验机，尤其是一种可实现大尺寸全级配混凝土试件断裂破坏过程稳定可控的试验装置，属于土木工程技术领域。 

 背景技术

在全世界高坝建设趋缓的情况下，我国仍然有数量众多的在建和拟建高混凝土坝，目前在建和拟建的高混凝土坝高度已达到300m量级，如锦屏一级（305m）、小湾（294.5m）、溪洛渡（285.5m）、白鹤滩（284m）等，坝高已经超出现行设计规范，国内外也没有先例可予借鉴，而且所在地区地形陡峻，地质条件复杂，地震烈度高，环境恶劣，从而增加了设计的难度。全级配混凝土轴向拉伸应力－变形全曲线是混凝土大坝性能评价的一个重要指标，直接影响设计大坝的安全评价结果。其受拉破坏过程的应力－变形全曲线（包括上升段和下降段）由于能够宏观地反映混凝土在各个受力阶段时的变形、内部微裂缝的发展、损伤积累和最终破坏等一系列过程，是分析和计算大坝承载力和变形的重要参数，对于揭示大坝混凝土的内部损伤发展过程和破坏机理有重要意义。

目前一般的大体积混凝土材料性能试验都是在骨料经过湿筛后的小试件上进行的，工程设计单位大都采用湿筛混凝土试件，即将直径超过40mm的骨料去掉制成试件进行拉伸试验，有关规范也是依据这样的试验确定有关大坝混凝土的弹模、抗拉强度、抗压强度和极限应变等参数。材料组成配比发生如此大的变化，必然造成试验结果与实际大坝全级配混凝土性质的差异，无法真实反映实际大坝混凝土的性能指标。众所周知，混凝土是一种尺寸效应材料，对于全级配混凝土这一点更为突出，因此有必要进行全级配混凝土大试件轴向拉伸试验研究，探讨大坝混凝土轴拉破坏机理，为大坝设计、分析评估提供可靠的力学参数，所以开展大尺寸全级配混凝土轴向拉伸应力－变形试验装置研制具有重要意义。 

纵观国内外大尺寸全级配混凝土拉伸应力－变形全曲线试验机的研究现状，目前对拉伸应力－变形全曲线进行试验研究的对象还仅限于截面为250mm 250mm及以下尺寸试件，少量开展了450mm450mm的大尺寸混凝土拉伸应力－变形全曲线的研究，但由于试验机加载能力、刚度等因素，导致很难得到应力－变形的全曲线。由于全级配混凝土试件尺寸过大，试验机刚度要求较高。而试验装置拥有足够大的刚度是测定混凝土受拉应力－变形全曲线的根本保证，所以在全曲线的研究历史中，如何提高试验装置的刚度曾经是研究者们一度最为关注的。最初的思路是与普通材料试验机并联刚性构件来增加试验装置刚度，以保证在整个试验过程中试验机贮存的弹性能量不会突然释放，从而达到混凝土试件稳定破坏的目的。采用刚性组件提高试验机刚度有2点不足：(1)当试件极限拉伸值较大的时候，由于附加刚性组件承担了较多的试验机加载力，导致试验机对混凝土试件的加载能力难以满足；(2)对于脆性较大的混凝土，其下降段曲线比较陡，需要试验机的刚度很大，而这往往难以做到。目前这些在普通试验机上并联刚性元件的改装试验机对小尺寸的混凝土试件的测试可以取得较好的效果，对大尺寸全级配混凝土构件的试验测试明显显现出不足，这些试验机不能保证在整个实验过程中试验机贮存的弹性能量不会突然释放，从而达到混凝土试件稳定破坏。所以全级配混凝土在普通的试验机上很难得到轴向拉伸应力－变形全曲线。河海大学利用自研的可进行全级配混凝土轴向拉伸应力－变形全曲线的试验装置进行的试验，但试验机的刚度调节能力有限，使用中油阻尼器有空程现象，清华大学采用在INSTRON 8056 刚性试验机上直接试验得到类似的结果，但由于试验机造价昂贵，同时试验机的极限载荷、净空均有限制，净空过小导致只能采取端部粘贴钢板进行轴拉试验，极易出现端部破坏，造成试验失效。 

智能流体磁流变液（Magneto-rheological Fluid，简称MRF）是饱和磁感应强度很高而矫顽力很小的软磁微粒分散于不导磁的油中形成的悬浊液。在外加磁场下，其流体结构和性能会瞬间变化，表观粘滞系数增加几个数量级，甚至表现出类固体性能，其产生的屈服强度随外加磁场的变化而变化，当外加磁场撤除后，在几个毫秒内MRF的结构和性能迅速复原。MRF具有的毫秒级内快速复原和屈服应力与外加磁场成线性关系的特性使得它非常适合于快速动作的可控性器件的使用。因此，近年来将智能材料结构装配到机械结构中以提升机械结构的性能是一个新的趋势。基于磁流变材料的阻尼器具有出力大，能耗小，反应迅速，已成为结构振动控制的新一代主动驱动装置，目前，已在汽车、建筑、航空、机械、医疗等领域得到了广泛的研究与应用。 

 发明内容