本發明專利技術公開了一種高水壓及動載作用下全級配混凝土斷裂擴展測試試驗機，它包括MTS試驗機作動頭、楔形加載架、釹鐵硼稀土永磁體、拉壓傳力鋼軸、預埋軸承、拉壓支撐件、試樣支撐鋼棒、高壓密封缸、密封缸蓋板、密封缸連接桿、非接觸式光測窗口、高水壓泵；固定了釹鐵硼稀土永磁體的楔形加載架與拉壓傳力鋼軸、拉壓支撐件組成磁場閉合回路；動力加載部分、支撐部分、高壓密封腔部分和高水壓泵共同組成本發明專利技術試驗機。本發明專利技術克服了現有試驗機只可進行無水壓力或靜水壓力下全級配混凝土的斷裂擴展試驗、高水壓與動載不能同時施加以及不能進行混凝土斷裂擴展過程進行測試的缺陷；具有結構設計簡單、測試功能多樣和測試過程穩定可控的特點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術主要涉及一種混凝土斷裂擴展測試試驗機，尤其是涉及一種適用高水壓及動載作用下的全級配混凝土斷裂擴展測試試驗機。
技術介紹
在傳統的混凝土壩結構設計中，一般只考慮水壓力、自重荷載、揚壓力、泥沙壓力、風浪壓力、冰壓力、地震力荷載。事實上，對于易出現裂縫的混凝土壩，僅考慮以上荷載是不夠的，裂縫內的水荷載對大壩的影響同樣不容忽視，特別是隨著筑壩技術的提升，我國興建了許多300米級高混凝土壩，這些高混凝土壩大都處于地震烈度較高的地區，并且在深水壓力下，經過多年運行，均已不同程度的出現裂縫，甚至有的大壩在施工期就出現了各種各 樣的裂縫，它們的存在將會影響結構的實用性和耐久性，嚴重的裂縫還會惡化結構的強度和穩定，破壞其整體性和抗滲性，危及建筑物的安全運行。所以，大壩全級配混凝土在高水壓力及地震荷載作用下的裂縫擴展與穩定性問題日益嚴峻，也是工程界極為關注的問題。由于水壓力作用下的混凝土斷裂試驗難度非常大，裝置較為復雜，國外只有少數學者開展過這方面的試驗研究。因此，開展高水壓力作用下，混凝土裂縫擴展與斷裂特性的試驗研究，并測定混凝土在水壓力作用下的斷裂參數，研究混凝土在動載及高水壓下混凝土裂縫的起裂、擴展和失穩，對于認識混凝土水工結構在深水壓力(高水壓力)及動載作用下的斷裂特性具有重要的理論意義和工程參考價值。水壓力下混凝土裂縫開裂擴展研究屬于水力劈裂的一種情況，由于混凝土介質體內天然存在著大量裂隙、空隙、節理、層面等構造，因而混凝土水力劈裂并非字面上的含義是將完整的、均質無任何缺陷的介質劈開，而是高壓水流或其它液體將介體內已有的裂隙、空隙驅動擴張、擴展、相互貫通等物理現象的統稱。傳統水壓力下混凝土劈裂試驗采用的方法是1、預制帶內部裂縫的混凝土圓柱試件，通過往內部裂縫中充水和高壓氮氣的方法實現混凝土劈裂；2、利用楔入式緊湊拉伸試驗原理，制作楔入劈拉試件，在裂縫表面設置裂縫端面水壓密封裝置，其受力方式如圖6所示。前者只能測試混凝土別劈裂時的靜水壓力，試件上只可實現靜荷載的施加，劈裂試驗完成后剖開圓柱試件可觀測裂縫最終擴展情況，但無法測試裂縫擴展過程；而后者可測試不同靜荷載加載調節下裂縫內水壓力的變化，在靜荷載和水壓力共同作用下靜水壓力對斷裂性能的影響，但施加高水壓力及測試裂縫擴展過程均很難實現。
技術實現思路
技術問題針對現有技術存在的技術問題，本專利技術涉及一種可為高水壓及動載作用下的水工結構全級配混凝土裂縫的起裂、擴展和失穩過程進行測試的試驗機，與現有混凝土斷裂擴展測試試驗機相比，本專利技術可實現高水壓力、動水壓力并同時施加動荷載下的全級配混凝土的斷裂擴展試驗，其結構設計簡單、測試功能多樣和測試過程穩定可控。技術方案本專利技術的高水壓及動載作用下全級配混凝土斷裂擴展測試試驗機，包括MTS試驗機作動頭、作動連接桿、楔形加載架、加載架固定件、釹鐵硼稀土永磁體、拉壓傳力鋼軸、預埋軸承、拉壓支撐件、試樣支撐鋼棒、試樣支座、高壓密封缸、密封缸蓋板、密封圈、密封缸連接桿、非接觸式光測窗口、高水壓泵、高水壓缸體、高水壓連接管、高水壓腔、活塞桿及活塞；MTS試驗機作動頭、作動連接桿、楔形加載架、加載架固定件、釹鐵硼稀土永磁體、拉壓傳力鋼軸、預埋軸承、拉壓支撐件組合成混凝土試樣動力加載部分；試樣支撐鋼棒、試樣支座組合成混凝土試樣支撐部分；高壓密封缸、密封缸蓋板、密封圈、密封缸連接桿、非接觸式光測窗口組合成混凝土試樣的高壓密封腔部分；高水壓缸體、高水壓連接管、高水壓腔、活塞桿、活塞及MTS試驗機作動頭組合成高水壓泵，其結構形式如圖3所示；MTS試驗機作動頭與楔形加載架通過作動連接桿連接，加載架固定件將釹鐵硼稀土永磁體固定在楔形加載架內部，楔形加載架與拉壓支撐件通過齒輪方式連接，拉壓支撐件與拉壓傳力鋼軸通過鍵連接，支撐鋼棒與混凝土試樣通過預埋軸承連接；混凝土試樣底邊位于試樣支座的試樣支撐鋼棒上；非接觸式光測窗口固定在密封缸蓋板上，兩側的密封缸蓋板與高壓密封缸通過密封缸連接桿的螺栓連接；高水壓泵與高壓密封腔部分通過高水壓連接管連接；動力加載部分、支撐部分、高壓密封腔部分和高水壓泵共同組成本專利技術的高水壓作用下全級配混凝土斷裂擴展測試試驗機，其正面結構形式如圖2所示；固定了釹鐵硼稀土永磁體的楔 形加載架與拉壓傳力鋼軸、拉壓支撐件組成磁場閉合回路;MTS試驗機作動頭活塞桿通過鍵連接，活塞桿與活塞通過鍵連接，高水壓缸體與活塞組合出高水壓腔。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點 I、本專利技術針對現有混凝土斷裂擴展測試試驗機只可進行無水壓力或靜水壓力下的混凝土的斷裂擴展試驗、試件內部加高水壓無法測試裂縫擴展過程以及高水壓與動載不能同時施加的缺陷，采用高壓密封腔，高水壓泵裝置實現全級配混凝土試樣在高水壓以及動水壓情況下的斷裂擴展測試功能，通過外接MTS試驗機作動頭、固定釹鐵硼稀土永磁體的楔形加載架等混凝土試樣動力加載構件實現混凝土動力加載功能，通過非接觸式光測窗口可直接進行混凝土斷裂擴展過程進行測試。2、本專利技術的楔形加載架中固定了釹鐵硼稀土永磁體，使得楔形加載架、拉壓傳力鋼軸、拉壓支撐件組成磁場閉合回路，采用的釹鐵硼稀土永磁體提供的極強磁場保證了在動載的拉力加載過程中楔形加載架與拉壓支撐件齒輪間的密閉連接，拉壓支撐件上的閉合牽引力傳遞至拉壓傳力鋼軸上實現控制混凝土裂紋的快速閉合，從而保證了混凝土動力加載功能的實現。釹鐵硼稀土永磁體的采用避免了彈簧及電磁鐵裝置的復雜及不易控制的缺陷。3、本專利技術同現有混凝土斷裂擴展測試試驗機相比，不僅可進行傳統的無水壓力或靜水壓力下的混凝土的斷裂擴展試驗，而且可以進行高水壓、動水壓力、動荷載下的混凝土的斷裂擴展試驗，具有結構設計簡單、測試功能多樣和測試過程穩定可控的特點。附圖說明圖I為本專利技術的結構示意 圖2為本專利技術試驗機的正面示意 圖3為本專利技術聞水壓栗不意圖；圖4為本專利技術混凝土試件以及內部預留孔示意 圖5為本專利技術混凝土試件應變片粘貼位置示意 圖6為混凝土劈拉試樣受力示意圖。圖中 1- MTS試驗機作動頭17 -注水孔 2-作動連接桿18 -高水壓泵 3-楔形加載架19 -高水壓缸體 4-加載架固定件20 -高水壓連接管 5-釹鐵硼稀土永磁體21 -高水壓腔 6-拉壓傳力鋼軸22 -活塞桿 7-預埋軸承23 -活塞 8-拉壓支撐件24 -預設裂縫 9-混凝土試樣25 -加載裂縫 10-試樣支撐鋼棒26 -鋼軸孔 11-試樣支座27 -預埋孔 12-高壓密封缸28 -孔壓計 13-密封缸蓋板29 -孔壓計導線孔 14-密封圈30 -壓力傳感器 15-密封缸連接桿31 -預埋螺管 16-非接觸式光測窗口。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術做進一步詳細說明。如圖I所示高水壓及動載作用下全級配混凝土斷裂擴展測試試驗機，包括MTS試驗機作動頭(I)、楔形加載架(3)、加載架固定件(4)、釹鐵硼稀土永磁體(5)、拉壓傳力鋼軸(6)、預埋軸承(7)、拉壓支撐件(8)、試樣支撐鋼棒(10)、試樣支座(11)、高壓密封缸(12)、密封缸蓋板(13 )、密封缸連接桿(15 )、非接觸式光測窗口( 16 )、高水壓泵(18 )及高水壓連接管(20)，其特征在于MTS試驗機作動頭(I)、作動連接桿(2)、楔形加載架(3)、加載架固定件(本文檔來自技高網...
【技術保護點】
高水壓及動載作用下全級配混凝土斷裂擴展測試試驗機，包括MTS試驗機作動頭（1）、楔形加載架（3）、加載架固定件（4）、釹鐵硼稀土永磁體（5）、拉壓傳力鋼軸（6）、預埋軸承（7）、拉壓支撐件（8）、試樣支撐鋼棒（10）、試樣支座（11）、高壓密封缸（12）、密封缸蓋板（13）、密封缸連接桿（15）、非接觸式光測窗口（16）、高水壓泵（18）及高水壓連接管（20），其特征在于：MTS試驗機作動頭（1）、作動連接桿（2）、楔形加載架（3）、加載架固定件（4）、釹鐵硼稀土永磁體（5）、拉壓傳力鋼軸（6）、預埋軸承（7）、拉壓支撐件（8）組合成混凝土試樣（9）動力加載部分；試樣支撐鋼棒（10）、試樣支座（11）組合成混凝土試樣（9）支撐部分；高壓密封缸（12）、密封缸蓋板（13）、密封圈（14）、密封缸連接桿（15）、非接觸式光測窗口（16）組合成混凝土試樣（9）的高壓密封腔部分；高水壓缸體（19）、高水壓連接管（20）、高水壓腔（21）、活塞桿（22）、活塞（23）及MTS試驗機作動頭（1）組合成高水壓泵（18）；MTS試驗機作動頭（1）與楔形加載架（3）通過作動連接桿（2）連接，加載架固定件（4）將釹鐵硼稀土永磁體（5）固定在楔形加載架（3）內部，楔形加載架（3）與拉壓支撐件（8）通過齒輪方式連接，拉壓支撐件（8）與拉壓傳力鋼軸（6）通過鍵連接，支撐鋼棒（10）與混凝土試樣（9）通過預埋軸承（7）連接；混凝土試樣（9）底邊位于試樣支座（11）的試樣支撐鋼棒（10）上；非接觸式光測窗口（16）固定在密封缸蓋板（13）上，兩側的密封缸蓋板（13）與高壓密封缸（12）通過密封缸連接桿（15）的螺栓連接；高水壓泵（18）與高壓密封腔部分通過高水壓連接管（20）連接；動力加載部分、支撐部分、高壓密封腔部分和高水壓泵共同組成本專利技術的高水壓作用下全級配混凝土斷裂擴展測試試驗機。...
【技術特征摘要】
1.高水壓及動載作用下全級配混凝土斷裂擴展測試試驗機，包括MTS試驗機作動頭(I)、楔形加載架(3)、加載架固定件(4)、釹鐵硼稀土永磁體(5)、拉壓傳力鋼軸(6)、預埋軸承(7)、拉壓支撐件(8)、試樣支撐鋼棒(10)、試樣支座(11)、高壓密封缸(12)、密封缸蓋板(13)、密封缸連接桿(15)、非接觸式光測窗口( 16 )、高水壓泵(18 )及高水壓連接管(20 )，其特征在于MTS試驗機作動頭(I)、作動連接桿(2)、楔形加載架(3)、加載架固定件(4)、釹鐵硼稀土永磁體(5)、拉壓傳力鋼軸(6)、預埋軸承(7)、拉壓支撐件(8)組合成混凝土試樣(9)動力加載部分；試樣支撐鋼棒(10)、試樣支座(11)組合成混凝土試樣(9)支撐部分；高壓密封缸(12)、密封缸蓋板(13)、密封圈(14 )、密封缸連接桿(15)、非接觸式光測窗口( 16 )組合成混凝土試樣(9)的高壓密封腔部分；高水壓缸體(19)、高水壓連接管(20)、高水壓腔(21)、活塞桿(22)、活塞(23)及MTS試驗機作動頭(I)組合成高水壓泵(18) ;MTS試驗機作動頭(I)與楔形加載架(3 )通過作動連接桿(2 )連...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于國軍，杜成斌，孫立國，江守燕，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：
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