一种混凝土剪切徐变系数的测试装置及其测试方法

摘要

一种混凝土剪切徐变系数的测试装置及其测试方法，测试装置包括用于支承十字梁试件的一条长边，能够使十字梁试件的支承端沿支承线转动的支架，试件的另一条长边上安装有加载托架，加载托架上放置有加载重；十字梁试件的中心交叉位置分别沿所在长边布置有应变传感器，应变传感器通过导线将采集到的信号传送给采集机箱。测试方法包括将试件浇筑成为十字梁试件，测得空载时的受压应变和受拉应变；再安装放置加载重的加载托架，测得加载后的受拉和受压应变，通过与空载时的数值比较，计算得出加载龄期的弹性应变；通过长期连续采集得到任意时刻的弹性应变；最后根据公式计算得到剪切徐变系数。通过利用十字梁弯曲进行反向加载，操作更加简便安全。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土系数的测试装置及其测试方法，具体涉及 一种混凝土剪切徐变系数的测试装置及其测试方法。

背景技术

混凝土结构在空间受力时，结构中任意一点的应力可由三个法向 应力和三个剪切应力来表示（Ferdinand P.Beer,E.Russell Johnston, John T.Dewolf,etc.,Mechanics of Materials(5th edition)(M),New York, Mc Graw Hill,2009）。在计算混凝土梁式结构时，大多忽略了剪切应 力的影响（李廉锟，结构力学（第5版）(M)，北京：高等教育出版 社，2010），而最近十年间，混凝土的结构特别是大跨径混凝土梁式 结构的长期变形过大的问题开始出现，实际变形值往往大于计算值 （楼庄鸿,大跨径梁式桥的主要病害[J],公路交通科技,2006,23(4), 84-87）（Burgoyne Chris,Scantlebury Richard,Why did Palau bridge  collapse[J],The Structural Engineer,2006,84(11),30-37），大型混凝土 结构的剪切应力的影响开始引起关注。长期变形主要与结构的受力和 材料的徐变特性相关。在材料的徐变特性研究方面，对于轴向徐变系 数已有一定测试手段，相关文献（曹国辉,方志,徐变加载装置的研 制与应用.实验室研究与探索[J],实验室研究与探索,2005,24(10), 31-42）通过轴向加压测试徐变的受压徐变特性；排除时变因素，对 于混凝土的剪切模量等亦有一定研究，相关文献（施士昇,混凝土的 抗剪强度、剪切模量和弹性模量[J],土木工程学报,1999,32(2): 47-52）通过扭转的方法对混凝土的剪切模量进行了试验，文献（Frank  J.Vechchio,Michael P.Collins,The modified compression-field theory  for reinforced concrete elements subjected to shear[J],ACI Journal,1986, March-April:219-231）通过混凝土板边缘施加荷载对剪切应力的计算 方法进行研究。目前尚未出现针对混凝土剪切徐变系数的试验方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种利用十 字梁弯曲进行反向加载，操作简便安全的混凝土剪切徐变系数的测试 装置及其测试方法。

为了实现上述目的，本发明的测试装置包括用于支承十字梁试件 的一条长边，并能够使十字梁试件的支承端沿支承线转动的支架，十 字梁试件的另一条长边上安装放置有加载重的加载托架；

所述的十字梁试件的中心交叉位置分别沿所在长边布置有应变 传感器，应变传感器通过导线将采集到的信号传送给采集机箱。

所述的支架为焊接钢材或台座式结构。

本发明的测试方法包括：

第一步，制作十字梁试件，按照目标加载龄期t0将十字梁试件 的一条长边置于支架上；

第二步，在十字梁试件的中心交叉位置分别沿所在长边布置应变 传感器，并将应变传感器通过导线与采集机箱连接，得到空载受压应 变ε_c1以及空载受拉应变ε_t1；

第三步，在十字梁试件的另一条长边上安装加载托架，并在加载 托架上放置加载重，采集加载后的应变ε_c2和ε_t2，计算得到两组传感 器在加载龄期的弹性应变ε_c0=ε_c2-ε_c1和ε_t0=ε_t2-ε_t1；

第四步，对十字梁试件的应变数据进行长期连续采集，某一时刻 t的长期总应变ε_ct、ε_tt等于该时刻的应变数据减去空载数据ε_c1和ε_t1， 某一时刻t的剪切徐变则加载龄期为t0的混 凝土在t时刻的剪切徐变系数其中γ₀为初始剪切变形，由ε_c0和ε_t0利用上述公式计算得到。

所述的十字梁试件初始应变小时直接采用素混凝土制作；初始弹 性应变大时沿十字梁的长边配置钢筋。

与现有技术相比，本发明的测试装置通过支架支承十字梁试件的 一条长边，在十字梁试件的另一条长边上安装放置有加载重的加载托 架，在加载重的作用下承受拉应力，而被支承的长边承受压应力，在 十字梁试件的中心交叉位置分别沿所在长边布置应变传感器，应变传 感器通过导线将采集到的信号传送给采集机箱，最后通过相应的计算 公式即能够得到混凝土的剪切徐变系数。本发明装置结构简单，操作 方便，减小了加载难度，具有较高的安全性。

优选的，本发明支架为焊接钢材或台座式结构，保证了十字梁试 件的支承端能够沿支承线转动，避免对测试结果造成影响。

与现有技术相比，本发明的测试方法首先将试件通过十字梁支模 浇筑成为十字梁试件，将十字梁试件的一条长边置于支架上测得空载 时的受压应变和受拉应变；再在另一条长边上安装加载托架，并在试 件下方的加载托架上放置加载重，则此时该长边承受拉应力，被支承 的长边承受压应力，测得加载后的受拉和受压应变，通过与空载时的 数值比较，计算得出加载龄期的弹性应变；通过长期连续采集，进而 得到任意时刻的弹性应变；根据公式计算得到 某一时刻的剪切徐变，则加载龄期为t0的混凝土在t时刻的剪切系数 为测试方法明确，操作简单。

附图说明

图1本发明装置的结构示意图；

图2十字梁试件的交叉区域受力图；

附图中：1.十字梁试件；2.支架；3.加载托架；4.加载重；5.应变 传感器；6.采集机箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明的装置包括焊接钢材或台座式结构用于支承十 字梁试件1的一条长边，能够使十字梁试件1的支承端沿支承线转动 的支架2，十字梁试件1的另一条长边上安装放置有加载重4的加载 托架3；十字梁试件1的中心交叉位置分别沿所在长边布置有应变传 感器5，应变传感器5通过导线将采集到的信号传送给采集机箱6。

参见图2，十字梁试件的一条长边通过支架支承，再在另一条长 边上安装加载托架，并在试件下方的加载托架上放置加载重，则在加 载重的作用下该长边承受拉应力，被支承的长边承受压应力，十字梁 的两个交叉主梁分别承受正、负弯矩，在交叉区域的某一点混凝土承 受两个垂直方向拉应力和压应力，实际处于纯剪状态。

本发明的测试方法为：

第一步，制作十字梁试件1，十字梁试件1初始应变小时直接采 用素混凝土制作；初始弹性应变大时沿十字梁的长边配置钢筋；按照 目标加载龄期t0将十字梁试件1的一条长边置于支架2上，在支承 作用下承受压应力；

第二步，在十字梁试件1的中心交叉位置分别沿所在长边布置应 变传感器5，并将应变传感器5通过导线与采集机箱6连接，得到空 载受压应变ε_c1以及空载受拉应变ε_t1；

第三步，在十字梁试件1的另一条长边上安装加载托架3，并在 十字梁试件1下方的加载托架3上放置加载重4，采集加载后的应变 ε_c2和ε_t2，计算得到两组传感器在加载龄期的弹性应变ε_c0=ε_c2-ε_c1和 ε_t0⁼ε_t2-ε_t1；

第四步，对十字梁试件1的应变数据进行长期连续采集，某一时 刻t的长期总应变ε_ct、ε_tt等于该时刻的应变数据减去空载数据ε_c1和 ε_t1，某一时刻t的剪切徐变则加载龄期为t0 的混凝土在t时刻的剪切徐变系数其中γ₀为初始剪切变形， 由ε_c0和ε_t0利用上述公式计算得到。