[实用新型]一种检测构件力学性能的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种在深冷环境下测试温度对材料或构件的力学性质影响的试验装置，特别涉及超低温下进行钢筋混凝土试件的力学性能测试的试验装置。

背景技术

大型气体存储设施需要在低温环境运行工作。例如存储乙烯需在-103.7℃环境，存储LNG(液化天然气)需在-165℃环境。外太空的探索也涉及超低温的环境，例如月球表面最低温度达零下183℃。南北极极寒地区也是低温环境，最低温度达-80℃。随着人类社会的发展，对能源及其他材料的需求增加，如可燃冰的开采需要大量的存储设施；对外太空及极地的探索活动也不断的增加，因此对超低温环境下运行的材料需求也越来越多。

钢筋混凝土材料是常用的廉价的材料之一，在大型低温储罐中经常使用。温度对钢筋混凝土性能的影响及在超低温环境中钢筋混凝土的性能如何是我们建造超低温运行设施必须考虑的问题。为了解像钢筋混凝土这类材料在极端低温环境下的特性，需要在超低温环境下测试其力学性能，以及测试温度变化对材料或试件的力学性能影响。目前，针对极端温度环境下试件性能试验的装置，一般都由研究单位自行研制或委托有关工厂设计、制造。由于各单位确定研究的温度范围，试验内容和方法，以及试件的形状和尺寸等方面的差别，已有试验设备的配置和构造大相径庭，且在性能方面仍有不足。现具体总结如下：

Materials and Design发表的《Mechanical properties of normal strength mild steel and high strength steel S690in low temperature relevant to Arctic environment》以及《低温建筑技术》发表的《超低温环境下钢筋力学性能测试装置研制》，可以实现在温度箱内直接对试件加载试验。但受到温度箱体积及加载装置条件等方面限制，此类设备多用于对钢筋或钢绞线等的材料性能试验研究，难以针对钢筋混凝土等大型结构试件开展超低温环境下力学性能研究。

《低温建筑技术》发表的《超低温混凝土降温回温曲线的试验研究》中，提出了一套超低温加载环境系统，其中通过在超低温加载试验箱的上下面设置圆形加压口，使用自行设计制作的加压头传递外部力学试验机荷载，将试块放在箱内与压头接触进行压力试验。中国专利“一种用于力学试验的高低温装置” (专利号201410531129.5)，提出将高低温试验箱与力学试验机结合，将夹具与力学试验机相连，通过把耐高低温夹具连同所夹试件移入上下带口的高低温试验箱，由此实现高低温环境下试件的力学试验。这类装置虽然理论上可以实现对大型钢筋混凝土试件在低温环境下进行力学加载试验，但其存在的问题体现在：由于加压头或夹具直接与力学试验机相连，导致试验箱中温度变化时，加压头或夹具会将温度通过试件传递给力学试验机。尤其是针对超低温环境的模拟，从试验箱内部导出的超低温不但对力学试验机造成损害，还会降低试验箱内降温效率，导致通氮量增加，降温成本大幅度提高。

此外，上述已有设备还存在的问题为：极端温度与力同时调整作用下试件的应变值无法准确获知。由于通常材料的变形(应变)传感器无法在极端低温环境下工作，因此多采用间接方式测量极端温度作用下试件的应变值。比如在试件两端受力压头上各安装伸出试验箱的外伸臂，由此将试件的变形转移至温度箱外。这种间接测量方式，难以获得钢筋及混凝土最直观应变数据，给温度和力相互独立调整作用下钢筋混凝土截面应力重分布情况的精确研究造成障碍。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于极端低温度(可达-180℃)环境测试钢筋混凝土构件的力学性能和测试温度变化对钢筋混凝土构件力学性能影响的试验装置，用于解决了机械荷载加载和热荷载加载之间的相互耦合影响。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种检测构件力学性能的试验装置，包括：

工作舱，用于安置试验构件，所述工作舱内能够产生极端低温环境；

热加载系统，设置在位于所述工作舱一侧，用于对所述工作舱进行热载荷的加载；

内部机械荷载加载系统，设置在所述工作舱内部，与所述试验构件相连，用于向所述试验构件施加机械载荷；

外部机械荷载加载系统，与所述内部机械荷载加载系统，用于向所述内部机械荷载加载系统施加机械载荷；

温度控制系统，与所述工作舱相连，用于控制所述工作舱中的温度升降及保证温度的均匀度；

测试系统，与所述试验构件相连，用于测试所述试验构件的力学性能。