[发明专利]一种不同养护条件下单轴混凝土约束的设备与方法

权利要求书

1.一种不同养护条件下单轴混凝土约束的设备，其特征在于，它包括模板系统、温度系统、加载系统、采集系统、控制系统和计算机系统；

该模板系统包括约束模板和自由模板，二者均包括具有控温通道的上模板、下模板和两个对称的侧模板，形成截面呈矩形的筒状；该自由模板的侧模板两端分别设有具有控温通道的端部模板，该自由模板的上模板、下模板、侧模板和端部模板之间围构成密封的自由浇筑空间；该约束模板的侧模板两端分别设有固定模板和活动模板，该约束模板的上模板、下模板、侧模板、固定模板和活动模板之间围构成密封的约束浇筑空间；该固定模板和活动模板之间等间隔设有若干与该约束浇筑空间长度方向平行的钢筋，各钢筋到该约束浇筑空间中心的距离相等；该钢筋表面粘贴有应变片；该上模板、下模板、侧模板、端部模板、固定模板、活动模板、自由浇筑空间以及该约束浇筑空间中心均设有第一温度传感器；

该温度系统包括带水泵的水箱，该水箱具有出水管和回水管，该出水管分别连接至该上模板、下模板、侧模板、端部模板的控温通道的进水端，该回水管分别连接至该上模板、下模板、侧模板、端部模板的控温通道的出水端；该水箱内设有控温装置及第二温度传感器；

该加载系统包括驱动装置，该驱动装置与一传动轴连接，能够对该传动轴进行推拉；该传动轴的末端与该活动模板中心通过拉杆固定连接，该拉杆与该传动轴之间设有荷载传感器；

该采集系统的输入端与该应变片、该第一温度传感器、该第二温度传感器和该荷载传感器连接，该采集系统的输出端与该计算机系统的输入端连接；

该控制系统的输入端与该计算机系统的输出端连接，该控制系统的输出端与该驱动装置、该控温装置及该水泵连接。

2.根据权利要求1所述的不同养护条件下单轴混凝土约束的设备，其特征在于：所述上模板、下模板、侧模板和端部模板外侧设有保温层。

3.根据权利要求1所述的不同养护条件下单轴混凝土约束的设备，其特征在于：所述上模板为可拆卸式。

4.根据权利要求1所述的不同养护条件下单轴混凝土约束的设备，其特征在于：所述驱动装置为电机。

5.一种不同养护条件下单轴混凝土约束的方法，其特征在于：利用权利要求1至4中任一项所述的不同养护条件下单轴混凝土约束的设备，它包括下列步骤：

将搅拌完成的混凝土分别浇入所述约束浇筑空间和自由浇筑空间内，分别形成约束混凝土试件和自由混凝土试件；盖上上模板，预埋的第一温度传感器和应变片导线从上模板的预留孔穿出与采集系统相连；

计算机系统设定混凝土试件的预定温度和加载系统的荷载，开始试验，通过控温装置使水箱里的水达到预定温度，并通过水泵使水在所述控温通道内循环，对所述上模板、下模板、侧模板和端部模板的温度进行调控，最终使约束混凝土试件和自由混凝土试件的温度达到预定温度T；通过驱动装置对所述活动模板施加荷载，通过所述第一温度传感器、第二温度传感器测量温度数据，通过所述应变片测量变形数据；

将施加给约束混凝土试件的自由变形和约束度的历程带入公式(1)计算混凝土的最终变形：

ε(t)＝(1-γ)ε^sh (1)

式中，γ是设定的约束度；ε^sh是应变片测量的自由混凝土试件变形；

根据公式(2)计算得到混凝土任意龄期的应力为：

式中，ε是应变片测量的构件最终变形；α_s是钢筋的线膨胀系数；E_s是钢筋的弹性模量；A_s和A_c分别是钢筋和混凝土试件的截面面积；ΔT是混凝土试件的温度变化量；P(t)是任意龄期电机对构件施加的外荷载。