一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的試驗(yàn)箱及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及試件力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的試驗(yàn)箱及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]凍融，是指土層由于溫度降到零度以下和升至零度以上而產(chǎn)生凍結(jié)和融化的一種物理地質(zhì)作用和現(xiàn)象。我國(guó)多屬于季節(jié)性凍土類型，冬季凍結(jié)，夏季消融，冰對(duì)巖石裂隙兩壁便產(chǎn)生巨大的壓力；而當(dāng)氣溫回升時(shí)，冰便融化，兩壁受到的壓力驟減，兩壁遂向中央推回。在反覆的凍結(jié)和融化過程中，巖石的裂隙就會(huì)擴(kuò)大、增多，以致石塊被分割出來，這種作用叫凍融作用。
[0003]然而處于凍融環(huán)境中的各種構(gòu)件承受者各種復(fù)雜荷載作用(靜力荷載以及交變荷載)。實(shí)際上受凍融地區(qū)的構(gòu)件一年遭受一次凍融循環(huán)，為了減少對(duì)受凍融區(qū)域構(gòu)件力學(xué)性能的試驗(yàn)時(shí)間，現(xiàn)有技術(shù)中采用模擬真實(shí)環(huán)境的方法，用于快速模擬構(gòu)件凍融溫度載荷下的力學(xué)性能。
[0004]目前對(duì)混凝土構(gòu)件在凍融狀態(tài)下進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的方法主要為，對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行凍融循環(huán)，完成既定次數(shù)凍融循環(huán)后，然后取出該構(gòu)件，置于疲勞測(cè)試裝置上，進(jìn)行疲勞測(cè)試;然后使構(gòu)件自然解凍，溫度升至零度以上，再進(jìn)行疲勞測(cè)試，這種做法只能實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土構(gòu)件凍融后的疲勞測(cè)試，無法實(shí)時(shí)進(jìn)行，因此，測(cè)試結(jié)果不夠準(zhǔn)確，對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用造成很大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中凍融過程中試件力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)過程中，測(cè)試結(jié)果不夠準(zhǔn)確，對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用造成很大誤差的問題，本發(fā)明提供了一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的試驗(yàn)箱及系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明提供的一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的試驗(yàn)箱及系統(tǒng)通過以下技術(shù)要點(diǎn)來解決問題:一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的試驗(yàn)箱，包括箱體本體、設(shè)置于箱體本體中的制冷裝置，還包括設(shè)置于箱體本體箱壁上的霧化液入口或設(shè)置于箱體本體中的霧化裝置。
[0007]具體的，處于凍融環(huán)境中的各種構(gòu)件承受者各種復(fù)雜荷載作用:力荷載以及交變荷載的同時(shí)，空氣中的濕度等級(jí)以及酸雨等是否帶腐蝕性質(zhì)對(duì)構(gòu)件的耐久性影響很大。現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)凍融溫度載荷下試件的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，分別在試件處于O °C以下和(TC以上時(shí)分別進(jìn)行應(yīng)力加載，通過反復(fù)的升溫降溫，完成最終的凍融溫度載荷下試件的力學(xué)性能測(cè)定。以上過程不僅效率低、相較于試件的實(shí)際工作環(huán)境，不能真實(shí)的模擬不同溫度下試件的受力情況、沒有考慮到除溫度以外的其他因素對(duì)試件力學(xué)性能的影響，如試件所處環(huán)境的濕度、試件所處環(huán)境中介質(zhì)的腐蝕性等。
[0008]以上試驗(yàn)箱技術(shù)方案中，設(shè)置的箱體本體用作容置被試驗(yàn)的試件，設(shè)置于箱體本體中的制冷裝置用于對(duì)箱體本體中的環(huán)境進(jìn)行制冷，以得到凍融過程中的低溫環(huán)境，同時(shí)通過控制制冷裝置的啟停或控制制冷裝置的功率，可使得箱體本體中的環(huán)境溫度變化與試件實(shí)際工作環(huán)境下凍融過程的溫度變化相適應(yīng)，這樣，通過以上提供的試驗(yàn)箱，在試件溫度變化的過程中，可使得施加到試件上的應(yīng)力載荷隨時(shí)存在，這樣，以上試件的實(shí)驗(yàn)環(huán)境更接近于時(shí)間所要工作的真實(shí)環(huán)境，利于凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能模擬的準(zhǔn)確性、利于提高凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能模擬的效率和便捷性。
[0009]進(jìn)一步的，在以上箱體本體的箱壁上設(shè)置了霧化液入口或在箱體本體中設(shè)置霧化裝置，可通過由霧化液入口向箱體本體內(nèi)通入霧化液或通過霧化裝置生成霧化液，在不同時(shí)間點(diǎn)改變箱體本體中試件所處環(huán)境濕度的辦法，使得試件所處環(huán)境更接近于試件工作過程中的真實(shí)環(huán)境。
[0010]進(jìn)一步的，以上通入的霧化液或直接在箱體本體內(nèi)生成的霧化液，霧化液的原料根據(jù)試件的需要，可采用酸性液體、堿性液體、其他腐蝕性介質(zhì)等，以使得在改變?cè)嚰帉?shí)驗(yàn)環(huán)境濕度的情況下，改變?cè)嚰帉?shí)驗(yàn)環(huán)境的酸性、堿性、腐蝕性等，以使得試件所處實(shí)驗(yàn)環(huán)境更接近于工作環(huán)境，達(dá)到進(jìn)一步提升凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能模擬準(zhǔn)確性的目的。
[0011 ]作為本領(lǐng)域技術(shù)人員，以上霧化液入口實(shí)質(zhì)上為流體流通通道，這樣，以上霧化液入口作為氣體通入口，如模擬氯化鈉電解制堿車間含有鋼筋的混凝土凍融溫度載荷下混凝土的力學(xué)性能，由霧化液入口通入氯氣進(jìn)行試件力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，也應(yīng)該包含于本案的保護(hù)范圍之內(nèi)，即以上霧化液入口亦可作為氣體或氣液混合流體進(jìn)入口。這樣，以上霧化液入口可以外接氣栗或外接霧化裝置，設(shè)置于箱體本體中的霧化裝置或外接的霧化裝置可采用體積較小的超聲霧化器。
[0012]作為以上所述的一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的試驗(yàn)箱進(jìn)一步的技術(shù)方案:
為便于及時(shí)、高效、準(zhǔn)確的調(diào)整箱體本體內(nèi)的濕度和溫度，所述箱體本體箱壁上還設(shè)置有干燥氣入口及空氣對(duì)流孔。以上干燥氣入口用于向箱體本體中通入干燥氣體，以上空氣對(duì)流孔用于箱體本體由內(nèi)至外排氣。
[0013]為便于操作者觀察實(shí)驗(yàn)過程，所述箱體本體的局部還設(shè)置有作為箱體本體箱壁的透光板。以上透光板可采用透明塑料或玻璃板等。
[0014]作為制冷裝置的具體實(shí)現(xiàn)形式，所述制冷裝置為設(shè)置于箱體本體箱壁上的冷流體管，所述冷流體管用于通過冷流體，在冷流體流經(jīng)冷流體管的過程中，吸收箱體本體空腔中的熱量。以上冷流體管優(yōu)選采用具有良好導(dǎo)熱性能且具有較好強(qiáng)度的金屬管，如銅管，以上冷流體可采用液氮。采用以上形式的制冷裝置，可使得試驗(yàn)箱具有較小體積和重量，以在以整個(gè)試驗(yàn)箱受交變應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖拢瑴p小對(duì)應(yīng)力加載裝置的要求。
[0015]作為一種對(duì)箱體本體內(nèi)溫度可控性好、對(duì)冷流體利用率高的具體方案，所述箱體本體的箱壁為夾層式結(jié)構(gòu)，所述制冷裝置設(shè)置于箱體本體箱壁的夾層中，還包括與所述夾層連通的氣體入口和氣體出口，所述氣體入口用于連接氣源，所述氣體出口與箱體本體的內(nèi)腔相通。本方案中，通過由氣體入口向夾層結(jié)構(gòu)中通入氣體，氣體熱量部分被制冷裝置吸收后進(jìn)入到箱體本體內(nèi)部，達(dá)到調(diào)節(jié)箱體本體內(nèi)溫度的目的。
[0016]由于試件實(shí)際工作過程中，試件周圍的溫度近似相等，為便于得到實(shí)驗(yàn)過程中的試件處在一個(gè)等溫環(huán)境中，利于提高模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可參考性，還包括設(shè)置于箱體本體內(nèi)部的空氣循環(huán)裝置，所述空氣循環(huán)裝置用于箱體本體內(nèi)部空氣的勻混。
[0017]同時(shí)，本發(fā)明還公開了一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括應(yīng)力加載裝置，還包括以上方案中提供的試驗(yàn)箱，所述應(yīng)力加載裝置的試件固定端位于箱體本體內(nèi)部。
[0018]以上設(shè)置的一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的系統(tǒng)中，設(shè)置的應(yīng)力加載裝置用于向試件上施加需要模擬的應(yīng)力，以上應(yīng)力加載裝置用于向試件上加載拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、交變應(yīng)力等，如采用氣壓缸、液壓缸的活塞桿端部作用于試件上，采用由壓電換能器、位移放大器串聯(lián)，超聲信號(hào)發(fā)生器作為壓電換能器電能輸入裝置組成的應(yīng)力加載裝置等。以上系統(tǒng)可模擬試件凍融過程中試件溫度變化的過程中對(duì)試件施加應(yīng)力，相較于現(xiàn)有裝置，由于更接近于試件真實(shí)工作環(huán)境，本系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，測(cè)試效率高。
[0019]作為以上所述一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學(xué)性能的系統(tǒng)進(jìn)一步的技術(shù)方案:
為便于箱體本體內(nèi)部環(huán)境的溫度檢測(cè)和/或濕度檢測(cè)，還包括設(shè)置于箱體本體內(nèi)部的測(cè)溫部和/或濕度測(cè)量部。以上測(cè)溫部和濕度測(cè)量部可分別采用溫度傳感器或濕度傳感器，以直接輸出數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，利用以上信號(hào)反饋，作用于本系統(tǒng)的某些功能部件上，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。
[0020]為提升對(duì)試件固定的穩(wěn)固性和避免因?yàn)樵嚰蠎?yīng)力集中或者偏心受力等情況，影響試件凍融溫度載荷下力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，所述應(yīng)力加載裝置的試件固定端上還設(shè)置有球鉸接座，所述球鉸接座包括球座、球體、壓緊桿及鎖緊螺帽，所述球座上設(shè)置有球形槽，所述球體內(nèi)嵌于球形槽中，壓緊桿固定于球體上，且壓緊桿上設(shè)置有用于與應(yīng)力加載裝置的試件固定端螺紋連接的螺紋段，所述螺紋段上還螺紋連接有用于實(shí)現(xiàn)壓緊桿與應(yīng)力加載裝置的試件固定端固定連接的鎖緊螺帽，所述球體卡設(shè)于球形槽中，且球體可繞自身球心轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0021]以上球鉸接座上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)壓緊桿改變應(yīng)力加載裝置的試件固定端與試件之間的距離，通過以上鎖緊螺帽實(shí)現(xiàn)壓緊桿與應(yīng)力加載裝置的試件固定端兩者的固定連接，球體可在球形槽中轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，便于改變球座相對(duì)于試件的傾斜角度，以在取得球座與試件最佳的作用點(diǎn)，以上作用點(diǎn)上球座與試件可采用直接接觸、試件的另一端與箱體本體相互作用以對(duì)試件施加靜應(yīng)力，