本实用新型属于混凝土结构抗震技术领域，特别涉及一种施工期混凝土震损试验装置。
背景技术：
施工期建(构)筑物可能会受到地震的影响，相比于在役建筑物，施工期混凝土结构由于结构材料性能、荷载效应的时变性，由钢筋混凝土结构构件和临时支撑系统组成的在建结构具有较高的失效风险，施工期结构震损更为严重。因此，施工期混凝土结构震损规律如何，施工期震损对混凝土结构后续使用安全性、耐久性有无影响、影响多大，成为了一个热点话题。
施工期混凝土材料性能在地震荷载下的损伤规律是研究施工期混凝土结构震损规律的基础。施工期混凝土震损实质上是一种外界振动对混凝土微结构的扰动和在反复荷载作用下混凝土应力损伤的一种耦合作用。不同施工阶段的混凝土，其外界约束条件(即模板支撑体系)也存在极大的差异。对于早龄期混凝土震动损伤以及损伤后力学性能，部分学者已经开展了相关研究工作；但大多采用微型振动台对早龄期试件振动激励后，测试其抗压强度及其他力学性能试验，无法体现振动波扰动和应力作用对施工期混凝土的耦合作用，无法模拟施工期模板支撑体系对混凝土的约束作用；另外，对于龄期过早无法脱模的试件尚无合适的方法评价其力学性能。
综上，针对施工期混凝土震损程度及损伤后力学性能评价，国内外目前仍缺乏一种有效的装置，亟需一种新的施工期混凝土震损试验装置来解决该问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种施工期混凝土震损试验装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型的施工期震损混凝土试验装置能够重现地震荷载作用下混凝土的损伤效应，既能反映振动波对施工期混凝土微结构的扰动作用和应力损伤，又能体现施工期模板支撑体系的约束作用。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型的一种施工期混凝土震损试验装置，包括：地震模拟振动台、试件加载装置、试件制作与加载模具；所述地震模拟振动台包括：台面；所述台面上设置有第一竖向作动器和水平作动器，用于对所述台面进行三向六自由度的控制；所述试件加载装置固定设置于所述地震模拟振动台的所述台面上；所述试件加载装置包括：支撑架、水平液压千斤顶、水平反力撑和第二竖向作动器，用于对待测混凝土试件进行侧向水平加载和竖向加载；所述试件制作与加载模具用于固定安装在所述地震模拟振动台的所述台面上；所述试件制作与加载模具为敞开型箱体，用于作为混凝土的浇筑模具，获得预定龄期的混凝土试件。
本实用新型的进一步改进在于，所述地震模拟振动台中：所述台面的水平截面为矩形；所述台面的上表面设置有螺栓底孔用于安装所述试件制作与加载模具或所述试件加载装置；所述台面的下表面安装有第一竖向作动器；所述台面的侧面分别安装有第一水平作动器和第二水平作动器。
本实用新型的进一步改进在于，所述试件加载装置的支撑架包括：支承立柱、侧向反力梁和竖向反力梁；所述支承立柱固定安装在所述地震模拟振动台的台面上，所述侧向反力梁和所述竖向反力梁分别固定设置在所述支承立柱上；所述水平液压千斤顶和所述水平反力撑分别固定安装在相对的侧向反力梁上，用于向混凝土试件施加侧向水平载荷；所述第二竖向作动器固定安装在竖向反力梁上，用于按照预定波形、幅值、频率或持时向混凝土试件施加竖向载荷。
本实用新型的进一步改进在于，所述水平液压千斤顶设置有稳压装置，其加载方式包括荷载控制、位移控制和刚度控制；所述水平反力撑的长度可调；所述第一竖向作动器、所述第二竖向作动器和所述水平作动器的加载端尺寸小于待测混凝土试件，用于避免加载端之间的相互冲突。
本实用新型的进一步改进在于，所述试件制作与加载模具包括：模具底座、固定边、加载边和支撑柱体；所述模具底座用于固定安装于台面；所述固定边固定安装于所述模具底座，所述加载边、所述支撑柱体通过可拆卸连接方式与所述固定边或所述模具底座固定连接，形成顶部开口的敞开型箱体；其中，所述加载边用于与所述水平液压千斤顶的加载端相连接。
本实用新型的进一步改进在于，模具底座与加载边以及固定边与加载边之间通过柔性胶黏剂进行密封。
本实用新型的进一步改进在于，还包括量测设备；所述量测设备用于对施加荷载、试件变形以及施加于混凝土试件的振动加速度进行采集，基于采集的数据对施加应力、位移、加速度进行调控。
本实用新型的进一步改进在于，所述量测设备包括：竖向荷重传感器、侧向荷重传感器、竖向位移传感器、侧向位移传感器、三向加速度传感器和数据采集器；所述竖向荷重传感器、所述竖向位移传感器布置于所述第二竖向作动器的加载端；所述侧向荷重传感器、所述侧向位移传感器布置于所述水平液压千斤顶的加载端；所述三向加速度传感器布置于所述模具底座；所述数据采集器用于对各类传感器数据进行采集，并反馈于各加载设备。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的施工期混凝土震损试验装置，通过地震模拟振动台对早龄期混凝土施加振动波，可体现振动对混凝土微结构的扰动作用；通过液压千斤顶对混凝土试件侧向加载，模拟模板支撑体系对混凝土的约束作用；通过作动器对试件施加往复荷载，可实现地震力作用下混凝土反复受荷时的应力损伤；通过试件制作与加载模具，可解决现有试验中难以对龄期过早、无法脱模的混凝土开展轴压力学性能测试的问题。本实用新型解决了现有研究中针对施工期混凝土地震损伤仅考虑单一振动扰动的影响，能够体现振动扰动、应力损伤和模板支撑体系约束的共同作用，可用于研究施工期混凝土地震损伤规律、破坏特性，可为施工期震损混凝土结构承载性能评估及施工期混凝土结构抗震性能研究提供可靠的支撑。
本实用新型中，设计了一种试件制作与加载模具，可在不拆模条件下对早龄期难以脱模混凝土试件进行加载，其具体实现过程如下：在试件制作阶段，模具底座、固定边、加载边和柱体通过可拆卸连接(螺栓连接)；当混凝土养护至指定龄期时，将试件制作与加载模具固定于台面，调整水平液压千斤顶长度，使其加载端与加载边接触后通过螺钉连接。此时，去掉连接模具底座、固定边、加载边和柱体的可拆卸连接(螺栓或螺钉等)，可实现加载。
本实用新型中，模具底座与加载边以及固定边与加载边之间通过柔性胶黏剂进行密封，在浇筑混凝土时可以避免混凝土流出，其自身较小的抗剪强度也不会对加载产生影响。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例的一种施工期混凝土震损试验装置的结构示意图；
图2是图1中实施例的俯视示意图；
图3是本实用新型实施例中，试件制作与加载模具的示意图；
图4是本实用新型实施例中，等幅反复荷载示意图；
图5是本实用新型实施例中，变幅反复荷载示意图；
图1至图3中，
1-地震模拟振动台；11-台面；12-第一竖向作动器；13-第一水平作动器；14-第二水平作动器；
2-试件加载装置；21-支承立柱；22-侧向反力梁；23-竖向反力梁；24-水平液压千斤顶；25-水平反力撑；26-第二竖向作动器；
3-试件制作与加载模具；31-模具底座；32-固定边；33-加载边；34-“l”形柱体；
4-量测设备；41-竖向荷重传感器；42-侧向荷重传感器；43-竖向位移传感器；44-侧向位移传感器；45-三向加速度传感器；46-数据采集器；
5-混凝土试件。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1至图3，本实用新型实施例的一种施工期混凝土震损试验装置，包括：地震模拟振动台1、试件加载装置2、试件制作与加载模具3和量测设备4；
本实用新型实施例中，所述地震模拟振动台1主要由台面11、第一竖向作动器12、第一水平作动器13和第二水平作动器14组成；其中，所述台面11布设有螺栓底孔用于安装试件制作与加载模具3；第一竖向作动器12、第一水平作动器13和第二水平作动器14可对振动台台面进行三向六自由度的控制。
本实用新型实施例中，所述试件加载装置2主要由支承立柱21、侧向反力梁22、竖向反力梁23、水平液压千斤顶24、水平反力撑25和第二竖向作动器26组成；其中，所述支承立柱21固定于振动台的台面11四角，支撑立柱21由下至上依次固定有四根侧向反力梁22和一根竖向反力梁23，主要用于提供侧向及竖向抗力，同时应承受地震模拟振动台1所造成的附加轴力与剪力，结构整体尤其是在节点处可进行加强。
本实用新型实施例中，所述侧向反力梁22上布置有水平液压千斤顶24和水平反力撑25。所述水平液压千斤顶24加载端端头设有螺栓通孔；所述水平液压千斤顶24必须具有稳压装置，在地震作用下能提供稳定压力；所述水平液压千斤顶24加载方式应包括荷载控制、位移控制、刚度控制。所述水平反力撑25长度需可调节。所述第二竖向作动器26固定于竖向反力梁23；所述第二竖向作动器26应能按照预定波形、幅值、频率、持时进行加载；所述作动器加载端尺寸略小于早龄期混凝土试件5，以避免试件水平与竖向加载时，加载端之间相互冲突。
本实用新型实施例中，所述试件制作与加载模具3主要由模具底座31、固定边32、加载边33和“l”形柱体34组成，共同构成敞开型箱体。所述模具底座31尺寸大于上部箱体尺寸，底座四角预设有螺栓通孔，可通过螺钉将其固定于振动台的台面11。所述固定边32固定于模具底座31，其与加载边33相接处沿高度水平设置有两个螺栓通孔。所述加载边33上部与混凝土试件5高度平齐，两侧及下部略小于试件尺寸；所述加载边33外侧预留有与水平液压千斤顶24加载端螺栓通孔对应的螺栓底孔，通过螺钉将二者连接；所述加载边33沿高度水平设置有两条与固定边32上螺栓通孔对应的螺栓通孔。所述“l”形柱体34竖向预留有螺栓通孔，通过长杆螺钉可将其固定模具底座31；所述“l”形柱体34与加载边33相邻两侧沿高度水平布置有两个与加载边33上螺栓通孔对应的螺栓底孔，通过长杆螺栓可将固定边32、加载边33、“l”形柱体34连接，形成混凝土浇筑模具。
可选的，模具底座31与加载边33、固定边32与加载边33之间通过柔性胶黏剂进行填充。
本实用新型实施例中，所述量测设备4主要包括竖向荷重传感器41、侧向荷重传感器42、竖向位移传感器43、侧向位移传感器44、三向加速度传感器45和数据采集器46；其中，所述竖向荷重传感器41、侧向荷重传感器42、竖向位移传感器43、侧向位移传感器44布置于水平液压千斤顶24和第二竖向作动器26的加载端，用于对施加荷载和试件变形进行采集。所述三向加速度传感器45布置于模具底座31，用于采集真实施加于试件的振动加速度。所述数据采集器46用于对各类传感器数据进行采集，并及时反馈于各加载设备，用于对施加应力、位移、加速度进行调控。
本实用新型实施例装置的工作原理：本实用新型采用地震模拟振动台1对放置早龄期的混凝土试件5的试件制作与加载模具3施加三向六自由度荷载，体现振动对施工期混凝土微结构的扰动作用。采用试件加载装置2对混凝土试件5进行加载；通过水平液压千斤顶24对早龄期的混凝土试件5进行侧向加载，模拟模板支撑约束条件下混凝土受力情况；通过第二竖向作动器26对早龄期混凝土试件5进行竖向加载体现地震作用下混凝土反复受载所产生的应力损伤。
本实用新型设计了一种试件制作与加载模具3，可在不拆模条件下对早龄期难以脱模混凝土试件进行加载，其具体实现过程如下：在试件制作阶段，模具底座31、固定边32、加载边33和“l”形柱体34通过螺栓连接；模具底座31与加载边33、固定边32与加载边33之间通过柔性胶黏剂进行密封，在浇筑混凝土时可以避免混凝土流出，其自身较小的抗剪强度也不会对加载产生影响。当混凝土养护至指定龄期时，将试件制作与加载模具3固定于台面11，调整水平液压千斤顶24长度，使其加载端与加载边接触后通过螺钉连接。此时，去掉连接模具底座31、固定边32、加载边33和“l”形柱体34的螺钉，取出“l”形柱体34。由于加载边两侧及下部尺寸略小于试件尺寸，并且第二竖向作动器26加载端尺寸小于试件尺寸，即使对于加载过程中变形相对较大的早龄期试件，仍能对试件进行加载而不产生冲突。此外，通过制作多个试件制作与加载模具3，可实现混凝土试件的批量制作。
本实用新型试验装置主要用于研究施工期混凝土地震损伤以及地震荷载作用下混凝土破坏特性，接下来对该装置工作过程及试验方法进行介绍。
本实用新型实施例的一种试验方法，基于本实用新型上述的装置，包括以下步骤：
(1)试件浇筑与养护
将试件浇筑及加载模具3进行组合，将按照预定配比拌和的混凝土浇筑于模具。随后对混凝土试件5进行振捣密实，将试件养护至既定龄期。
(2)试件安装及调试
将试件浇筑及加载模具3通过螺钉固定于振动台的台面11。调整水平液压千斤顶24长度使其加载端与加载边33接触，并通过螺钉将二者固定。拧取连接模具底座31、固定边32、加载边33和“l”形柱体34的螺钉，取出“l”形柱体。调整水平反力支撑25长度使其与固定边32紧密接触。通过试件用竖向作动器对混凝土试件5进行预加载，在模具安装良好的情况下试件应产生一定侧向压力，对试件安装状态及传感器工作状态进行判断。
(3)试件加、卸载与分析方法
调整第二竖向作动器26为应力控制，应力值为试件设计强度5％。使侧向千斤顶对试件进行加载。地震荷载作用下结构中混凝土所受约束是随时间、空间位置变换的，为真实模拟不同位置、不同加载时程模板支撑及箍筋对混凝土的约束作用，试件侧向约束控制手段可采用应力和位移或刚度控制等。地震模拟振动台1按照设定地震波施加振动荷载，下一步对混凝土试件5施加竖向荷载。
对于施工期混凝土地震损伤模拟试验，其试件竖向加载及分析方式如下：
第二竖向作动器26按照预设频率、振幅、持时对混凝土试件5进行加载，模拟地震过程中混凝土反复受载时产生的应力损伤，典型等幅荷载时程曲线见图4。加载完成后关闭地震模拟振动台1，卸去竖向荷载后以位移控制并保持轴向位移不变，随即卸去侧向压力。将混凝土试件5连同模具从振动台取下，对其进行脱模、养护。通过弹性模量、超声波速、抗压强度、渗透性等参数对混凝土试件5损伤值进行评估，判断地震模拟振动台振动参数、等幅循环荷载参数对混凝土的损伤效应。对损伤试件开展动、静力学性能试验，进而得到不同损伤程度混凝土强度参数及本构模型，可为施工期震损混凝土结构损伤后性能评估提供参考。
对于施工期混凝土地震破坏模拟试验，其加载及分析方法如下：
第二竖向作动器26对混凝土试件5进行变幅循环加载直至试件破坏，试件卸载模式同上，典型变幅荷载时程曲线如图5所示。通过对试验现象的观察以及所得荷载位移曲线，对施工期混凝土震损破坏特性进行分析以及得到其往复变幅加载条件下混凝土力学性能参数，为施工期混凝土结构抗震性能评价及相应数值分析提供基础试验数据。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
1.一种施工期混凝土震损试验装置，其特征在于，包括：地震模拟振动台(1)、试件加载装置(2)和试件制作与加载模具(3)；
所述地震模拟振动台(1)包括：台面(11)；所述台面(11)上设置有第一竖向作动器(12)和水平作动器，用于对所述台面(11)进行三向六自由度的控制；
所述试件加载装置(2)固定设置于所述地震模拟振动台(1)的所述台面(11)上；所述试件加载装置(2)包括：支撑架、水平液压千斤顶(24)、水平反力撑(25)和第二竖向作动器(26)，用于对待测混凝土试件进行侧向水平加载和竖向加载；
所述试件制作与加载模具(3)用于固定安装在所述地震模拟振动台(1)的台面(11)上；所述试件制作与加载模具(3)为敞开型箱体，用于作为混凝土的浇筑模具，获得预定龄期的混凝土试件。
2.根据权利要求1所述的一种施工期混凝土震损试验装置，其特征在于，所述地震模拟振动台(1)中：
所述台面(11)的水平截面为矩形；
所述台面(11)的上表面设置有螺栓底孔用于安装所述试件制作与加载模具(3)或所述试件加载装置(2)；所述台面(11)的下表面安装有第一竖向作动器(12)；所述台面(11)的侧面分别安装有第一水平作动器(13)和第二水平作动器(14)。
3.根据权利要求1所述的一种施工期混凝土震损试验装置，其特征在于，所述试件加载装置(2)的支撑架包括：支承立柱(21)、侧向反力梁(22)和竖向反力梁(23)；
所述支承立柱(21)固定安装在所述地震模拟振动台(1)的台面(11)上，所述侧向反力梁(22)和所述竖向反力梁(23)分别固定设置在所述支承立柱(21)上；
所述水平液压千斤顶(24)和所述水平反力撑(25)分别固定安装在相对的侧向反力梁(22)上，用于向混凝土试件施加侧向水平载荷；所述第二竖向作动器(26)固定安装在竖向反力梁(23)上，用于按照预定波形、幅值、频率或持时向混凝土试件施加竖向载荷。
4.根据权利要求1所述的一种施工期混凝土震损试验装置，其特征在于，所述水平液压千斤顶(24)设置有稳压装置，其加载方式包括荷载控制、位移控制和刚度控制；
所述水平反力撑(25)的长度可调；
所述第一竖向作动器(12)、所述第二竖向作动器(26)和所述水平作动器的加载端尺寸小于待测混凝土试件，用于避免加载端之间的相互冲突。
5.根据权利要求1所述的一种施工期混凝土震损试验装置，其特征在于，所述试件制作与加载模具(3)包括：模具底座(31)、固定边(32)、加载边(33)和支撑柱体；
所述模具底座(31)用于固定安装于台面(11)；
所述固定边(32)固定安装于所述模具底座(31)，所述加载边(33)、所述支撑柱体通过可拆卸连接方式与所述固定边(32)或所述模具底座(31)固定连接，形成顶部开口的敞开型箱体；其中，所述加载边(33)用于与所述水平液压千斤顶(24)的加载端相连接。
6.根据权利要求5所述的一种施工期混凝土震损试验装置，其特征在于，模具底座(31)与加载边(33)以及固定边(32)与加载边(33)之间通过柔性胶黏剂进行密封。
7.根据权利要求6所述的一种施工期混凝土震损试验装置，其特征在于，还包括：
量测设备(4)，用于对施加荷载、试件变形以及施加于混凝土试件的振动加速度进行采集，基于采集的数据对施加应力、位移、加速度进行调控。
8.根据权利要求7所述的一种施工期混凝土震损试验装置，其特征在于，所述量测设备(4)包括：竖向荷重传感器(41)、侧向荷重传感器(42)、竖向位移传感器(43)、侧向位移传感器(44)、三向加速度传感器(45)和数据采集器(46)；
所述竖向荷重传感器(41)、所述竖向位移传感器(43)布置于所述第二竖向作动器(26)的加载端；
所述侧向荷重传感器(42)、所述侧向位移传感器(44)布置于所述水平液压千斤顶(24)的加载端；
所述三向加速度传感器(45)布置于所述模具底座(31)；
所述数据采集器(46)用于对各类传感器数据进行采集，并反馈于各加载设备。
技术总结