CN106840912B - 基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，包括以下步骤：将选取的试件置于疲劳试验机上，试件下部对称放置两个支撑支座，试件上部放置一施力支座；在下部支座和上部施力支座与试件接触面之间垫放金属垫片；调节疲劳试验机参数，对试件施加动循环荷载，分级施加，获取每级荷载最后一秒的挠度变化值和荷载变化值；得到不同荷载下的挠度时程曲线及荷载时程曲线；求取每级荷载下两条曲线的振幅大小，并带入挠度公式，继而得到动弹性模量。本发明通过动态小变形三点弯曲试验，反算出透水混凝土的整体模量，避免了共振法中不同点位处因集料和气孔无规则排序而引起的局部数值偏差，大大提高了实验数据的准确性。

Description

基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体涉及基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法。

背景技术

现在一般用共振法测定混凝土的动弹性模量。采用共振法对动模量进行测试的基本原理是通过自发震源频率遍历的方法探测出物体的固有谐振频率，在工况和材料本身不变的情况下，谐振频率是仅以密度为唯一自变量的函数，具体公式为：

其中，f–试件基频，d-试件截面边长，m-试件质量，l-试件长度，E-动弹性模量。

在共振法在操作过程中，采用的方法是在混凝土表面随机选择间隔一定距离l的两个点，然后在这两点上放上传感器，施加具有一定谐振频率的振动，测定和收集数据。

但是，对透水性混凝土，因为其表面的材料分布并不均匀，是集料和孔隙的无规则排布，当两个点选在集料密集的地方和两个点选在集料稀疏的地方，测试出来的动模量结果偏差很大，共振法并不能准确地测量出混凝土的动模量，受探头局部材料性质影响很大，测试结果并不能反映材料整体的宏观模量。

大量试验表明，由共振法测得的透水混凝土动模量试验结果离散型很大，因此，亟需一种新型的透水性混凝土动模量测试方法及系统来完成动弹性模量的测试。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，本发明通过对结构整体力学响应的分析，反算出透水混凝土的整体模量，能够有效避免共振法存在的问题。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，包括以下步骤：

将选取的试件平卧摆放，置于疲劳试验机上，试件下部对称放置两个支撑支座，试件上部放置一施力支座，位于试件的正中位置；

在下部支座和上部施力支座与试件接触面之间垫放金属垫片，保证受力点处形成一个小区域的均匀受力面；

调节疲劳试验机参数，对试件施加动循环荷载，分级施加，每级荷载施加设定时间，并通过与疲劳试验机相连的数据收集装置获取每级荷载最后一秒的挠度变化值和荷载变化值；

动荷载值以设定的速率递增，获取多组不同循环荷载作用下的挠度值和荷载值，得到不同荷载下的挠度时程曲线及荷载时程曲线；

根据实验测得的挠度时程曲线及对应的荷载时程曲线，求取每级荷载下两条曲线的振幅大小，并代入挠度公式，继而得到动弹性模量。

进一步的，所选取的试件尺寸参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB50081-2002)中静力受压弹性模量试件中有关规定，大小为：长×宽×高＝300mm×100mm×100mm；支撑支座距试件边缘最近距离为50mm，两个支撑支座相互之间的距离L＝200mm。

进一步的，在下部支座和上部施力支座与试件接触面之间所垫放的金属垫片的宽度为10mm，厚度为1mm，长度不小于100mm，且金属垫片有良好的变形性能并与试件接触面牢固粘结。

进一步的，在相同的应力条件下，所述金属垫片的应变值和所述试件表面应变值相等；所述金属垫片的温变系数与试件近似相等。

进一步的，实验时，需要确保所述金属垫片与所述试件接触面点点接触、位移连续，即保证与接触面变形一致。

进一步的，在对所述试件施加动循环荷载时，荷载频率为10Hz，大小应取透水性混凝土试件抗折强度极限值的二十分之一到十分之一。

进一步的，计算动弹性模量对应的计算公式为：

其中：L—两支撑支座的支点之间的距离，即跨距；b—试件宽度；h—试件高度；F—动荷载曲线的振幅；w—挠度曲线的振幅。

基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试系统，包括：

疲劳试验机，用于放置试件，之后调节自身参数，实现对试件施加动循环荷载，荷载频率为设定频率，大小应取透水性混凝土试件抗折强度极限值的二十分之一到十分之一，分级施加，每级荷载施加设定时间，并将每级荷载最后一秒的挠度变化值和荷载变化值传输至数据收集装置；所述数据收集装置获得数据并传输至计算机；

所述计算机中，实现在动荷载值以设定的速率递增，获取多组不同循环荷载作用下的挠度值和荷载值，得到不同荷载下的挠度时程曲线及荷载时程曲线，并根据测得的挠度时程曲线及对应的荷载时程曲线，求取每级荷载下两条曲线的振幅大小，计算动弹性模量。

进一步的，所选取的试件尺寸参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB50081-2002)中静力受压弹性模量试件中有关规定，大小为：长×宽×高＝300mm×100mm×100mm；支撑支座距试件边缘最近距离为50mm，两个支撑支座相互之间的距离L＝200mm。

进一步的，在下部支座和上部施力支座与试件接触面之间所垫放的金属垫片的宽度为10mm，厚度为1mm，长度不小于100mm，且金属垫片有良好的变形性能并与试件接触面牢固粘结。

本发明的有益效果：

本发明通过动态小变形三点弯曲试验，对结构整体力学响应分析，反算出透水混凝土的整体模量，避免了共振法中不同点位处因集料和气孔无规则排序而引起的局部数值偏差，大大提高了实验数据的准确性。

附图说明

图1本发明的试件实验状态图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

基于动态三点弯曲的试验的透水性混凝土动模量测试方法，包括以下步骤：

步骤一：如图1所示，测试时将棱柱体试件平卧摆放，置于疲劳试验机上，试件尺寸参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB50081-2002)中静力受压弹性模量试件中有关规定，大小为：长×宽×高＝300mm×100mm×100mm；试件下部对称放置两个支撑支座，支撑支座距试件边缘最近距离为50mm，相互之间的距离L＝200mm，试件上部为一施力支座，位于试件的正中位置；

步骤二：在下部支座和上部加载支座与试件接触面之间垫放金属垫片(金属垫片的宽度为10mm，厚度为1mm，长度不小于100mm，且金属垫片有良好的变形性能)，保证受力点处形成一个小区域的均匀受力面；

步骤三：调节疲劳试验机参数，对试件施加动循环荷载，荷载频率为10Hz，大小应取透水性混凝土试件抗折强度极限值的二十分之一到十分之一，通过试验可知，对于该试件，循环荷载大小为0.8kN-1.6kN,分级施加，每级荷载施加10s，并通过试验机与计算机相连的数据收集装置获取每级荷载最后一秒的挠度变化值和荷载变化值；

步骤四：动荷载值以0.2kN的速率递增，获取5组不同循环荷载作用下的挠度值和荷载值，得到不同荷载下的挠度时程曲线及荷载时程曲线；

步骤五：根据实验测得的挠度时程曲线及对应的荷载时程曲线，求取每级荷载下两条曲线的振幅大小，并代入挠度公式：

其中：

L—两支点之间的距离，即跨距(mm)；

b—试件宽度(mm)；

h—试件高度(mm)；

F—动荷载曲线的振幅(N)；

w—挠度曲线的振幅(mm)

继而求出动弹性模量。

以上的动态三点弯曲的试验的透水性混凝土动模量测定系统，包括：疲劳试验机及其数据收集装置、计算机。

本发明在实验时，需要确保金属垫片与试件接触面点点接触、位移连续，即保证与接触面变形一致。

为实现上述要求，金属垫片需要满足以下要求：

①金属垫片足够柔软，使其具有良好的变形能力；

②并与试件接触面牢固粘结；

③在相同的应力条件下，金属垫片的应变值和试件表面应变值相等；

④金属垫片的温变系数与试件近似相等。

实例：下表1及表2所示为分别利用共振法和动循环荷载模量法测试得到的混凝土动弹性模量数值及其变异系数。其中，共振法试件大小为100mm×100mm×400mm，动循环荷载模量法试件大小为长×宽×高＝300mm×100mm×100mm。

表1共振法测试动弹性模量数据

注：变异系数为数据的标准差除以该组数据的平均值

表2动循环荷载法测试动弹性模量数据

注：变异系数为数据的标准差除以该组数据的平均值

根据上表1及表2可以看出，三组试验中，利用动循环荷载模量法测试得到的混凝土动弹性模量，其变异系数远小于用共振法测试得到的混凝土动弹性模量的变异系数。说明动循环荷载模量法有效降低了共振法中不同点位处因集料和气孔无规则排序而引起的局部数值偏差，大大提高了实验数据的准确性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，其特征是，包括以下步骤：

将选取的试件平卧摆放，置于疲劳试验机上，试件下部对称放置两个支撑支座，试件上部放置一施力支座，位于试件的正中位置；

在下部支座和上部施力支座与试件接触面之间垫放金属垫片，保证受力点处形成一个小区域的均匀受力面；

调节疲劳试验机参数，对试件施加动循环荷载，分级施加，每级荷载施加设定时间，并通过与疲劳试验机相连的数据收集装置获取每级荷载最后一秒的挠度值和荷载值；

动荷载值以设定的速率递增，获取多组不同循环荷载作用下的挠度值和荷载值，得到不同荷载下的挠度时程曲线及荷载时程曲线；

根据实验测得的挠度时程曲线及对应的荷载时程曲线，求取每级荷载下两条曲线的振幅大小，并代入挠度公式，继而得到动弹性模量；

计算动弹性模量对应的计算公式为：

其中：l—两支撑支座的支点之间的距离，即跨距；b—试件宽度；h—试件高度；F—动荷载曲线的振幅；w—挠度曲线的振幅。

2.如权利要求1所述的基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，其特征是，所选取的试件尺寸参照GB/T50081-2002，《普通混凝土力学性能试验方法标准》中静力受压弹性模量试件中有关规定，大小为：长×宽×高＝300mm×100mm×100mm；支撑支座距试件边缘最近距离为50mm，两个支撑支座相互之间的距离l＝200mm。

3.如权利要求1所述的基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，其特征是，在下部支座和上部施力支座与试件接触面之间所垫放的金属垫片的宽度为10mm，厚度为1mm，长度不小于100mm，且金属垫片有良好的变形性能并与试件接触面牢固粘结。

4.如权利要求3所述的基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，其特征是，在相同的应力条件下，所述金属垫片的应变值和所述试件表面应变值相等；所述金属垫片的温变系数与试件相等。

5.如权利要求3所述的基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，其特征是，实验时，需要确保所述金属垫片与所述试件接触面点点接触、位移连续，即保证与接触面变形一致。

6.如权利要求1所述的基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试方法，其特征是，在对所述试件施加动循环荷载时，荷载频率为10Hz，大小应取透水性混凝土试件抗折强度极限值的二十分之一到十分之一。

7.基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试系统，其特征是，包括：

疲劳试验机，用于放置试件，之后调节自身参数，实现对试件施加动循环荷载，荷载频率为设定频率，大小应取透水性混凝土试件抗折强度极限值的二十分之一到十分之一，分级施加，每级荷载施加设定时间，并将每级荷载最后一秒的挠度值和荷载值传输至数据收集装置；所述数据收集装置获得数据并传输至计算机；

所述计算机中，实现动荷载值以设定的速率递增，获取多组不同循环荷载作用下的挠度值和荷载值，得到不同荷载下的挠度时程曲线及荷载时程曲线，并根据测得的挠度时程曲线及对应的荷载时程曲线，求取每级荷载下两条曲线的振幅大小，计算动弹性模量；

计算动弹性模量对应的计算公式为：

其中：l—两支撑支座的支点之间的距离，即跨距；b—试件宽度；h—试件高度；F—动荷载曲线的振幅；w—挠度曲线的振幅。

8.如权利要求7所述的基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试系统，其特征是，所选取的试件尺寸参照GB/T50081-2002，《普通混凝土力学性能试验方法标准》中静力受压弹性模量试件中有关规定，大小为：长×宽×高＝300mm×100mm×100mm；支撑支座距试件边缘最近距离为50mm，两个支撑支座相互之间的距离l＝200mm。

9.如权利要求7所述的基于动态三点弯曲试验的透水性混凝土动模量测试系统，其特征是，在下部支座和上部施力支座与试件接触面之间所垫放的金属垫片的宽度为10mm，厚度为1mm，长度不小于100mm，且金属垫片有良好的变形性能并与试件接触面牢固粘结。