CN109781526A - 一种混凝土试样抗拉强度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土试样抗拉强度测试方法，包括：制作开设有环形槽的目标试件；在目标试件的环形槽的外表面上施加围压；获取目标试件断裂时所承受的目标围压；将目标围压代入预设的有限元网格，得到目标试件的抗拉强度，所述目标试件包括两个第一柱形件和一个第二柱形件；两个第一柱形件为圆柱体，且两个第一柱形件同轴设置；第二柱形件设于两个第一柱形件之间，并与第一柱形件同轴设置，第二柱形件沿其周向开设有环形槽。

Description

一种混凝土试样抗拉强度测试方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种混凝土试样抗拉强度测试方法。

背景技术

混凝土抗拉强度是指混凝土轴心抗拉强度，即混凝土试件受拉力后断裂时所承受的最大负荷载除以截面积所得的应力值。由于尚无较为理想的试验方法,混凝土单轴直接拉伸强度目前大多是通过间接拉伸试验或通过与抗压强度的经验公式换算来获得的。

混凝土间接拉伸试验方法(如劈裂抗拉强度和抗弯拉强度)虽然较为简单，但严格说来它们并不是混凝土拉伸强度的真实反映。无论是抗压或是抗拉试验，都不可避免地受偏心的影响，特别是拉伸试验中试件开裂后偏心更为严重。拉伸试验中采用一种相对简单的方法来保证试件轴心受力和应力均匀分布尤为重要。相比而言，采用粘贴式夹持方法可以在试件中获得较为均匀的应力分布。最简单的粘贴拉伸试件是圆柱体混凝土试件的端部各粘贴一块一定厚度的钢板，然后沿中心轴线施加荷载，但此种试验方法仍存在试件端部存在应力传递不均匀的问题。试件两端是加载端，受力复杂，不是试件的设计应力状态，如果全试件做成均匀直径，则一般首先会在加载的两端部位发生大变形或破坏，无法达到真正的试验目的。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种混凝土试样抗拉强度测试方法；

本发明提出的一种混凝土试样抗拉强度测试方法，包括：

S1、制作开设有环形槽的目标试件；

S2、在目标试件的环形槽的外表面上施加围压；

S3、获取目标试件断裂时所承受的目标围压；

S4、将目标围压代入预设的有限元网格，得到目标试件的抗拉强度。

优选地，所述目标试件，包括：两个第一柱形件和一个第二柱形件；两个第一柱形件为圆柱体，且两个第一柱形件同轴设置；第二柱形件设于两个第一柱形件之间，并与第一柱形件同轴设置，第二柱形件沿其周向开设有环形槽，第二柱形件的轴截面面积沿其轴线先减小后增加，第二柱形件以其中心轴中点且垂直于中心轴的平面对称，且以过中心轴的任一平面对称，环形槽的底面的截面为一条圆弧，环形槽的底面连接两个第一柱形件的侧面；

优选地，圆弧对应的圆心角为120°，第一柱形件的底面半径为50mm，第一柱形件的高度为20mm，第二柱形件的高度为60mm。

优选地，步骤S2，具体包括：

在目标试件的环形槽的外表面上施加围压，且围压的压力方向与环形槽的外表面上各点的切线方向垂直。

优选地，步骤S4中，所述有限元网格，具体包括：

环形槽的外表面上每一点的形变合集为μ，刚度矩阵为K，F＝K·μ，有限元的形函数为B，单元应变ε＝B·μ，刚度矩阵为C，单元应力σ＝C·ε，F＝σ·l，l为单元各个方向长度，求y方向上的分力F_yy＝σ_yy·l_yy，l_yy为单元在y方向的长度，刚度矩阵K和C只与制作目标试件的材料的泊松比和弹性模量有关。

本发明通过制作开设有环形槽的目标试件，在目标试件的环形槽的外表面上施加围压，然后获取目标试件断裂时所承受的目标围压，再将目标围压代入预设的有限元网格，得到目标试件的抗拉强度，如此，对目标试件施加围压，可以准确的获得利用混凝土制作的试件的抗拉强度，很好的避免了现有试件受到偏心力的问题，本发明中的试件，在抗拉强度测试过程中，整个试件都受到均匀的压强，避免了传统试验中出现的试件端部应力传递不均匀的问题，操作简便，试件受力方式简单，其次，通过有限元网络计算目标试件的抗拉强度，有限元网络能适应各种复杂形状，可以使目标试件的抗拉强度计算精度高。

附图说明

图1为本发明提出的一种混凝土试样抗拉强度测试方法的流程示意图；

图2为本发明中目标试件的结构示意图；

图3为本发明中目标试件的结构剖视图；

图4为本发明中目标试件的二维平面投射图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示，需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1至图4，本发明提出的一种混凝土试样抗拉强度测试方法，包括：

步骤S1，制作开设有环形槽的目标试件。

本步骤中，目标试件包括：两个第一柱形件和一个第二柱形件；两个第一柱形件为圆柱体，且两个第一柱形件同轴设置；第二柱形件设于两个第一柱形件之间，并与第一柱形件同轴设置，第二柱形件沿其周向开设有环形槽，第二柱形件的轴截面面积沿其轴线先减小后增加，第二柱形件以其中心轴中点且垂直于中心轴的平面对称，且以过中心轴的任一平面对称，环形槽的底面的截面为一条圆弧，环形槽的底面连接两个第一柱形件的侧面，圆弧对应的圆心角为120°，第一柱形件的底面半径为50mm，第一柱形件的高度为20mm，第二柱形件的高度为60mm。

步骤S2，在目标试件的环形槽的外表面上施加围压。

本步骤具体包括：在目标试件的环形槽的外表面上施加围压，且围压的压力方向与环形槽的外表面上各点的切线方向垂直。

在具体方案中，只对目标试件的环形槽的外表面施加压力(即三轴实验中的围压)，且力的方向都是与环形槽的外表面上点的切线方向垂直，即与环形槽的外表面上点的法线方向一致，目标试件两端在垂直方向上没有约束，约束只在水平方向。

步骤S3，获取目标试件断裂时所承受的目标围压。

步骤S4，将目标围压代入预设的有限元网格，得到目标试件的抗拉强度。

本步骤中有限元网格，具体包括：环形槽的外表面上每一点的形变合集为μ，刚度矩阵为K，F＝K·μ，有限元的形函数为B，单元应变ε＝B·μ，刚度矩阵为C，单元应力σ＝C·ε，F＝σ·l，l为单元各个方向长度，求y方向上的分力F_yy＝σ_yy·l_yy，l_yy为单元在y方向的长度，刚度矩阵K和C只与制作目标试件的材料的泊松比和弹性模量有关。

在具体方案中，首先制作本发明所述的试件，圆弧对应的圆心角为120°，第一柱形件的底面半径为50mm，第一柱形件的高度为20mm，第二柱形件的高度为60mm，根据圆弧对应的圆心角、第一柱形件的底面半径、第一柱形件的高度、第二柱形件的高度可计算圆弧对应的圆的半径，及试件截面最小的半径；然后在水平方向固定试件，保持试件两端面在垂直方向上没有约束，在试件的环形槽的外表面上施加围压力，压强为P，加压的速率一般认为在0.001-0.0001MPa/min，直到试件破坏，记录试件破坏时的最大强度(目标围压)，将目标围压代入有限元网格进行有限元分析，得到目标试件的抗拉强度，具体的，首先需要绘制有限元单元网格，定义单元的类型，材料属性，基函数，边界条件和荷载等信息，网格密度尽量大，且试件中心位置网格密度应尽量大，环形槽的外表面上每一点的形变合集为μ，刚度矩阵为K，F＝K·μ，有限元的形函数为B，单元应变ε＝B·μ，刚度矩阵为C，单元应力σ＝C·ε，F＝σ·l，l为单元各个方向长度，求y方向上的分力F_yy＝σ_yy·l_yy，l_yy为单元在y方向的长度，刚度矩阵K和C只与制作目标试件的材料的泊松比和弹性模量有关，如图4所示，我们将三维的试样投射到二维平面上看，提取网格1，我们可以看到网格的①②③④四个点。每个点所受到的力可以分解到水平方向(x)和竖直方向(y)。那么我们可以设①的受力为F_1x和F_1y，②的受力为F_2x和F_2y，③④不在边界上，只有内力没有外力，因此都为0。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种混凝土试样抗拉强度测试方法，其特征在于，包括：

S1、制作开设有环形槽的目标试件；

S2、在目标试件的环形槽的外表面上施加围压；

S3、获取目标试件断裂时所承受的目标围压；

S4、将目标围压代入预设的有限元网格，得到目标试件的抗拉强度。

2.根据权利要求1所述的混凝土试样抗拉强度测试方法，其特征在于，所述目标试件，包括：两个第一柱形件和一个第二柱形件；两个第一柱形件为圆柱体，且两个第一柱形件同轴设置；第二柱形件设于两个第一柱形件之间，并与第一柱形件同轴设置，第二柱形件沿其周向开设有环形槽，第二柱形件的轴截面面积沿其轴线先减小后增加，第二柱形件以其中心轴中点且垂直于中心轴的平面对称，且以过中心轴的任一平面对称，环形槽的底面的截面为一条圆弧，环形槽的底面连接两个第一柱形件的侧面；

优选地，圆弧对应的圆心角为120°，第一柱形件的底面半径为50mm，第一柱形件的高度为20mm，第二柱形件的高度为60mm。

3.根据权利要求1所述的混凝土试样抗拉强度测试方法，其特征在于，步骤S2，具体包括：

在目标试件的环形槽的外表面上施加围压，且围压的压力方向与环形槽的外表面上各点的切线方向垂直。

4.根据权利要求1所述的混凝土试样抗拉强度测试方法，其特征在于，步骤S4中，所述有限元网格，具体包括：

环形槽的外表面上每一点的形变合集为μ，刚度矩阵为K，F＝K·μ，有限元的形函数为B，单元应变ε＝B·μ，刚度矩阵为C，单元应力σ＝C·ε，F＝σ·l，l为单元各个方向长度，求y方向上的分力F_yy＝σ_yy·l_yy，l_yy为单元在y方向的长度，刚度矩阵K和C只与制作目标试件的材料的泊松比和弹性模量有关。