CN109946157A - 一种混凝土试件断裂韧度的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土试件断裂韧度的测试方法，包括以下步骤：在底座的两个预设位置分别安装固定支座和活动支座，将带有预制裂缝的试件安装在固定支座和活动支座上，并使预制裂缝位于固定支座和活动支座的正中间；通过加载装置对试件进行施压，计算任意荷载下的有效裂缝长度，并进一步得到试件的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度。本发明能完全避免因三点弯曲梁试件裂缝扩展路径出现偏折而引起的剪力作用导致的II型断裂分量，因此能够最大限度的保证所测得的断裂韧度为混凝土材料的真实的断裂韧度。

Description

一种混凝土试件断裂韧度的测试方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土试件断裂韧度的测试方法，属于材料力学性能测试技术领域。

背景技术

目前，起裂韧度和失稳韧度的计算都是采用试验所采集的荷载-张口位移曲线(即P-CMOD曲线)等来确定起裂荷载和失稳荷载。而测试混凝土的断裂韧度大多基于三点弯曲梁试件，我国的《水工混凝土断裂试验规程》(DL/T5332-2005)即推荐了使用三点弯曲梁测混凝土的断裂韧度的方法。但据很多学者的试验结果来看，就三点弯曲梁测混凝土的断裂韧度时，预制缝的扩展路径往往因大骨料的存在而出现偏斜。而据三点弯曲梁的受力状态可知，裂缝一旦出现偏斜将使裂尖同时受到弯矩和剪力的作用，而剪力的存在将使裂缝的扩展路径出现更大的偏斜，因剪力引起的II型断裂分量的存在，使测得的混凝土断裂韧度不是混凝土材料真实的断裂韧度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：给出一种能够避免剪力引起的断裂分量，从而测试混凝土材料真实的断裂韧度的测试方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种混凝土试件断裂韧度的测试方法，采用四点弯曲梁试验装置，所述四点弯曲梁试验装置包括加载装置、底座、活动支座、固定支座以及安装在加载装置上的两个压头，所述活动支座和固定支座安装在底座上，所述方法包括以下步骤：

步骤一、在底座的两个预设位置分别安装固定支座和活动支座，固定支座和活动支座之间的距离为S；

步骤二、将带有预制裂缝的试件安装在固定支座和活动支座上，并使预制裂缝位于固定支座和活动支座的正中间；其中，试件宽度为B，试件高度为H，试件长度为L，试件在固定支座和活动支座之间的跨度范围内自重为W；

步骤三、将设置在加载装置下方的两个压头压在试件上，其中一个压头的位置分别位于固定支座和预制裂缝之间，另一个压头位于活动支座和预制裂缝之间，两个压头分别与预制裂缝之间的距离相等；

步骤四、通过加载装置对试件进行施压，每个压头施加的外荷载为P/2，根据施加不同的外荷载P测得的裂缝张口位移CMOD得到P-CMOD曲线；

根据以下公式得到试件的起裂断裂韧度为：

式中，P_ini为试件起裂时的荷载，D为压头到邻近支座间的距离，

根据下式得到临界有效裂缝长度a_c：

其中，

α₀＝(a₀+h)/(H+h)，

α_c＝(a_c+h)/(H+h)，

以上公式中，CMOD_c为临界张口位移，即峰值荷载时对应的裂缝张口位移，E为弹性模量，h为夹式引伸计的薄钢片厚度，a₀为初始裂缝长度，C_i为P-CMOD曲线初始段的柔度；

再根据以下公式得到试件的失稳断裂韧度为：

式中，P_max为试件最大荷载，a_c为临界有效裂缝长度，

本发明将带有预制裂缝的试件安装在固定支座和活动支座上，使试件处于简支受力状态，同时采用两个压头将外力加载在试件上，使预制裂缝附近截面处于纯弯曲状态，因而即使裂缝扩展路径因遇到大骨料的存在而出现少量偏斜，也不会导致裂尖受剪力的影响，从而能够测得混凝土材料真实的断裂韧度，较现有技术中的三点弯曲梁试件测试方法结果更精确。

附图说明

下面结合附图对本发明的作进一步说明。

图1是四点弯曲梁试验装置的结构示意图。

图2是活动支座的结构示意图。

图3是支撑体的结构示意图。

图4是支座连接板和第一U形槽的示意图。

图5是固定支座的结构示意图。

图6是四点弯曲梁等效为纯弯曲梁的示意图。

图中标号示意如下：1-加载装置，2-压头，7-活动支座，3-试件，4-固定支座，5-底座，2a-支撑体，2b-支座连接板，2c-第一U形槽，2d-第二销孔，2e-第一销孔，所述第一U形槽的侧壁上设有与第一销孔相对应的。

具体实施方式

实施例一

本实施例采用四点弯曲梁试验装置，该装置如图1所示，包括加载装置1、安装加载装置上的两个压头2、活动支座7、固定支座4及底座5，活动支座7、固定支座4均安装在底座上。在使用时，可根据试件3的大小调整活动支座7、固定支座4及两个压头2之间的距离。混凝土测试件3放置在支座活动支座7、固定支座4上，通过加载装置1的压头2对应试件的加载跨度进行试验。

本实施例的混凝土试件断裂韧度的测试方法，包括以下步骤：

步骤一、在底座的两个预设位置分别安装固定支座和活动支座，固定支座和活动支座之间的距离为S；

步骤二、将带有预制裂缝的试件安装在固定支座和活动支座上，并使预制裂缝位于固定支座和活动支座的正中间；其中，试件宽度为B，试件高度为H，试件长度为L，试件在固定支座和活动支座之间的跨度范围内自重为W；

步骤三、将设置在加载装置下方的两个压头压在试件上，其中一个压头的位置分别位于固定支座和预制裂缝之间，另一个压头位于活动支座和预制裂缝之间，两个压头分别与预制裂缝之间的距离相等；

步骤四、通过加载装置对试件进行施压，每个压头施加的外荷载为P/2，根据施加不同的外荷载P测得的裂缝张口位移CMOD得到P-CMOD曲线；

根据以下公式得到试件的起裂断裂韧度为：

式中，P_ini为试件起裂时的荷载，D为压头到邻近支座间的距离，

根据下式得到临界有效裂缝长度a_c：

其中，

α₀＝(a₀+h)/(H+h)，

α_c＝(a_c+h)/(H+h)，

以上公式中，CMOD_c为临界张口位移，即峰值荷载时对应的裂缝张口位移，E为弹性模量，h为夹式引伸计的薄钢片厚度，a₀为初始裂缝长度，C_i为P-CMOD曲线初始段的柔度；

再根据以下公式得到试件的失稳断裂韧度为：

式中，P_max为试件最大荷载，a_c为临界有效裂缝长度，

本发明将带有预制裂缝的试件安装在固定支座和活动支座上，使试件处于简支受力状态，同时采用两个压头将外力加载在试件上，使预制裂缝附近截面处于纯弯曲状态(如图6所示)，因而即使裂缝扩展路径因遇到大骨料的存在而出现少量偏斜，也不会导致裂尖受剪力的影响，从而能够测得混凝土材料真实的断裂韧度。

本实施例还可以做以下改进：如图2-5所示，所述活动支座7由固定在底座5上的支座连接板2b、固定在支座连接板2b上的第一U形槽2c以及底部插入第一U形槽2c的支撑体2a构成，所述支撑体2a上设有第一销孔2e，所述第一U形槽的侧壁上设有与第一销孔相对应的第二销孔2d；将销轴插入第一销孔和第二销孔使所述活动支座可转动，用以保证试件3与底座5完全接触。

另外，支撑体2a与压头2的结构、形状及安装方式基本一致，只是在使用时的方向相反。即，所述加载装置1上固接有向下开口的第二U形槽，所述压头2的顶部插入到第二U形槽中，所述压头2上设有第三销孔，所述第二U形槽上设有与第三销孔相对应的第四销孔；将销轴插入第三销孔和第四销孔来安装压头2使所述压头2可转动，用以保证试件3与加载装置1完全接触。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混凝土试件断裂韧度的测试方法，其特征在于：采用四点弯曲梁试验装置，所述四点弯曲梁试验装置包括加载装置、底座、活动支座、固定支座以及安装在加载装置上的两个压头，所述活动支座和固定支座安装在底座上；所述方法包括以下步骤：

步骤一、在底座的两个预设位置分别安装固定支座和活动支座，固定支座和活动支座之间的距离为S；

步骤二、将带有预制裂缝的试件安装在固定支座和活动支座上，并使预制裂缝位于固定支座和活动支座的正中间；其中，试件宽度为B，试件高度为H，试件长度为L，试件在固定支座和活动支座之间的跨度范围内自重为W；

步骤三、将设置在加载装置下方的两个压头压在试件上，其中一个压头的位置分别位于固定支座和预制裂缝之间，另一个压头位于活动支座和预制裂缝之间，两个压头分别与预制裂缝之间的距离相等；

步骤四、通过加载装置对试件进行施压，每个压头施加的外荷载为P/2，根据施加不同的外荷载P测得的裂缝张口位移CMOD得到P-CMOD曲线；

根据以下公式得到试件的起裂断裂韧度为：

式中，P_ini为试件起裂时的荷载，D为压头到邻近支座间的距离，

根据下式得到临界有效裂缝长度a_c：

其中，

α₀＝(a₀+h)/(H+h)，

α_c＝(a_c+h)/(H+h)，

以上公式中，CMOD_c为临界张口位移，即峰值荷载时对应的裂缝张口位移，E为弹性模量，h为夹式引伸计的薄钢片厚度，a₀为初始裂缝长度，C_i为P-CMOD曲线初始段的柔度；

再根据以下公式得到试件的失稳断裂韧度为：

式中，P_max为试件最大荷载，a_c为临界有效裂缝长度，

2.根据权利要求1所述的混凝土试件断裂韧度的测试方法，其特征在于：所述活动支座由固定在底座上的支座连接板、固定在支座连接板上的第一U形槽以及底部插入第一U形槽的支撑体构成，所述支撑体上设有第一销孔，所述第一U形槽的侧壁上设有与第一销孔相对应的第二销孔；将销轴插入第一销孔和第二销孔使所述活动支座可转动，用以保证试件与底座完全接触。

3.根据权利要求1所述的混凝土试件断裂韧度的测试方法，其特征在于：所述加载装置上设有向下开口的第二U形槽，所述压头的顶部插入到第二U形槽中，所述压头上设有第三销孔，所述第二U形槽上设有与第三销孔相对应的第四销孔；将销轴插入第三销孔和第四销孔使所述压头可转动，用以保证试件与加载装置完全接触。