CN110146378B - 一种水泥基材料单轴拉伸测定装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥基材料单轴拉伸测定装置，测定装置包括承载螺杆和应变片，承载螺杆包括第一段和两个分别连接在第一段两端的第二段，所述第一段的直径小于所述第二段的直径，所述第一段表面呈光滑状；应变片设于所述第一段上，所述应变片用于测量所述第一段的应变值。本发明还公开了一种水泥基材料单轴拉伸测定方法。本发明利用水泥基材料单轴拉伸测定装置，可以准确的测出水泥基试件在单轴拉伸试验中的全过程的应力‑应变关系。
Description
技术领域
本发明涉及结构工程试验领域，具体涉及一种水泥基材料单轴拉伸测定装置及测定方法。
背景技术
在结构工程中，因普通混凝土材料受拉强度低，且易发生层脆性破坏，而制约了混凝土的应用范围。目前的水泥基复合材料是指以硅酸盐水泥为基体，掺入纤维材料，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料，这种材料可大大改善普通混凝土在强度、韧性、耐久性上的性能短板，提高混凝土材料的力学性能。对于水泥基复合材料而言，如超高性能混凝土、纤维增强水泥基复合材料等，由于具有较高的受拉强度及韧性，因此对这些材料的受拉力学行为的研究是一个不可忽视的问题。
在实际测定中，材料的受拉试验可以采用劈裂抗拉试验以及单轴受拉试验两种方法反映水泥基复合材料的受拉的力学行为。但是相比劈裂抗拉试验测定轴心抗拉强度，采用单轴受拉的方式更直接有效，也是获取单轴受拉本构关系的唯一可行办法。但是在试件单轴拉伸扩展过程中，会出现因试件刚度骤减以及试验机刚度有限而导致试件应力-应变关系下降段难以捕捉的现象，因此无法完整的测定试件整个应力-应变关系。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种水泥基材料单轴拉伸测定装置及方法，可以准确的测出水泥基试件的全过程的应力-应变关系。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种水泥基材料单轴拉伸测定装置，其包括：
承载螺杆，其包括第一段和两个分别连接在第一段两端的第二段，所述第一段的直径小于所述第二段的直径，所述第一段表面呈光滑状；
应变片，其设于所述第一段上，所述应变片用于测量所述第一段的应变值。
在上述技术方案基础上，所述应变片设有多个，多个所述应变片沿所述第一段周向均匀设置。
在上述技术方案基础上，所述第一段表面涂有脱模剂。
在上述技术方案基础上，所述应变片表面设有防水层。
本发明还提供一种水泥基材料单轴拉伸测定方法，其采用的技术方案包括以下步骤：
提供在上述技术方案基础上的测定装置；
提供拉伸试验机及应变仪，所述拉伸试验机预设有多级标定拉力FL，所述应变仪连接所述应变片；
使用所述拉伸试验机匀速拉伸两所述第二段，记录拉伸试验机的拉力达到各级标定拉力FL时所述应变片测量的应变值εL，根据FL和εL，获取第一段的标定拉力-应变关系；
浇筑水泥基试件，将所述测定装置安置于所述水泥基试件中，使所述第一段位于水泥基试件中心，两所述第二段部分位于水泥基试件中；
使用所述拉伸试验机匀速拉伸两所述第二段至水泥基试件断裂，记录多个测量时间点时拉伸试验机的试验拉力F和第一段的试验应变值ε′L；
获取各测量时间点的水泥基试件的横截面积A；
根据ε′L和标定拉力-应变关系，计算第一段在各测量时间点的轴力F′L；
根据F和F′L和A，计算所述水泥基试件在各测量时间点的应力σ；
根据ε＝ε′L、标定拉力-应变关系和σ，确定水泥基试件的应力-应变关系，其中，ε为各测量时间点水泥基试件的应变值。
在上述技术方案基础上，所述第一段的标定拉力-应变关系满足以下公式，
FL＝KεL
其中，K为第一段的劲度系数。
在上述技术方案基础上，根据以下公式计算σ，
在上述技术方案基础上，所述水泥基试件的应力-应变关系满足以下公式，
其中，K为第一段的劲度系数。
在上述技术方案基础上，还包括如下步骤：
测量水泥基试件在各测量时间点的横截面长度L；
测量水泥基试件在各测量时间点的横截面宽度H；
测量水泥基试件在各测量时间点的第一段的横截面直径d；
根据以下公式计算A，
在上述技术方案基础上，各级所述标定拉力均小于第一段到达的屈服极限时的拉力。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供的一种水泥基材料单轴拉伸测定装置，包括承载螺杆和应变片，承载螺杆包括第一段和分别连接在承载螺杆两端的第二段，第一段的直径小于第二段的直径，在第一段上设置应变片测量第一段的应变值，先利用拉伸试验机拉伸两个第二段，标定第一段，得出第一段的标定拉力-应变关系，再将第一段设置在浇筑的水泥基试件中心，将两个第二段部分设置在水泥基试件内，拉伸过程中，拉伸试验机提供的拉力为第一段和水泥基试件受到的轴力之和，且根据水泥基试件与第一段受到的应力相等和第一段的标定拉力-应变关系可以得出水泥基试件的在拉伸试验中全过程应力-应变关系。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种水泥基材料单轴拉伸测定装置示意图。
图中，1、承载螺杆；10、第一段；11、第二段；2、应变片；3、水泥基试件。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种水泥基材料单轴拉伸测定装置，其包括承载螺杆1和应变片2，承载螺杆1包括第一段10和两个分别连接在第一段10两端的第二段11，第一段10的直径小于第二段11的直径，第一段10的表面呈光滑状；应变片2设于第一段10上，应变片2测量第一段10的应变值。本发明中，第一段10的直径小于第二段11的直径是为了确保在水泥材料单轴拉伸试验中水泥基试件3是从中间断裂，第一段10区别于两个第二段11表面呈光滑状，是为了确保在水泥材料单轴拉伸试验中水泥基试件3的两端在握裹力的作用下无相对滑移，确保应变片2测量的第一段10的应变值与水泥基试件3的应变值相等。
在拉伸试验机拉伸水泥基试件3的过程中，拉伸试验机拉伸两个第二段11至水泥基试件3断裂，在此过程中，通过拉伸试验机的拉力。
进一步，应变片2设有多个，多个应变片2沿第一段10周向均匀设置，通过在第一段10周向设置多个应变片2，可以测量到多个第一段10的应变值，通过求取多个应变值的平均值，可以减少单个应变片2测量第一段10应变值的误差。
进一步，在第一段10表面涂脱模剂，是为了保证第一段10在水泥基试件3浇筑后仍然保持分离状态，保证水泥基试件3容易脱离第一段10不会粘附在第一段10表面。
进一步，应变片2表面设有防水层，是为了保证在浇筑水泥基试件3件过程中，防止应变片2进水从而影响测量应变值。
本发明还提供一种水泥基材料单轴拉伸测定方法，提供如上一种水泥基材料单轴拉伸测定装置、拉伸试验及应变仪，拉伸试验机预设有多级标定拉力FL，应变仪连接应变片2。
其方法包括如下步骤：
S1：使用拉伸试验机匀速拉伸两个第二段11，记录拉伸试验机的拉力达到各级标定拉力FL时应变片2测量的应变值εL，根据FL和εL，获取第一段10的标定拉力-应变关系，第一段10的标定拉力-应变关系满足公式：FL＝KεL，其中，K为第一段10的劲度系数。
S2：浇筑水泥基试件3，将测定装置安置于水泥基试件3中，使第一段10位于水泥基试件3中心，第一段10安置在水泥基试件3中心轴线上，两个第二段11部分位于水泥基试件3中；
S3：使用拉伸试验机匀速拉伸两个第二段11至水泥基试件3断裂，记录多个测量时间点时拉伸试验机的试验拉力F和第一段10的试验应变值ε′L；
S4：获取各测量时间点的水泥基试件3的横截面积A，其具体步骤如下：
S40：测量水泥基试件3在各测量时间点的横截面长度L；
S41：测量水泥基试件3在各测量时间点的横截面宽度H；
S42：测量水泥基试件3在各测量时间点的第一段10的横截面直径d；
S43：根据以下公式计算A，
S5：根据ε′L和标定拉力-应变关系，计算第一段10在各测量时间点的轴力F′L；
S6：根据F和F′L和A，计算水泥基试件3在各测量时间点的应力σ，水泥基试件3的应力-应变关系满足公式：
S7：根据ε＝ε′L、标定拉力-应变关系和σ，确定水泥基试件3的应力-应变关系，水泥基试件3的应力-应变关系满足公式：
其中，ε为各测量时间点水泥基试件3的应变值，其中，K为第一段10的劲度系数。
在本发明中，先利用拉伸试验机标定第一段10，得出第一段10的标定拉力-应变关系，在标定第一段10时，拉伸试验机的标定拉力要小于第一段10的达到屈服极限时的拉力才可以准确得出第一段10的标定拉力-应变关系。
在浇筑水泥基试件3时，需要将第一段10安置在水泥基试件3中心轴线的位置，确保在拉伸水泥基试件3的过程中不会受到偏心力的作用影响测试结果，两个第二段11也部分安置在水泥基试件3中，因为两个第二段11上的螺纹为水泥基试件3的两端提供握裹力，防止拉伸试验机在拉伸过程中，水泥基试件3的两端与两个第二段11之间产生滑移，确保测定的准确性。
利用拉伸试验机匀速拉伸两个第二段11至水泥基试件3断裂，在本测定方法中，拉伸试验机匀速拉伸两个第二段11时，拉伸试验机提供的试验拉力F为第一段10和水泥基试件3在拉伸试验中提供轴力，应变片2也同时测量第一段10的应变值，同时拉伸试验机提供的试验拉力F小于达到第一段10屈服极限时的拉力，确保得到的水泥基试件3应力-应力关系的准确性。
根据多个测量时间点拉伸试验机提供的试验拉力F和应变片2测量的第一段10的试验应变值ε′L，以及第一段10的标定拉力-应变关系可以计算得出各个测量时间点水泥基试件3的轴力F′L，计算各测量时间点的水泥基试件3的横截面积A，根据F和F′L和A，可以计算出水泥基试件3在各测量时间点的应力σ，而根据ε＝ε′L、标定拉力-应变关系和σ，最终可以确定水泥基试件3的应力-应变关系。水泥基试件3的应力-应变关系满足公式
得出的水泥基试件3的应力-应变关系即为水泥基试件3的全过程应力-应变关系。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种水泥基材料单轴拉伸测定方法，其特征在于，采用一种水泥基材料单轴拉伸测定装置进行测定，所述水泥基材料单轴拉伸测定装置包括：
承载螺杆(1)，其包括第一段(10)和两个分别连接在第一段(10)两端的第二段(11)，所述第一段(10)的直径小于所述第二段(11)的直径，所述第一段(10)表面呈光滑状；
应变片(2)，其设于所述第一段(10)上，所述应变片(2)用于测量所述第一段(10)的应变值；
所述测定方法包括以下步骤：
提供所述水泥基材料单轴拉伸测定装置；
提供拉伸试验机及应变仪，所述拉伸试验机预设有多级标定拉力FL，所述应变仪连接所述应变片(2)；
使用所述拉伸试验机匀速拉伸两所述第二段(11)，记录拉伸试验机的拉力达到各级标定拉力FL时所述应变片(2)测量的应变值εL，根据FL和εL，获取第一段(10)的标定拉力-应变关系；
浇筑水泥基试件(3)，将所述测定装置安置于所述水泥基试件(3)中，使所述第一段(10)位于水泥基试件(3)中心，两所述第二段(11)部分位于水泥基试件(3)中；
使用所述拉伸试验机匀速拉伸两所述第二段(11)至水泥基试件(3)断裂，记录多个测量时间点时拉伸试验机的试验拉力F和第一段(10)的试验应变值ε′L；
获取各测量时间点的水泥基试件(3)的横截面积A；
根据ε′L和标定拉力-应变关系，计算第一段(10)在各测量时间点的轴力F′L；
根据F和F′L和A，计算所述水泥基试件(3)在各测量时间点的应力σ；
根据ε＝ε′L、标定拉力-应变关系和σ，确定水泥基试件(3)的应力-应变关系，其中，ε为各测量时间点水泥基试件(3)的应变值。
2.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述应变片(2)设有多个，多个所述应变片(2)沿所述第一段(10)周向均匀设置。
3.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述第一段(10)表面涂有脱模剂。
4.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述应变片(2)表面设有防水层。
5.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述第一段(10)的标定拉力-应变关系满足以下公式，
FL＝KεL
其中，K为第一段(10)的劲度系数。
6.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于：根据以下公式计算σ，
7.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述水泥基试件(3)的应力-应变关系满足以下公式，
其中，K为第一段(10)的劲度系数。
8.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，获取各测量时间点的水泥基试件(3)的横截面积A包括如下步骤：
测量水泥基试件(3)在各测量时间点的横截面长度L；
测量水泥基试件(3)在各测量时间点的横截面宽度H；
测量水泥基试件(3)在各测量时间点的第一段(10)的横截面直径d；
根据以下公式计算A，
9.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于，各级所述标定拉力均小于第一段(10)到达的屈服极限时的拉力。
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