CN110595884A - 一种基于双面纯剪的ecc裂缝面剪切应力试验方法及系统 - Google Patents

一种基于双面纯剪的ecc裂缝面剪切应力试验方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验方法及系统，利用预裂狭小裂缝使得工程水泥基复合材料试件出现1条沿预裂狭小裂缝的竖向裂缝；利用竖向剪切荷载使得工程水泥基复合材料试件中部块体受剪切作用，同步输出工程水泥基复合材料试件裂缝面剪切应力‑剪切应变关系曲线，得到工程水泥基复合材料裂缝面剪切应力变化。该方法可精确反映纤维架桥作用对ECC裂缝面剪切应力的影响，弥补了现有试验方式中无法区分接触作用及纤维架桥作用对ECC裂缝面剪切应力影响的不足，提高了试验的成功率。

Description

一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验方法及系统
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验方法及系统。。
背景技术
工程水泥基复合材料因其高延性、高强度等优异性能，成为具有广阔应用前景的建筑材料。与混凝土不同，工程水泥基复合材料裂缝面纤维架桥应力对其受剪性能有重要影响。为了保证工程水泥基复合材料在工程使用中的安全性，必须对工程水泥基复合材料裂缝面剪切应力进行研究，为工程应用提供指导。目前，国内外尚缺少工程水泥基复合材料裂缝面剪切应力试验方法。
发明内容
本发明提供一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验方法及系统，其目的在于，克服国内外尚缺少工程水泥基复合材料裂缝面剪切应力试验方法的问题。
一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验方法，包括以下步骤：
步骤1：制作工程水泥基复合材料试件，并对工程水泥基复合材料试件上、下部各预裂2条预裂裂缝，得到预裂试件；
工程水泥基复合材料即为ECC；
步骤2：对步骤1得到的所述预裂试件两侧同时施加水平荷载，直到预裂试件依次出现2条沿预裂裂缝的竖向裂缝，当第2条竖向裂缝竖向贯通预裂试件时，停止施加水平荷载，得到开裂试件；
步骤3：将步骤2得到的所述开裂试件下部放置于两条未连接的钢板上，每条钢板水平向与ECC试件单侧及预裂裂缝平齐，并在开裂试件上部2条预裂裂缝间放置钢板，钢板上配置位移计和千斤顶；
步骤4：通过千斤顶施加竖向剪切荷载于开裂试件上部2条预裂裂缝间的钢板，使得开裂试件中部块体受剪切作用，荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载；
步骤5：对步骤4所述的施加竖向剪切荷载，同步输出开裂试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线，直至荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载。
进一步地，所述预裂裂缝宽度1mm～2mm，预裂裂缝高度为试件高度1/5。
进一步地，所述步骤2中水平荷载的施加从0MPa开始逐级增加，每级为0.1MPa。
进一步地，所述步骤4中竖向剪切荷载的施加从0MPa开始逐级增加，每级为0.1MPa。
一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验系统，包括：
预裂单元：通过制作工程水泥基复合材料试件，并对制作工程水泥基复合材料试件上、下部各预裂2条预裂裂缝，得到预裂试件；
开裂单元：对预裂单元生成的预裂试件两侧同时施加水平荷载，直到预裂试件依次出现2条沿预裂裂缝的竖向裂缝，当第2条竖向裂缝竖向贯通预裂试件时，停止施加水平荷载，得到开裂试件；
试验构建单元：将开裂单元生成的开裂试件下部放置于两条未连接的钢板上，每条钢板水平向与ECC试件单侧及预裂裂缝平齐，并在开裂试件上部2条预裂裂缝间放置钢板，钢板上配置位移计和千斤顶；
竖向剪切荷载施加单元：通过千斤顶施加竖向剪切荷载于开裂试件上部2条预裂裂缝间的钢板，使得开裂试件中部块体受剪切作用，荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载；
剪切应力-剪切应变关系获取单元：在竖向剪切荷载施加单元施加荷载同时获取开裂试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线。
有益效果
本发明提出了一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验方法及系统，利用预裂狭小裂缝使得工程水泥基复合材料试件出现1条沿预裂狭小裂缝的竖向裂缝；利用竖向剪切荷载使得工程水泥基复合材料试件中部块体受剪切作用，同步输出工程水泥基复合材料试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线，得到工程水泥基复合材料裂缝面剪切应力变化。该方法可精确反映纤维架桥作用对ECC裂缝面剪切应力的影响，弥补了现有试验方式中无法区分接触作用及纤维架桥作用对ECC裂缝面剪切应力影响的不足，提高了试验的成功率。
附图说明
图1为施加水平荷载的预裂狭小裂缝工程水泥基复合材料试件示意图；
图2为工程水泥基复合材料试件出现第1条竖向裂缝示意图；
图3为工程水泥基复合材料试件出现第2条竖向裂缝示意图；
图4为施加竖向剪切荷载于出现竖向裂缝工程水泥基复合材料试件示意图；
图5为施加竖向剪切荷载后工程水泥基复合材料试件中部块体受剪切作用示意图；
图6为具体实施方式中工程水泥基复合材料单向拉伸应力-应变关系曲线；
图7为应用本发明方法测试得到的工程水泥基复合材料试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线；
标号说明：1-工程水泥基复合材料试件，2-预裂裂缝，3-水平荷载，4-第1条沿预裂裂缝的竖向裂缝，5-纤维，6-第2条沿预裂裂缝的竖向裂缝，7-底部钢板，8-上部钢板，9-位移计，10-千斤顶，11-竖向荷载，12-受剪切作用的工程水泥基复合材料块体。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验方法，包括以下步骤：
步骤1：制作工程水泥基复合材料试件，并对工程水泥基复合材料试件上、下部各预裂2条预裂裂缝，得到预裂试件；
工程水泥基复合材料即为ECC；
步骤2：对步骤1得到的所述预裂试件两侧同时施加水平荷载，直到预裂试件依次出现2条沿预裂裂缝的竖向裂缝，当第2条竖向裂缝竖向贯通预裂试件时，停止施加水平荷载，得到开裂试件；
第1条裂缝如图2所示，第2条裂缝如图3所示；
步骤3：将步骤2得到的所述开裂试件下部放置于两条未连接的钢板上，每条钢板水平向与ECC试件单侧及预裂裂缝平齐，并在开裂试件上部2条预裂裂缝间放置钢板，钢板上配置位移计和千斤顶，如图4所示；
步骤4：通过千斤顶施加竖向剪切荷载于开裂试件上部2条预裂裂缝间的钢板，使得开裂试件中部块体受剪切作用，荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载，如图5所示；
步骤5：对步骤4所述的施加竖向剪切荷载，同步输出开裂试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线，直至荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载。
在本发明的实例中，所述预裂裂缝宽度1mm～2mm，预裂裂缝高度为试件高度1/5，如图1所示；
在步骤2中水平荷载的施加从0MPa开始逐级增加，每级为0.1MPa。
在步骤4中竖向剪切荷载的施加从0MPa开始逐级增加，每级为0.1MPa。
一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验系统，包括：
预裂单元：通过制作工程水泥基复合材料试件，并对制作工程水泥基复合材料试件上、下部各预裂2条预裂裂缝，得到预裂试件；
开裂单元：对预裂单元生成的预裂试件两侧同时施加水平荷载，直到预裂试件依次出现2条沿预裂裂缝的竖向裂缝，当第2条竖向裂缝竖向贯通预裂试件时，停止施加水平荷载，得到开裂试件；
试验构建单元：将开裂单元生成的开裂试件下部放置于两条未连接的钢板上，每条钢板水平向与ECC试件单侧及预裂裂缝平齐，并在开裂试件上部2条预裂裂缝间放置钢板，钢板上配置位移计和千斤顶；
竖向剪切荷载施加单元：通过千斤顶施加竖向剪切荷载于开裂试件上部2条预裂裂缝间的钢板，使得开裂试件中部块体受剪切作用，荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载；
剪切应力-剪切应变关系获取单元：在竖向剪切荷载施加单元施加荷载同时获取开裂试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线。
实施例1：
以某工程水泥基复合材料为例，其单向拉伸应力-应变关系曲线如图6所示，来详细说明该工程水泥基复合材料试件裂缝面剪切应力试验。
(a)制作长、宽、高分别为100mm、13mm、50mm的工程水泥基复合材料试件，对工程水泥基复合材料试件上下部各预裂2条狭小裂缝；
(b)对上述预裂工程水泥基复合材料试件两侧同时施加水平荷载，工程水泥基复合材料试件出现第1条沿预裂狭小裂缝的竖向裂缝；
(c)继续对试件两侧同时施加水平荷载，直到试件出现第2条沿预裂狭小裂缝的竖向裂缝，停止施加水平荷载；
(d)将上述开裂工程水泥基复合材料试件下部放置于两条未连接的钢板上，每条钢板水平向与工程水泥基复合材料试件单侧及预裂狭小裂缝平齐，并在工程水泥基复合材料试件上部2条预裂狭小裂缝间放置钢板，钢板上配置位移计、千斤顶；
(e)对上述试验装置，通过千斤顶施加竖向剪切荷载于工程水泥基复合材料试件上部2条预裂狭小裂缝间的钢板，使得工程水泥基复合材料试件中部块体受剪切作用，荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载；
(f)对上述施加竖向剪切荷载，同步输出工程水泥基复合材料试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线，如图7所示，直至荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载，完成基于双面纯剪的工程水泥基复合材料裂缝面剪切应力试验。从图7中可以看出，工程水泥基复合材料试件裂缝面剪切应力先逐渐增大，然后逐渐减小，而采用本发明所述的方法能够准确的测量出这一变化过程。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制作工程水泥基复合材料试件，并对工程水泥基复合材料试件上、下部各预裂2条预裂裂缝，得到预裂试件；
工程水泥基复合材料即为ECC；
步骤2：对步骤1得到的所述预裂试件两侧同时施加水平荷载，直到预裂试件依次出现2条沿预裂裂缝的竖向裂缝，当第2条竖向裂缝竖向贯通预裂试件时，停止施加水平荷载，得到开裂试件；
步骤3：将步骤2得到的所述开裂试件下部放置于两条未连接的钢板上，每条钢板水平向与ECC试件单侧及预裂裂缝平齐，并在开裂试件上部2条预裂裂缝间放置钢板，钢板上配置位移计和千斤顶；
步骤4：通过千斤顶施加竖向剪切荷载于开裂试件上部2条预裂裂缝间的钢板，使得开裂试件中部块体受剪切作用，荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载；
步骤5：对步骤4所述的施加竖向剪切荷载，同步输出开裂试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线，直至荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预裂裂缝宽度1mm～2mm，预裂裂缝高度为试件高度1/5。
3.根据权利要求1所述的一种基于双面纯剪的工程水泥基复合材料裂缝面剪切应力试验方法，其特征在于，所述步骤2中水平荷载的施加从0MPa开始逐级增加，每级为0.1MPa。
4.根据权利要求1所述的一种基于双面纯剪的工程水泥基复合材料裂缝面剪切应力试验方法，其特征在于，所述步骤4中竖向剪切荷载的施加从0MPa开始逐级增加，每级为0.1MPa。
5.一种基于双面纯剪的ECC裂缝面剪切应力试验系统，其特征在于，包括：
预裂单元：通过制作工程水泥基复合材料试件，并对制作工程水泥基复合材料试件上、下部各预裂2条预裂裂缝，得到预裂试件；
开裂单元：对预裂单元生成的预裂试件两侧同时施加水平荷载，直到预裂试件依次出现2条沿预裂裂缝的竖向裂缝，当第2条竖向裂缝竖向贯通预裂试件时，停止施加水平荷载，得到开裂试件；
试验构建单元：将开裂单元生成的开裂试件下部放置于两条未连接的钢板上，每条钢板水平向与ECC试件单侧及预裂裂缝平齐，并在开裂试件上部2条预裂裂缝间放置钢板，钢板上配置位移计和千斤顶；
竖向剪切荷载施加单元：通过千斤顶施加竖向剪切荷载于开裂试件上部2条预裂裂缝间的钢板，使得开裂试件中部块体受剪切作用，荷载降为0时停止施加竖向剪切荷载；
剪切应力-剪切应变关系获取单元：在竖向剪切荷载施加单元施加荷载同时获取开裂试件裂缝面剪切应力-剪切应变关系曲线。
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