進(jìn)行直接拉伸強度試驗時，可使用普通材料萬能試驗機直接讀出破壞荷載并計算出強度值。試驗中，同一混凝土進(jìn)行3個試件的抗拉強度試驗,取3個試件抗拉強度的算術(shù)平均值作為該組試件混凝土抗拉強度值。試件斷裂后,記錄斷口的位置、形貌，當(dāng)斷裂發(fā)生在粘貼面時，應(yīng)視該數(shù)據(jù)無效，取其余兩個試件的算術(shù)平均值作為該組試件混凝土抗拉強度值。試驗后拆除試驗裝置，將破壞的試件連同粘貼鋼板一同放入烘箱內(nèi)約140℃恒溫一個小時，即可方便地取下粘貼鋼板以便重復(fù)使用。
受拉試件中應(yīng)力分布：
在混凝土的直接拉伸試驗中，如何盡可能保證試件拉伸過程中應(yīng)力均勻分布及避免偏心受力，將直接影響到試驗的成功率和準(zhǔn)確度，因此試件的形狀及夾持方式的選擇尤其重要。文采用粘貼鋼板與傳力鋼板的“雙鋼板”設(shè)計并通過球絞傳遞試驗機拉伸荷載，除便于試件制作和測試外，更主要的是保證試件中應(yīng)力盡可能均勻分布、避免偏心受拉和受彎。
在設(shè)計試驗裝置前,我們對采用粘貼鋼板與傳力鋼板的“雙鋼板”設(shè)計的混凝土受拉試件中的應(yīng)力分布進(jìn)行了有限元分析。理論分析表明，方法對于長度不小于200mm的混凝土拉伸試件，在試件中應(yīng)力分布非常均勻；即使在混凝土試件的端部也可以得到非常均勻的應(yīng)力分布。這可通過監(jiān)測拉伸過程中試件不同部位的變形得到很好證明。編號為1,2,3的應(yīng)變片與編號為4,5,6的應(yīng)變片分別粘貼于試件兩個相對側(cè)面的上、中、下3個不同位置，試驗中安置在不同位置應(yīng)變片的變形值如圖3所示。從測試結(jié)果可以看出：試件上同一側(cè)面、不同位置安裝的應(yīng)變片的變形基相同，說明方法在試件夾持端部能很好地避免應(yīng)力集中，應(yīng)力在試件整個長度上均勻分布，試驗方法準(zhǔn)確可靠。
圖3：不同位置應(yīng)變片的變形值
無論是軸心抗壓或是軸心抗拉，試驗過程中都不可避免地受偏心的影響，特別是拉伸試驗中試件開裂后偏心更為嚴(yán)重。由于試驗裝置的試件兩端都裝有球絞，粘貼鋼板的尺寸與試件截面尺寸完全一致且中心帶有定位孔，并在試驗機上安裝時易于對中，因此，采用試驗方法可最大程度上避免偏心受拉。從圖3中我們也可看出，盡管在軸拉過程中仍存在一定的偏心，但在應(yīng)變較小時(混凝土試件開裂前)，試件兩側(cè)應(yīng)變片的變形讀數(shù)基一致。
試件斷口位置及形貌：
混凝土試件拉伸斷裂后，試件斷口的位置及形貌在很大程度上反映了試驗裝置的合理性。混凝土直接拉伸試件的破壞過程，實際上是其內(nèi)部裂紋產(chǎn)生和擴展的過程，由于缺陷或最薄弱區(qū)域在混凝土試件內(nèi)部是隨機均勻分布的，因此，當(dāng)混凝土試件中拉應(yīng)力均勻分布時，試件的斷裂位置也應(yīng)隨機均勻分布；而當(dāng)試件中存在應(yīng)力不均勻分布現(xiàn)象時，在試件應(yīng)力集中處發(fā)生斷裂的幾率明顯增加。如夾持拉伸試件，在試件夾持部位存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，試件易在夾持部位發(fā)生斷裂；對于變截面的拉伸試件，在變截面處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，試件易在變截面處發(fā)生斷裂。
在采用裝置進(jìn)行拉伸試驗時，我們對試件斷口位置進(jìn)行了記錄分析。試件拉伸斷裂后，用直尺測量斷口距試件下端面的平均高度hi(取斷口位置上距下端面最大高度hi,max和最小高度hi,min的算術(shù)平均值)。由于試驗中采用了不同尺寸的試件，為了統(tǒng)計方便，我們將斷口距試件下端面高度(hi)與試件長度(li)的比值(hi/li)定義為試件斷口相對位置；每組混凝土抗拉強度(ft)由3個試件試驗的算術(shù)平均值表示(ft=(ft,1+ft,2+ft,3)/3)，我們將單個混凝土試件抗拉強度(ft,j)與該組混凝土抗拉強度(ft)的比值(ft,j/ft)定義為單個混凝土試件相對抗拉強度。
圖4：斷口相對位置與出現(xiàn)概率的關(guān)系
圖5：斷口相對位置與單個試件相對抗拉強度的關(guān)系
通過對200多個不同規(guī)格的棱柱體混凝土拉伸試件強度試驗，經(jīng)統(tǒng)計分析得出的斷口相對位置與出現(xiàn)概率的關(guān)系如圖4所示，斷口相對位置與單個試件相對抗拉強度的關(guān)系如圖5所示。從概率分布圖上我們可以發(fā)現(xiàn)，拉伸試件在不同位置發(fā)生斷裂的概率基相等，說明采用裝置進(jìn)行拉伸試驗時，試件中的拉應(yīng)力分布均勻，無應(yīng)力集中現(xiàn)象，試件斷裂位置完全隨機均勻分布。在單個混凝土試件相對抗拉強度與試件斷口相對位置的關(guān)系圖上，可以看出，相對抗拉強度始終維持在ft,j/ft=1這一水平線上下波動，不隨斷口相對位置而變化，進(jìn)一步說明斷口位置完全隨機均勻分布；此外，在此圖上我們還可以發(fā)現(xiàn)：雖然普遍認(rèn)為混凝土抗拉強度測試的波動很大，但采用試驗方法，可使>95%的試件單個拉伸強度與該組試件平均拉伸強度的偏差小于20%，波動很小。試驗中我們觀察到，同一組混凝土的3個拉伸試件，它們的相對斷裂位置雖然可能有較大差別，但它們之間拉伸強度相差卻非常小。
圖6：拉伸斷裂后的試件及其斷面照片
在測量試件斷口位置的同時，我們對試件斷裂面的形貌進(jìn)行了觀察，混凝土拉伸斷裂后的試件及其斷面如圖6所示。混凝土試件破壞時，斷裂面基上都與試件的長軸線垂直且較為平整，破壞面上及其鄰近的混凝土仍堅實且沒有肉眼可見的裂縫。這表明：采用裝置試驗時，混凝土的裂紋沿垂直于試件長軸線(荷載作用)方向擴展，且斷裂過程中只有一條主裂縫形成,試件受力簡單，表現(xiàn)為典型的單向純拉伸破壞。
以上的數(shù)據(jù)及觀察都說明：采用拉伸試驗裝置,混凝土試件受力簡單，試件中拉應(yīng)力分布均勻，斷裂位置在整個試件中完全隨機均勻分布，試件表現(xiàn)為典型的純拉伸破壞。
結(jié)論：
1)采用拉伸試驗裝置,能避免混凝土試件偏心受拉，試件中拉應(yīng)力分布均勻、受力簡單，斷裂位置在整個試件中完全隨機均勻分布，試件表現(xiàn)為典型的純拉伸破壞。
2)方法采用的試件規(guī)整，制作相對簡單，試件既可水平方向也可垂直方向成型；若試驗中改用圓柱體試件,該方法還可用于現(xiàn)場抽取混凝土芯樣進(jìn)行拉伸試驗。
3)同組混凝土試件測試強度數(shù)據(jù)離散較小，測試方法準(zhǔn)確、可信。
4)采用試驗方法的試件尺寸效應(yīng)較小，但仍待進(jìn)一步研究。
來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2021-03-16 瀏覽：
