一種混凝土斷裂韌性測試試件及測試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種混凝土斷裂韌性測試試件及測試裝置，測試試件上加工有預(yù)制裂縫和安裝通孔；測試裝置的上工裝和下工裝的槽鋼狀開口的寬度與測試試件長度相同，使得測試試件能夠嵌入上工裝和下工裝內(nèi)；安裝板上加工有與測試試件上的安裝通孔對應(yīng)的安裝孔，加載銷穿過安裝孔和安裝通孔將測試試件安裝在上工裝和下工裝內(nèi)。本實(shí)用新型的測試試件和測試裝置能夠提高混凝土斷裂韌性測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和成功率。本實(shí)用新型測試時，拉伸過程中力的方向始終在一條豎直線上，沒有分力帶來的影響，且消除重力帶來的誤差；本實(shí)用型摒棄了引伸計(jì)的夾粘，使實(shí)驗(yàn)過程更加簡潔，結(jié)果更加精確。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于混凝土測試領(lǐng)域，涉及混凝土斷裂韌性測試，具體涉及一種混凝 土斷裂韌性測試試件及測試裝置。 一種混凝土斷裂韌性測試試件及測試裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土斷裂韌度是水利水電與交通工程混凝土結(jié)構(gòu)抗裂防裂設(shè)計(jì)及裂縫評定中， 分析混凝土抗裂能力和建筑物裂縫擴(kuò)展穩(wěn)定性的重要依據(jù)。要了解混凝土斷裂機(jī)理，解決 混凝土結(jié)構(gòu)物的裂縫擴(kuò)展問題，首先需要通過混凝土材料的斷裂試驗(yàn)，正確測定混凝土斷 裂參數(shù)和了解混凝土失穩(wěn)斷裂前裂縫擴(kuò)展過程與縫端附近區(qū)域的物理特性及其力學(xué)行為。 目前混凝土斷裂參數(shù)中常見的是雙K斷裂參數(shù)，即起裂斷裂韌度和失穩(wěn)斷裂韌度。
[0003] 現(xiàn)有的規(guī)范測量混凝土雙K斷裂參數(shù)一般是采用三點(diǎn)彎曲梁試和嵌入式測試驗(yàn)， 在三點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)中，混凝土試件在澆筑時先制一條預(yù)置裂縫，試驗(yàn)機(jī)將荷載加載在壓力 傳感器上通過墊板傳遞給混凝土試件，通過采集臨界裂縫張口位移和最大荷載來計(jì)算臨界 有效裂縫長度的值，進(jìn)而計(jì)算裂縫的起裂斷裂韌度計(jì)算的解析表達(dá)式。但三點(diǎn)彎曲梁由于 試件自重不可忽略，對斷裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響比較明顯。
[0004] 另一個就是楔入劈拉法，在立方試塊上留有預(yù)制裂縫，利用物理學(xué)楔劈原理，在較 小的堅(jiān)向力作用下，產(chǎn)生較大的水平劈力，在切口尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，可以看作是倒置的緊 湊三點(diǎn)彎曲梁。為形成凹槽，需要在試塊表面打磨清理并粘結(jié)鋼板，傳力裝置復(fù)雜，而且鍥 形角對力的轉(zhuǎn)化影響巨大，且堅(jiān)向載荷的影響只能在有限范圍內(nèi)忽略。
[0005] 另外，無論是三點(diǎn)彎曲法還是鍥入劈裂法都需要配合引伸計(jì)來使用，因?yàn)樾枰?為夾粘引伸計(jì)，以及測量過程中引伸計(jì)的細(xì)微晃動和偏差會帶來無法避免的位移誤差從而 影響測試結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種堅(jiān)直方向拉伸并且 無需夾粘引伸計(jì)來測量的混凝土斷裂韌性的裝置，以及相應(yīng)的測試試件，以提高混凝土斷 裂韌性測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和成功率。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種混凝土斷裂韌性測試試件，所述的測試試件為正方塊狀混凝土，測試試件一 個側(cè)面中間位置垂直加工有預(yù)制裂縫，預(yù)制裂縫的正上方和正下方對稱加工有與預(yù)制裂縫 平行的安裝通孔。
[0009] 一種測試如上測試試件斷裂韌性的測試裝置，包括帶有拉伸鉸支架的上工裝、帶 有拉伸鉸支架的下工裝，上工裝和下工裝均包括一個加力板和垂直固結(jié)在加力板兩側(cè)的安 裝板，形成槽鋼狀開口的上工裝和下工裝，上工裝和下工裝的槽鋼狀開口的寬度與測試試 件長度相同，使得測試試件能夠嵌入上工裝和下工裝內(nèi)；安裝板上加工有與測試試件上的 安裝通孔對應(yīng)的安裝孔，加載銷穿過安裝孔和安裝通孔將測試試件安裝在上工裝和下工裝 內(nèi)。
[0010] 本實(shí)用新型還具有如下技術(shù)特征：
[0011] 所述的安裝通孔的中心位置距離測試試件的兩個垂直邊緣的距離均為測試試件 長度的1/5,安裝通孔的直徑為測試試件長度的1/5,預(yù)制裂縫的長度為測試試件長度的 3/10,預(yù)制裂縫的寬度為測試試件長度的2/100。
[0012] 所述的加載銷的端部還設(shè)置有限位帽。
[0013] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益技術(shù)效果：
[0014] 本實(shí)用新型的測試試件和測試裝置通過堅(jiān)直方向拉伸并且無需夾粘引伸計(jì)來測 量的混凝土斷裂韌性，以提高混凝土斷裂韌性測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和成功率。本實(shí)用新型測 試時，拉伸過程中力的方向始終在一條堅(jiān)直線上，沒有分力帶來的影響，且消除重力帶來的 誤差；本實(shí)用型摒棄了引伸計(jì)的夾粘，使實(shí)驗(yàn)過程更加簡潔，結(jié)果更加精確。本實(shí)用新型的 可靠性強(qiáng)，便于攜帶，能節(jié)約大量人力，物力，適用于工程檢測和科學(xué)研究。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型的測試裝置的主剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2是本實(shí)用新型的測試裝置的右視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖3是本實(shí)用新型的測試試件的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖4是本實(shí)用新型的測試試件的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖5和圖6是本實(shí)用新型測試過程中測試原理示意圖。
[0020] 圖7是實(shí)施例的試件外部荷載與裂縫開口位移之間的關(guān)系曲線。
[0021] 圖中各個標(biāo)號的含義為：1-測試試件，2-預(yù)制裂縫，3-安裝通孔，4-拉伸鉸支架， 上工裝，6-下工裝，7-加力板，8-安裝板，9-安裝孔，10-加載銷，11-限位帽。
[0022] 以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)解釋說明。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下給出本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，需要說明的是本實(shí)用新型并不局限于以下具 體實(shí)施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0024] 實(shí)施例：
[0025] 遵從上述技術(shù)方案，如圖1至圖4所示，本實(shí)施例給出一種混凝土斷裂韌性測試試 件，所述的測試試件1為正方塊狀混凝土，測試試件1 一個側(cè)面中間位置垂直加工有預(yù)制裂 縫2,預(yù)制裂縫2的正上方和正下方對稱加工有與預(yù)制裂縫2平行的安裝通孔3。
[0026] 優(yōu)選的安裝通孔3的中心位置距離測試試件1的兩個垂直邊緣的距離均為測試試 件1長度的1/5,安裝通孔3的直徑為測試試件1長度的1/5,預(yù)制裂縫2的長度為測試試 件1長度的3/10,預(yù)制裂縫2的寬度為測試試件1長度的2/100。
[0027] 本實(shí)施例給出的測試試件1的具體尺寸參數(shù)為：測試試件1長度L = 100mm，預(yù)制 裂縫2的寬度w = 2mm，預(yù)制裂縫2的長度D = 30mm，預(yù)制裂縫2的邊緣距離測試試件1邊 緣的長度s = 49mm ;安裝通孔3的半徑R = 10mm，安裝通孔3的中心位置距離測試試件1 的兩個垂直邊緣的距離d = 20mm。
[0028] 一種測試如上所述的測試試件斷裂韌性的測試裝置，包括帶有拉伸鉸支架4的上 工裝5和帶有拉伸鉸支架4的下工裝6,上工裝5和下工裝6均包括一個加力板7和垂直固 結(jié)在加力板兩側(cè)的安裝板8,形成槽鋼狀開口的上工裝5和下工裝6,上工裝5和下工裝6 的槽鋼狀開口的寬度與測試試件1長度相同，使得測試試件1能夠嵌入上工裝5和下工裝 6內(nèi)；安裝板8上加工有與測試試件1上的安裝通孔3對應(yīng)的安裝孔9,加載銷10穿過安裝 孔9和安裝通孔3將測試試件1安裝在上工裝5和下工裝6內(nèi)。
[0029] 所述的加載銷10的端部還設(shè)置有限位帽11。
[0030] 本實(shí)用新型利用緊湊拉伸和三角形關(guān)系恒定原理，通過拉力測試機(jī)上下拉伸，將 堅(jiān)直拉力傳遞到混凝土測試試件1上，使混凝土在預(yù)制裂縫2方向上出現(xiàn)細(xì)微裂縫。由于加 載方式是速度恒定，可以在計(jì)算機(jī)上得出加載力F與加載方向上的位移a的F-a曲線。另 夕卜，由于新增的裂縫很小，所以可以把預(yù)制裂縫的長度看作相似三角形的邊長，再結(jié)合試塊 本身的幾何特征，得到開口張開位移V與加載方向上位移a的比值。以此得出裂縫張位移V 和荷載F的位移曲線，進(jìn)而計(jì)算斷裂韌度。該方法簡化了混凝土斷裂韌性測試方法，提高 了試驗(yàn)的測試效率、準(zhǔn)確性和可靠性。本實(shí)用新型的具體工作過程如下所述：
[0031] ( I )將達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期的預(yù)制試件在預(yù)訂位置鉆孔，形成安裝通孔3,制成本實(shí)用 新型的測試試件1 ;
[0032] ( II )把加載銷10穿過安裝孔9和安裝通孔3,將制備好的測試試件1安裝在上 工裝5和下工裝6內(nèi)，并將限位帽11安裝在加載銷10上。
[0033] (III)將上工裝5和下工裝6通過拉伸鉸支架4安裝在具有位移控制加載功能的 拉力測試機(jī)上，確定測試試件1的堅(jiān)直中心線與裝置中心線都在堅(jiān)直方向。
[0034] (IV )開動拉力測試機(jī)，設(shè)定好加載速率0· 2mm/min，開始均勻加載，并利用計(jì)算機(jī) 同時記錄荷載--位移關(guān)系曲線，直至測試試件1破壞，計(jì)算機(jī)所記錄位移值即為圖5中AB 兩點(diǎn)間的位移增大值，可以得到AB兩點(diǎn)間的位移變化隨時間的發(fā)展關(guān)系。
[0035] ( V )如圖6所示，0點(diǎn)為裂縫的端點(diǎn)，根據(jù)0A和0E的長度關(guān)系，并依據(jù)相似三角 形原理即可由AB兩點(diǎn)間的位移求得EF兩點(diǎn)間的位移，也即裂縫擴(kuò)展寬度隨時間發(fā)展的關(guān) 系。
[0036] (VI)根據(jù)第（V )步可以得到荷載一裂縫擴(kuò)展寬度關(guān)系曲線，如圖7所示，根 據(jù)該曲線即可求得本實(shí)施例的混凝土的雙K斷裂參數(shù)，起裂斷裂韌度K Qrc = 0. 812MPa ·πι1/2， 失穩(wěn)斷裂韌度 Ksie = 1. 288MPa · m1/2。
【權(quán)利要求】
1. 一種混凝土斷裂韌性測試試件，所述的測試試件（1)為正方塊狀混凝土，其特征在 于：測試試件（1) 一個側(cè)面中間位置垂直加工有預(yù)制裂縫（2)，預(yù)制裂縫（2)的正上方和正 下方對稱加工有與預(yù)制裂縫（2)平行的安裝通孔（3)。
2. 如權(quán)利要求1所述的混凝土斷裂韌性測試試件，其特征在于：所述的安裝通孔（3) 的中心位置距離測試試件（1)的兩個垂直邊緣的距離均為測試試件（1)長度的1/5,安裝 通孔（3)的直徑為測試試件（1)長度的1/5,預(yù)制裂縫（2)的長度為測試試件（1)長度的 3/10,預(yù)制裂縫（2)的寬度為測試試件（1)長度的2/100。
3. -種測試如權(quán)利要求1或2所述的測試試件斷裂韌性的測試裝置，包括帶有拉伸鉸 支架（4)的上工裝（5)和帶有拉伸鉸支架（4)的下工裝（6)，其特征在于：上工裝（5)和下 工裝（6)均包括一個加力板（7)和垂直固結(jié)在加力板兩側(cè)的安裝板（8)，形成槽鋼狀開口 的上工裝（5)和下工裝（6)，上工裝（5)和下工裝（6)的槽鋼狀開口的寬度與測試試件（1) 長度相同，使得測試試件（1)能夠嵌入上工裝（5)和下工裝￠)內(nèi)；安裝板（8)上加工有與 測試試件（1)上的安裝通孔（3)對應(yīng)的安裝孔（9)，加載銷（10)穿過安裝孔（9)和安裝通 孔（3)將測試試件（1)安裝在上工裝（5)和下工裝（6)內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求3所述的測試裝置，其特征在于：所述的加載銷（10)的端部還設(shè)置有限 位帽（11)。
【文檔編號】G01N1/28GK203881594SQ201420306715
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】何銳, 王鍇, 邢明亮, 劉狀壯, 豆懷兵, 胡志偉 申請人:長安大學(xué)