摘要：隨著我國建造了像溪洛渡高拱壩這樣的大體積混凝土建筑物，混凝土受拉性能的研究越來越引起人們的重視。本文介紹了利用自行研制的簡易拉伸試驗系統(tǒng)，對尺寸為450mm×450mm×1350mm 三級配混凝土試件進行單軸受拉試驗，成功采用預(yù)埋螺桿的連接方法實現(xiàn)了該試件拉伸試驗，并繪出了相應(yīng)的應(yīng)力～變形全曲線。
關(guān)鍵詞：混凝土；單軸拉伸；連接方式；應(yīng)力～變形全曲線
1．引言
混凝土是民用工程中一種應(yīng)用極其廣泛的建筑材料，也是國防安全防護工程中常用的重要工程材料，對其力學(xué)性能的研究對充分發(fā)揮材料強度、降低工程造價、更合理地設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)物具有十分重要的意義。
實際工程中混凝土結(jié)構(gòu)的最終破壞多取決于受壓區(qū)混凝土的性能，因此混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算中并沒有十分強調(diào)其拉伸性能。近年來，隨著我國在西南高烈度地震地區(qū)修建了像溪洛渡高拱壩這樣的大體積混凝土建筑物，由于其壩體應(yīng)力情況比較復(fù)雜，有時不便配置鋼筋來抵抗拉力，只能通過混凝土自身的抗拉能力抵抗外荷載。這種情況下，混凝土自身的拉伸性能已成為高拱壩安全的決定因素。
1998 年，陳萍[1]等人對三級配混凝土的拉伸全曲線進行了試驗研究，其中試件截面尺寸達到250mm×250mm，這是國內(nèi)當時所做過的最大尺寸試件。但是由于受到試驗裝置、試件制作等因素的影響，有關(guān)大尺寸混凝土試件直接軸心受拉的試驗仍然比較稀少，因此筆者決定選擇三級配大尺寸混凝土作為研究對象，從而對其軸心受拉性能作一定的研究。
2．試驗原理與方法
本次三級配大尺寸混凝土軸心受拉試驗在河海大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗室進行，混凝土試件尺寸為450mm×450mm×1350mm。在試件澆筑中，選用的水泥強度等級為42.5，骨料采用三級配碎石，最大骨料粒徑80mm。
2.1 混凝土試件制作
使用自落式大功率攪拌機將原材料攪拌均勻后，將混凝土澆到450mm×450mm×1350mm
的鋼模中，用插入式振搗棒振搗成型，兩天后拆模，室溫自然養(yǎng)護30 天后進行試驗。本次試驗共成型試件2 根，試件編號分別為1、2。
試件兩端的預(yù)埋筋是通過特制模板進行定位的，如圖1 示。試件兩端預(yù)埋鋼筋分別采用12根φ18 A3 螺桿，該螺桿全長車有螺紋。成型試件如圖2 所示。
2.2 試驗裝置
本次試驗裝置選取了河海大學(xué)陳玉泉等人自行研制的大剛度試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)在剛度測試結(jié)果進行分析的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn)截面尺寸為450mm×450mm 混凝土單軸拉伸全曲線測試的試驗方案，2006 年李軍[2]等人首次利用該設(shè)備對混凝土的單軸拉伸的應(yīng)力~應(yīng)變?nèi)€進行了試驗研究。本次試驗裝置各組成部件和構(gòu)成關(guān)系見圖3 和圖4。該裝置主要有以下兩個創(chuàng)新點：1.本裝置采用阻尼器作為并聯(lián)剛性組件，2.試件端部連接采用預(yù)埋鋼筋方式。
2.3 試驗測量方法與設(shè)備
本次試驗選取試件正面和反面中部450mm 范圍作為變形量測標距，另選取正反面?zhèn)冗吀浇?300mm 標距內(nèi)千分表的位移對試驗進行監(jiān)測。如圖5 所示。
本次試驗試件的軸向拉力采用自制拉力傳感器進行測量，量程達到1500KN，變形量測采用6 只電測千分表，精度為0.5μm，千分表的量測標距和位置如圖5-1 所示。試驗開始前依次將1 號～6 號電測千分表以半橋接法接入DH5937 動態(tài)應(yīng)變儀的4-1～4-6 通道，將力傳感器以全橋接法接入4-7 通道，將動態(tài)應(yīng)變儀通過并口EPP 模式與微型計算機相連，試驗中即通過與DH5937 動態(tài)應(yīng)變儀配套的DHDAS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高速采集數(shù)據(jù)。由于該系統(tǒng)可將兩通道內(nèi)的測得的數(shù)據(jù)以X-Y 函數(shù)的窗口形式表示，這給混凝土軸拉曲線的測試帶來了很大的方便，正式試驗首先打開四個X-Y 記錄繪圖窗口，自變量X 分別采用監(jiān)測用的四個千分表實時測得的位移數(shù)據(jù)，因變量Y 采用4-7 號通道內(nèi)測得的荷載數(shù)據(jù)，試驗中筆者即通過觀察四條曲線的走勢實現(xiàn)千斤頂加卸載的控制。
3．試驗數(shù)據(jù)分析
本次試驗測得了試件的應(yīng)力～變形全曲線，分別由所對應(yīng)通道測試到的荷載和變形數(shù)據(jù)點進行轉(zhuǎn)換得到的。由于測得的原始數(shù)據(jù)點包含了高頻噪聲的影響，因此通過Microsoft Office 系列的EXCEL 軟件[3]對各通道數(shù)據(jù)進行濾波處理，濾波方法為各通道內(nèi)每0.1 秒內(nèi)數(shù)據(jù)取一個平均值。試件1、2 的試驗結(jié)果如表2 所示。
對試驗所得的數(shù)據(jù)進行處理，繪出混凝土的應(yīng)力～變形全曲線，具體的處理方法是：由于試件的相對側(cè)面受偏心影響的效果是相反的，因此，將相對側(cè)面的變形相加然后再平均（假設(shè)試件在變形過程中每個截面均保持平行），然后得到的曲線就更能反映試件形心處的應(yīng)力～變形關(guān)系。本次試驗所得的混凝土應(yīng)力～變形全曲線如圖6 和圖7 所示。
4．結(jié)論
本文利用自制的試驗機，對450mm×450mm×1350mm 三級配混凝土試件進行了軸拉全曲線的測定，本次試驗中的試件尺寸是迄今為止國內(nèi)所做過的同類試驗中的最大尺寸。本次試驗有助于人們對大體積混凝土的斷裂性能的深入了解，為混凝土結(jié)構(gòu)的非線性分析提供了一些相關(guān)的參數(shù)。
本次試驗采用端部預(yù)埋鋼筋的連接方式，試驗過程中得到了較好裂縫位置，驗證了這種連接方式在大尺寸混凝土軸向受拉試驗中具有可行性。
本文對所得的拉伸試驗數(shù)據(jù)進行整理，并對整理后的數(shù)據(jù)進行擬合，混凝土單軸拉伸全曲線為混凝土單軸拉伸應(yīng)力～變形全曲線，具有一定的參考使用價值。
參考文獻
[1] 陳萍,混凝土軸向拉伸應(yīng)力～變形曲線試驗研究[D]. 河海大學(xué)碩士論文,1998.
[2] 李軍,混凝土單軸拉伸應(yīng)力～變形全曲線試驗研究[D]. 河海大學(xué)碩士論文,2006.
[3] Microsoft EXCEL 軟件操作手冊[M]
