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，并繪出了相應的應力～變形全曲線。
關鍵詞：混凝土；單軸拉伸；連接方式；應力～變形全曲線
1．引言
混凝土是民用工程中一種應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、更合理地設計混凝土結構物具有十分重要的意義。
實際工程中混凝土結構的最終破壞多取決于受壓區(qū)混凝土的性能，因此混凝土結構的設計計算中并沒有十分強調其拉伸性能。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，由于其壩體應力情況比較復雜，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結構試驗室進行，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。
試件兩端的預埋筋是通過特制模板進行定位的，如圖1 示。試件兩端預埋鋼筋分別采用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)在剛度測試結果進行分析的基礎上，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]等人首次利用該設備對混凝土的單軸拉伸的應力~應變全曲線進行了試驗研究。本次試驗裝置各組成部件和構成關系見圖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埋鋼筋方式。
2.3 試驗測量方法與設備
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力～變形全曲線，分別由所對應通道測試到的荷載和變形數(shù)據(jù)點進行轉換得到的。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每0.1 秒內數(shù)據(jù)取一個平均值。試件1、2 的試驗結果如表2 所示。
對試驗所得的數(shù)據(jù)進行處理，繪出混凝土的應力～變形全曲線，具體的處理方法是：由于試件的相對側面受偏心影響的效果是相反的，因此，將相對側面的變形相加然后再平均（假設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力～變形關系。本次試驗所得的混凝土應力～變形全曲線如圖6 和圖7 所示。
4．結論
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，為混凝土結構的非線性分析提供了一些相關的參數(shù)。
本次試驗采用端部預埋鋼筋的連接方式，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,混凝土軸向拉伸應力～變形曲線試驗研究[D]. 河海大學碩士論文,1998.
[2] 李軍,混凝土單軸拉伸應力～變形全曲線試驗研究[D]. 河海大學碩士論文,2006.
[3] Microsoft EXCEL 軟件操作手冊[M]
