抗拉试验

抗拉试验（精选5篇）

抗拉试验 篇1

1 引言

塑料土工格栅是经挤压制出的聚合物板材 (原料多为聚丙烯或高密度聚乙烯) 上冲孔, 然后在加热条件下施行定向拉伸形成方形或矩形的聚合物网材。按其制造时拉伸方向的不同可分为单向拉伸和双向拉伸两种。单向拉伸格栅只沿板材长度方向拉伸制成, 而双向拉伸格栅则是继续将单向拉伸的格栅再在与其长度垂直的方向拉伸制成。

2 实验设备

本次测试塑料土工格栅的方法参照中华人民共和国国家标准GB/T 17689—2008土工合成材料塑料土工格栅规范进行。

2.1 微控电子式万能试验机

微控电子式万能试验机采用伺服电机及伺服调整系统, 先进的芯片集成技术和专业设计的数据采集放大和过程控制系统。本机适用于各种金属与非金属材料的各项力学性能指标的测试。控制软件能实现自动求取弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断裂强度、试样延伸率、断面收缩率等常规数据, 能自动计算试验过程中任一定点的力、应力、位移等数据结果。计算机控制系统对试验过程的控制和数据处理符合相应金属材料与非金属材料国家标准的要求。

2.2 试样状态调节与实验的标准环境

样品在温度 (20±2) ℃环境下放置24h, 并在该环境下进行实验。

3 实验材料

本次试验材料选用TGSG1515、TGSG2020、TGSG3030、TGSG4040四种规格的聚丙烯双拉塑料格栅进行双向拉伸实验。

4 实验内容

4.1 试验目标

本次试验拟求得塑料土工格栅在常温的环境温度、约束状态等边界条件下的拉伸屈服力、屈服伸长率以及不同伸长率对应的拉伸力等的变化规律。

4.2 拉伸实验及现象

拉伸实验在微控电子式万能试验机上进行, 应力、应变由数据采集仪全程记录, 可以看到如下现象:

(1) 试样破坏位置多出现在节点处、肋条与节点联结处、肋条中部。 (2) 试样受荷初期, 伴随着应力变形的增大, 接连出现肋部“颈缩”现象、肋间联结两端附近“毛刺”现象。在破坏荷载时, 应力集中处突然断裂并出现许多细丝。 (3) 由于试样夹持时力量不均匀所致, 试样的肋条先后相继断裂, 因此要确保试样夹持力的均匀性。

5 实验结果整理及分析

对四种试验材料利用微控电子式万能试验机做拉伸实验, 获取数据作图如下:

如图1所示:强度等级为TGSG1515的塑料格栅格栅纵向肋31条, 平均抗拉力0.50kN、平均抗拉强度50.17MPa、平均断裂伸长率11.51%、2%伸长率时的拉伸强度为0.17kN/m, 5%时的拉伸强度为0.34kN/m;横向肋30条, 平均抗拉力0.53kN、平均抗拉强度52.74MPa、平均断裂伸长率14.30%、2%伸长率时的拉伸强度为0.18kN/m, 5%时的拉伸强度为0.35kN/m。

如图2所示:强度等级为TGSG2020的塑料格栅格栅纵向肋29条, 平均抗拉力0.77kN、平均抗拉强度76.80MPa、平均断裂伸长率12.95%、2%伸长率时的拉伸强度为0.11kN/m, 5%时的拉伸强度为0.40kN/m;横向肋30条, 平均抗拉力0.74kN、平均抗拉强度74.27MPa、平均断裂伸长率11.46%、2%伸长率时的拉伸强度为0.12kN/m, 5%时的拉伸强度为0.41kN/m。

如图3所示:强度等级为TGSG3030的塑料格栅格栅纵向肋24条, 平均抗拉力1.30kN、平均抗拉强度130.41MPa、平均断裂伸长率14.45%、2%伸长率时的拉伸强度为0.10kN/m, 5%时的拉伸强度为0.60kN/m;横向肋24条, 平均抗拉力1.27kN、平均抗拉强度125.56MPa、平均断裂伸长率11.36%、2%伸长率时的拉伸强度为0.28kN/m, 5%时的拉伸强度为0.75kN/m。

如图4所示:强度等级为TGSG4040的塑料格栅格栅纵向肋24条, 平均抗拉力1.70kN、平均抗拉强度170.13MPa、平均断裂伸长率14.40%、2%伸长率时的拉伸强度为0.41kN/m, 5%时的拉伸强度为0.91kN/m;横向肋24条, 平均抗拉力1.68kN、平均抗拉强度167.79MPa、平均断裂伸长率11.07%、2%伸长率时的拉伸强度为0.43kN/m, 5%时的拉伸强度为1.05kN/m。

6 结论

由以上实验总结出随着塑料格栅强度设计等级的提高, 塑料格栅纵横向的肋数逐渐减少, 单肋的宽度逐渐增加;2%、5%伸长率时的拉伸强度也逐渐提高;试样TGSG1515及TGSG2020两个等级的塑料格栅在达到屈服强度时容易出现突然断裂。

摘要：通过对塑料土工格栅在常温条件下的拉伸试验, 得到拉伸屈服力、屈服伸长率、不同伸长率对应的拉伸力等数据。本文对实验数据进行了分析, 得到了塑料土工格栅拉伸断裂的一些规律。

关键词：塑料土工格栅,拉伸试验,抗拉特性

参考文献

[1]杨果林.现代加筋土技术应用与研究进展[J].力学与实践, 2002, 24 (1) :9-17.

[2]王钊, 李丽华, 王协群.土工合成材料的蠕变特性和试验方法[J].岩土力学, 2004, 25 (5) :723-727.

原状黄土抗拉强度试验方法研究 篇2

关键词：抗拉强度,直接拉伸试验,径向压裂试验,轴向压裂试验,含水率

对土的力学性质的研究,往往只注重于它的抗剪强度的研究,而对其抗拉强度的研究却较少; 土的抗拉强度虽然不大,但土体滑坡、崩塌、泥石流和地裂缝等地质灾害的孕育和发展破坏过程都与土的抗拉特性有关,如土坡滑动前,坡顶产生的拉张裂缝; 坍塌、泻流等重力侵蚀发生前,土体表面产生拉裂缝; 地基沉降过程中,不仅产生剪切裂缝,局部也产生张拉裂缝。可见土的抗拉特性在土坡的稳定性和土工建筑物的稳定性分析中影响很大,因此正确认识和研究土的抗拉特性具有重要的工程意义,同时对工程实践也具有指导意义。

对于抗拉强度的研究起步于20世纪50年代, 国外学者采用冻结端头的方法做了饱和黏性土的直接拉伸试 验,拉开了研 究土体抗 拉强度的 序幕[1—3],但由于设备简陋,无法精确测量土体抗拉强度; 国内对土的抗拉强度特性的研究始于20世纪70年代,1983年,武汉水利电力学院的钮泽明和陆士强[4]利用改装后的三轴拉伸仪对等截面圆柱试样进行端部化学试剂黏结的单轴抗拉试验, 但采用砝码逐级施加荷载,无法保证破裂荷载即为极限荷载,2001年,党进谦等[5]在直剪仪的基础上成功研发了应变控制卧式单轴土工拉伸仪,在此基础上研究了黄土的抗拉特性,该法操作方便, 结果明确,试验可重复性强; 但也存在一定不足, 如手轮转速受人为因素影响较大,立方体夹具安装不当易出现偏心拉伸,无法消除重力的影响,夹具对两侧土体产生一定程度的破坏等。现阶段土体的抗拉强度试验方法和所依据的理论分析存在较大差别,所得结果不具统一性[6—8],因此规范土体抗拉强度的测试方法迫在眉睫。

因此以洛川黄土为研究对象,用直接拉伸法、径向压裂法和轴向压裂法三种试验分别对不同含水率的原状黄土进行抗拉强度测试,分析并讨论了原状黄土的抗拉强度机理及不同试验参数对抗拉强度的影响。

1试验规划

1.1试验用土的基本物理特性

试验用土为取自洛川黄土塬的Q3黄土,深度为2. 0 ~ 3. 0 m,土样呈灰黄色,富含虫孔和草根,有少量颗粒状钙质结核,其基本特性参数见表1。

1.2试样制备

试样为圆柱 状,直径取39. 1 mm,高度取80 mm,高径比为2. 05 ,由土工三轴试验削样器制成,制样方向都与地层沉积方向一致,以消除各向异性引起土体不同方向上力学性质的不同。每个含水率试样至少制备三个,用水膜转移法[9,10]控制试样的初始含水率,拟控制试样的含水率分别为3% 、5% 、7% 、10% 、15% 、18% 。将制备好的试样用至少两层塑料袋包裹密封,并放入保湿器中至少2 d以上,以保证试样中水分的充分运移,平衡后进行抗拉试验。

1.3试验仪器与试验方案

原状黄土的抗拉强度测定采用的试验仪器为自行研制的土工拉压强度一体机( 图1) ,该仪器由控制台和量测与采集系统组成,其中量测与采集系统包括拉压应力传感器、数显仪以及固定装置,可测定土体的抗拉强度( 包括直接单轴拉伸法、径向压裂法( 巴西劈裂法) 、轴向压裂试验) 与无侧限抗压强度,最大量程1 000 N,精度为0. 1 N,速率为可分别设定为2. 4 mm/min。

1.3.1直接拉伸试验

利用上下夹具将试样固定于万能底座中心,扳动下降按钮使下万能底座匀速下降,使试样受拉至拉裂破坏,测得抗拉强度,并根据数显仪中所示时间记录破坏时的极限拉应变。其抗拉强度 σt计算公式为:

式( 1) 中: Pt为破坏荷载( N) ,R为试样直径( mm) 。

1.3.2径向压裂试验

把试样水平置于仪器的承压板上,并在试样与上下承压板间放置劈裂条( 劈裂条横截面积为2 mm × 2 mm) ,使试样中心轴与上下劈裂条位于同一平面, 然后加压使试样受力后沿直径方向开裂破坏,根据弹性理论求其抗拉强度 σt,其计算公式为:

式( 2) 中: Pt为破坏荷载( N) ,D为试样直径( mm) ,h为试样高度( mm) 。

1. 3. 3轴向压裂试验

将上下衬垫( 衬垫直径2a = 10 mm) 分别安装于万能顶座与底座上,并使上下衬垫的中心点位于同一直线上,试样垂直放于上下衬垫之间,试样中心轴与上下衬垫的中心点位于同一直线上,然后加压试试样压裂破坏,根据材料理想塑性的假设,轴向压裂试验土的抗拉强度可用下式计算:

式( 3) 中: Pt为破坏荷载( N) ,a为衬垫半径( mm) ,b为试样半径( mm) ,h为试样高度( mm) 。

2试验结果分析

试验情况表明,原状黄土的单轴拉伸破坏皆为脆性破坏,自开始拉伸至破坏没有出现明显的颈缩现象,断裂面一般出现在圆柱体中间位置,表面粗糙且与轴线正交,无明显的侧向变形; 原状黄土的径向压裂破坏亦为脆性破坏,试样在破坏后沿直径方向产生一条裂缝,将整个试样沿直径方向分为基本对称的两半,裂纹通常在试样的中部产生并迅速向上下加荷部位贯通。当试样含水率较低( 3% 、5% 、 7% ) 时,试样破坏后承压板上留有横截面为三角形的不完整楔体; 原状黄土的轴向压裂破坏试验的加压过程中,在衬垫底部周围出现一些不连续的圆形微裂纹,并在上下两端产生放射状裂纹并随着荷载的增加,裂纹变宽并向中部发展,当试样破坏时沿轴向形成贯通的裂缝,衬垫之下形成锥体状楔体。

将三种不同试验方法下的原状黄土抗拉强度试验结果整理成表2。从表2可以看出,三种试验测得原状黄土的抗拉强度整体较小,一般只有几千帕到几十千帕,从含水率18% 减小到3% ,黄土的抗拉强度仅增加了约35 k Pa。

图2分别为不同含水率 ω 条件下三种试验方法得到的原状黄土抗拉强度 σt的对比关系,从图2可以看出,三种试验方法测得的抗拉强度随含水率 ω 变化的趋势基本一致,表现为随着含水率的增大, 抗拉强度非线性的减小,基本上为递减的负指数关系( 表3) ,尤其在含水率较低时,含水率的变化对黄土的抗拉强度影响较为明显,这与孙萍等[11]和孙明星等[12]对原状黄土抗拉强度的研究结果是相似的; 其中直接拉伸试验测得的抗拉强度最大,其他两种方法测得的抗拉强度稍小,其中在低含水率下,轴向压裂试验测得的数据较大,高含水率下,径向压裂试验测得的数据较大。

3三种试验方法对比研究

共使用三种不同方法的试验,其中一种为直接拉伸试验,两种间接拉伸试验: 径向压裂、轴向压裂。 这三种方法理论假设不同,因此得到的结果有一定的差异[13]。

单轴拉伸试验可模拟地裂缝、坡顶拉张裂缝等单向受拉状态。此法需要专门的方法固定试件的端部。试件受力状态明确,试验成果稳定,可得到试样受拉状态下的应力-应变关系曲线、真正的抗拉强度和极限拉应变等,但该方法不能控制排水条件及围压,同时由于土体的抗拉强度、极限拉伸应变较低, 对夹具的精度要求很高,稍有缺陷便会影响试验值的可靠性。

径向压裂试验属于间接拉伸法,根据线弹性理论计算土体的抗拉强度。此法使用普通的加压设备和制样方法,试验的操作简单,不需要加工专门的工具,试验成果稳定性、重现性较好,但此法不能控制排水条件及围压,同时不易得到拉伸应力 ~ 应变关系曲线、极限拉应变等参数。此外,由于其线弹性假设与土体实际力学特性有很大差异,故此法得到的抗拉强度与实际的抗拉强度有一定的差异。在本方法试验值比单轴抗拉试验值稍低。

轴向压裂试验属于间接拉伸法,根据塑性理论计算土体的抗拉强度。同径向压裂试验一样对试验装置的要求低,得到的试验成果稳定、重现性较好, 除了不能控制排水条件及围压外,试样的高径比和衬垫尺寸的选用对试验值的影响很大,试验选用的高径比为2. 05,衬垫直径为10 mm,得到的试验值比单轴抗拉试验值稍低,同径向压裂试验值相近。

分别以径向压裂试验值和轴向压裂试验值为横坐标,以直接拉伸试验值为纵坐标,绘于直角坐标中,可得图3、图4。由图3、图4可以看出直接拉伸试验值与间接拉伸试验值之间满足线性关系,线性拟合相关系数 ( R2) 均大于0. 95,满足如下线性 关系:

式( 4) 中: K为试验方法影响系数,C为固定值。

因此,可根据简单易行的间接试验推算出直接拉伸试验值,即真正的抗拉强度,而两类间接试验值作为抗拉强度从安全角度考虑是可取的。

4结论

( 1) 三种试验测得原状黄土的抗拉强度整体较小,一般只有几千帕到几十千帕,其中直接拉伸试验测得的抗拉强度最大,其他两种方法测得的抗拉强度稍小。

( 2) 三种试验方法测得的抗拉强度随含水率 ω 变化的趋势基本一致,表现为随着含水率的增大,抗拉强度非线性的减小,基本上为递减的负指数关系, 尤其在含水率较低时,含水率的变化对黄土的抗拉强度影响较为明显。

钢纤维再生混凝土抗拉试验研究 篇3

再生混凝土 (Recycled Aggregate Concrete, RAC) 是指将废弃的混凝土经过机械破碎、清洗、分级后, 按照一定的比例与级配混合, 部分或者全部代替天然粗细骨料, 再加入水泥、水等拌和而成的新型混凝土[1]。再生混凝土从根本上解决了废弃混凝土的处理问题, 节约了天然骨料资源, 具有显著的社会、经济和环境效益[2]。再生混凝土在破碎过程中, 使得再生骨料棱角过多, 针状再生骨料所占面积过大, 并且破碎过程中产生大量的内部横向裂缝, 使得再生混凝土强度降低[3]。

在再生混凝土中适量掺入钢纤维, 可以增强其抗拉、抗折、抗弯和抗剪等性能。由于直接进行混凝土的轴心抗拉试验很繁琐, 因此大多数的研究是采用劈裂抗拉试验取代轴心抗拉试验。由于现行的钢纤维再生混凝土 (Steel Fiber Recycled Aggregate Concrete, SFRAC) 试验方法仍沿用劈裂抗拉强度来确定轴心抗拉强度, 但并未说明如何将劈裂抗拉强度换算成钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度。因此, 本文设计了一种新型的钢纤维再生混凝土轴心抗拉试件———哑铃型试件, 在普通试验机上获得混凝土的轴心抗拉强度[4]。

1 试验简介

1.1 试件制作及配合比

钢纤维再生混凝土轴心抗拉试验采取简单易行的端部粘胶的办法。采用精确加工的钢板, 使试件的受拉端在钢板几何中心并且垂直于钢板, 试件和钢板尺寸如图1所示。试件端部尺寸为150 mm×150 mm, 中间尺寸为100 mm×100 mm。由于钢板与试件接触面积较大, 钢板和试件不至于当拉力过大时在粘胶面断裂, 胶的粘结力大于混凝土抗拉力。劈裂抗拉试验和轴心抗拉试验每组3个试件, 共5组, 劈裂抗拉试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm。试件在试模内成型, 在振动台上振捣密实, 1 d后拆模, 标准养护28 d后进行试验。

钢纤维再生混凝土配合比见表1。水泥采用山西文水生产的P·O 42.5水泥;砂为山西汾阳普通河砂, 细度模数为2.92;再生粗骨料为太原市某小区拆迁废弃混凝土, 粒径5~20 mm;天然粗骨料为太原某石场破碎的石子, 粒径5~20 mm;减水剂为高性能聚羧酸减水剂;钢纤维为郑州禹建钢纤维有限公司生产的铣削型钢纤维, 产品特性见表2;受拉端钢板和试件粘结所用胶为南京天力信粘钢胶。本试验的钢纤维掺量按钢纤维体积含量分别为0%、0.3%、0.5%、0.7%和1%, 用再生粗骨料替代30%的天然粗骨料。

kg/m3

1.2 试验方法

轴心抗拉试验主要采用1台液压万能试验机进行。用试验机的上端紧紧夹住试件的上部受拉端, 试验机下端调整至适当位置夹紧试件下部固定端, 保证试件的上下受拉端和试验机的紧固端在一条直线上。为安全起见, 试验机加载为位移控制, 加载速度为0.01 mm/s。

2 试验结果分析

2.1 轴心抗拉强度计算

钢纤维再生混凝土的受拉试验结果见表3。

钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度与混凝土中钢纤维的含量有关。将表3中钢纤维再生混凝土轴心抗拉强度fft与钢纤维含量特征值λf的关系绘于图2。

由图2可以看出, 钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度与钢纤维含量的特征值呈较好的线性关系。通过试验数据的线性回归, 得到钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度计算公式为:

式中:fft———钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度, N/mm2;

ft———基准组 (对照组) 混凝土轴心抗拉强度, N/mm2;

λf———钢纤维的含量特征值。

混凝土的相关系数为0.961。

2.2 劈裂抗拉强度计算

将表3中的劈裂抗拉强度ffts与钢纤维含量特征值λf的关系绘于图3。

由图3可以看出, 钢纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度与钢纤维含量特征值呈三段式关系。通过试验数据回归分析, 得到钢纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度计算公式为:

式中:ffts———钢纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度, N/mm2;

fts———普通混凝土的劈裂抗拉强度, N/mm2;

λf———钢纤维的含量特征值。

混凝土的相关系数为0.887。

2.3 钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度的分析

比较 (1) 式与 (2) 式不难看出, 钢纤维的含量特征值的变化对钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度的增强效果不同, 钢纤维对劈裂抗拉强度的增强效果大于对轴心抗拉强度的增强作用。其原因可能是在劈裂抗拉时, 受荷端的劈裂面上的钢纤维承受压剪两个方向的作用, 相当于对劈拉区施加了约束, 形成了边壁效应, 随着钢纤维含量特征值的增大, 边壁效应的约束作用也同时增大, 使得钢纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度远大于轴心抗拉强度;而在钢纤维再生混凝土轴心受拉时, 钢纤维只受拉力作用, 因此轴心抗拉强度增长值没有劈裂抗拉强度增长值明显。

2.4 钢纤维体积分数对再生混凝土轴心抗拉强度的影响

由图2可见, 随着再生混凝土中钢纤维掺量的增加, 其轴心抗拉强度也随之增长, 与钢纤维普通混凝土相比, 钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度增长更为明显。这是由于再生混凝土中再生骨料裂缝和空隙对其抗拉强度有较大影响, 掺入适量的钢纤维可以改善再生混凝土的这些缺陷, 提高其轴心抗拉强度。

2.5 钢纤维体积分数对再生混凝土劈裂抗拉强度的影响

由图3可见, 随着再生混凝土中钢纤维掺量的增加, 劈裂抗拉强度也随之增长, 劈裂抗拉强度比基体混凝土增长得更多。其原因可能是在劈裂抗拉时, 钢纤维受到竖向和横向两个方向的力, 因此其劈裂抗拉强度远远大于普通混凝土的劈裂抗拉强度和钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度。

3 结论

3.1 本试验采用了一种新型的轴心抗拉试件, 采用粘胶法固定受拉端与试件。试验表明, 两端端头混凝土与钢板的胶结力大于试件的轴拉力。

3.2 钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度, 均随着钢纤维体积分数的增大而提高。钢纤维对再生混凝土的轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度的增强效果显著。当钢纤维的体积分数从0%增加至1%时, 轴心抗拉强度和劈裂抗拉强度分别增长22%和70.8%。

3.3 钢纤维再生混凝土的轴心抗拉强度与钢纤维含量特征值呈线性增长的关系, 劈裂抗拉强度基本呈三段式线性增长的关系。钢纤维的含量特征值在0.2~0.4之间时, 劈裂抗拉强度增长较快, 含量特征值在0.5时达到顶峰。但是, 钢纤维对再生混凝土轴心抗拉强度的影响系数远小于钢纤维对再生混凝土劈裂抗拉强度的影响系数。

参考文献

[1]张丽娟, 高丹盈, 朱海堂, 等.钢纤维再生混凝土劈拉强度试验研究[J].华北水利水电学院学报, 2013, 34 (1) :27-31.

[2]邓寿昌, 王正平, 张学兵, 等.建筑固体废弃物的循环利用与再生资源的可持续发展[A].首届全国再生混凝土研究和应用学术交流会论文集[C].中国土木工程学会, 2008.

[3]肖建庄, 李佳彬, 兰阳.再生混凝土技术研究最新进展与评述[J].混凝土, 2003 (10) :17-20, 57.

抗拉试验 篇4

1 材料性能

1.1 蒸压灰砂砖

试验参照GB 11945—89《蒸压灰砂砖》及GBJ 129—96《砌体基本力学性能试验方法》的规定进行。加压设备采用200 t压力试验机。每种强度等级的砖分别取5块进行编号:MU10为Z101～Z105,MU15为Z201～Z205,MU20为Z301～Z305。抗折、抗压强度试验结果见表1。

由表1可知,蒸压灰砂砖MU10、MU15、MU20的压折比均在4.0以上,且随着强度等级的增大压折比增大不多。

1.2 砂浆

试验采用由32.5级普通硅酸盐水泥、中砂、石灰、水配制而成的水泥混合砂浆。砂浆的拌制按照JGJ 98—2000《砌筑砂浆配合比设计规程》的规定进行。砂浆立方体抗压强度试验按照JGJ 98—2000《砌筑砂浆配合比设计规程》、JGJ 70—90《建筑砂浆基本性能试验方法》进行。试验设备采用200 t压力机。试件编号:以1开头的为设计强度等级为M5的砂浆,以2开头的为设计强度等级为M7.5的砂浆,以3开头的为设计强度等级为M10的砂浆,试验结果见表2。

注:以下的计算分析均采用实际的砂浆强度进行计算。

2 试件设计和试验方法

本试验根据GB 50003—2001《砌体结构设计规范》的规定,采用3种强度的砖MU20、MU15、MU10与3种强度的砂浆配砌5组(30个)试件,其中每组6个试件分别按沿通缝弯曲抗拉强度试验(试件应立砌)3个和沿齿缝弯曲抗拉强度试验(试件应平砌)3个砌筑。试件编号见表3。

加载装置采用由混凝土台座、10 t油压千斤顶、反力架、力传感器、测力仪、荷载分配梁、滚动支座组成的加载系统,如图1、图2所示。

3 试验现象及分析

图3为试件沿通缝截面弯曲抗拉破坏形式,图4～图8为试件沿齿缝截面弯曲抗拉破坏形式。

蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度试验试件无论是沿通缝截面发生破坏还是沿齿缝截面发生破坏,从加载至破坏均没有明显的预兆,试件表面也未见明显的裂缝开展。当试件加载至弯曲抗拉极限承载力时,在弯曲抗拉试件垮中的1/3范围内某处发生突然的破坏,表现为明显的脆性。只有少数试件破坏时并未出现明显断裂而是表现出少数块体出现裂缝及砂浆与块体的粘结面的松动,如图5所示。多数试件的破坏发生在弯曲抗拉试件垮中位置附近,破坏呈明显的脆性特征。其破坏形态主要可以分为2大类:(1)蒸压灰砂砖砌体沿通缝截面弯曲抗拉试件的破坏发生在砂浆层与块体的粘结面,破坏面非常平整,表现为沿通缝截面破坏(如图3)。(2)蒸压灰砂砖砌体沿齿缝截面弯曲抗拉试件的破坏截面形态分为几种典型的破坏形式,具体情况为其破坏截面部分为沿灰缝,部分为沿砖截面发生破坏(如图4～图8),具体特征分别表现为:沿跨中某个截面断裂(即在一个截面上将砖和砂浆一齐拉断);沿齿形灰缝发生松动破坏,但整个试件并未明显错位或断裂;在跨中某个截面沿齿形灰缝断裂(砖未发生明显破坏);在跨中某个截面沿齿形截面断裂且砖发生明显破坏。

从试件破坏情况看,蒸压灰砂砖砌体不论是沿通缝截面弯曲抗拉试件还是沿齿缝截面弯曲抗拉试件,发生破坏时不管是何种破坏形态,破坏部位均在弯曲抗拉试件垮中的1/3范围内。这是因为该试验加载方式下,试件垮中的1/3范围内为纯弯段,在该纯弯段内弯矩相等且为最大值,在弯矩作用下对试件下部产生拉应力,而蒸压灰砂砖砌体为脆性构件,故沿通缝截面弯曲抗拉试件的破坏发生在砂浆层与块体的粘结面;沿齿缝截面弯曲抗拉试件的破坏截面形态虽然有几种典型的齿型截面破坏型式,但是其破坏截面部分仍然发生在试件垮中的1/3范围内。

对于沿齿缝截面弯曲抗拉试件的破坏之所以会出现图4～图8所示截面破坏形态,主要是由以下几方面因素决定的:砂浆层与块体的整体作用;砌体的施工情况与质量;破坏总是从试件最薄弱部位开始并发展的。

上述因素同样可以解释弯曲抗拉试件破坏部位均在试件垮中的1/3范围内。

4 试验结果

GB 50003—2001规定单个试件沿通缝截面或沿齿缝截面的弯曲抗拉强度ftm按式(1)进行计算:

式中:ftm———试件的弯曲抗拉强度,MPa;

N———试件抗弯剪的破坏荷载值(包括自重),N;

L———试件的计算跨度,mm;

b、h———分别为试件的截面宽度与高度,mm。

砌体结构规范GB 50003—2002规定按式(2)计算砌体的弯曲抗拉强度平均值:

式中:ftm,m——砌体的弯曲抗拉强度平均值,MPa;

k4———系数,取0.09(沿通缝)和0.18(沿齿缝)。

表4为沿通缝截面弯曲抗拉试验结果,表5为沿齿缝截面弯曲抗拉试验结果。

注:f1、f2—分别为块材和砂浆抗压强度平均值;L、b、h、ftm、ftm0、k4同式(1)、式(2)。

5 蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉试验结果分析

5.1 蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度影响因素分析

5.1.1 砌体砌筑方式的影响

由于不同的砌筑方式使砂浆层与块体的整体作用情况不同,通过试验数据可以明显看出,沿齿缝截面破坏的试件比沿通缝截面破坏的试件的弯曲抗拉强度高出1倍多,同时沿齿缝截面破坏试件的弯曲抗拉强度试验平均值比GB 50003—2001的要求值高,特别是第2组的试验平均值比要求值高1倍;而沿通缝截面破坏的试件的弯曲抗拉强度试验平均值比要求值低。

5.1.2 施工质量的影响

通过试验数据可以明显看出,同组各试件的弯曲抗拉强度试验值差别较大,试验数据具有明显的离散性,主要是由于施工质量差异造成的。

5.1.3 砂浆与砌块强度最优组合

通过表1、表2的试验结果可知,第2组试件的弯曲抗拉强度试验值最大,与按GB 50003—2001的规定公式计算(只考虑砂浆强度因素,没有考虑与砂浆组砌的块体强度差异因素)的结果是矛盾的,因为第2组与第3组都是用的同盘砂浆砌筑的,故其弯曲抗拉强度试验值理应差别不大,但实际试验结果却相差甚远。

如果从砂浆与砌块强度存在最优组合的角度考虑,则可以很好解释第2组(与MU10的砖组砌的试件)的弯曲抗拉强度试验值与第3组(与MU20的砖组砌的试件)的弯曲抗拉强度试验值相差甚远。

这种情况不管是沿通缝弯曲抗拉试验还是沿齿缝弯曲抗拉试验都同样可以看到,应该可以说明砂浆与砌块强度之间存在最优组合的特征[2]。

5.2 蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度统计分析

由表4和表5的试验结果可知,沿通缝弯曲抗拉强度试验值要明显低于规范计算值,蒸压灰砂砖砌体沿通缝弯曲抗拉强度试验值与规范计算值比值的平均值为0.824,变异系数为54%,沿齿缝弯曲抗拉强度试验值与规范计算值比值的平均值为1.692,变异系数为26%。

将采用公式对试验进行回归分析。通过回归分析得到蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度的计算公式见式(3)、式(4):

沿通缝:

沿齿缝:

即k4分别等于0.07(沿通缝),0.25(沿齿缝)。

6 结论

(1)随着砖强度等级的增大,MU10、MU15、MU20的抗折强度平均值大约以10%的比例递增。

(2)MU10、MU15、MU20蒸压灰砂砖的压折比均在4.0以上,但随着强度等级的增大压折比增大不多。

(3)沿通缝弯曲抗拉强度试验值要明显低于规范计算值,蒸压灰砂砖砌体沿通缝弯曲抗拉强度试验值与规范计算值比值的平均值为0.824,变异系数为54%,沿齿缝弯曲抗拉强度试验值明显高于规范计算值,沿齿缝弯曲抗拉强度试验值与规范计算值比值的平均值为1.692,变异系数为26%。

(4)通过对蒸压灰砂砖砌体沿通缝弯曲抗拉强度试验和蒸压灰砂砖砌体沿齿缝弯曲抗拉强度试验的试验数据进行回归分析,得到蒸压灰砂砖砌体弯曲抗拉强度建议计算公式如下:沿通缝:,沿齿缝:。

参考文献

[1]施楚贤.砌体结构理论与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

抗拉试验 篇5

工程材料是影响工程结构可靠性的重要因素, 随着国民经济的发展, 环保理念的深入人心, 绿色建筑材料逐渐进入人们的视野, 木材是一种节能环保可再生的自然资源, 但其抗拉性能差, 外观缺陷多, 资源数量较少, 作为工程材料有一定的局限性[1,2,3,4,5]。

重组竹是一种将竹材重新组织并加以强化成型的新型工程材料, 它资源丰富, 可加工性能好, 具有天然竹材纹理, 美观环保, 原料利用率高, 是一种理想的结构材料[6,7,8], 具有非常广阔的发展前景。因此, 本文分别对20 个重组竹顺纹抗拉试件和20 个木材顺纹抗拉试件进行了试验, 研究了重组竹的顺纹抗拉强度、弹性模量、荷载—位移曲线以及破坏现象和破坏形态, 并将东北落叶松与重组竹材进行对比, 以期为重组竹和东北落叶松的合理利用以及对竹木材料复合的深入研究提供理论依据和相关思路。

1试验概况

1. 1 试件设计

由于目前我国尚没有关于重组竹材力学性能的相关规范和标准, 所以在对重组竹进行力学性能测试时, 均采用木材物理力学性质的试验方法[9,10]。按GB/T 1938—2009 木材顺纹抗拉强度试验方法中相关要求进行试验, 确定重组竹材顺纹抗拉强度的试件尺寸为15 mm ( 长) × 4 mm ( 宽) × 370 mm ( 高) , 其中有效长度为60 mm, 如图1 所示。为了进行试验数据对比, 采用与重组竹材顺纹受拉试件尺寸完全相同的木质顺纹受拉试件作为对照组。

1. 2 试件材料和制作

本试验所选用木材的原材料, 为同一批次同一品种的东北落叶松, 所选用重组竹材的原材料, 为产自竹乡广德同一批次同一品种的毛竹, 压制工艺为热压。为了保证试验试件尺寸的准确性, 本试验委托专业厂家进行加工制作。

在试件的制作过程中, 避免了竹节和木节等缺陷的出现, 保证了试件的有效区域与两端夹持部分之间平滑过渡。检测合格后用塑料保鲜膜进行包裹保护, 以保证试件含水率和试件的完整性, 放置于避光、通风处。

1. 3 试验设备及加载制度

东北落叶松和重组竹的顺纹抗拉强度试验根据GB/T 1938—2009 木材顺纹抗拉强度试验方法中的相关规定和要求进行。试验的加载设备为WDW-100 微机控制电子万能试验机, 所用引伸计的标距为50 mm, 其最大量程为5 mm。试验装置如图2 所示。

本试验采用连续均匀加载方式施加拉力, 整个试验加载过程分为弹性阶段和破坏阶段两个部分。弹性阶段用于测定重组竹材和木材顺纹抗拉试件的弹性模量, 在万能试验机软件上进行编程加载, 引伸计用来测量试件在加载状态下沿顺纹方向的变形量。破坏阶段用于测定重组竹材和木材的抗拉强度。

在进行拉伸试验之前, 用游标卡尺测量试件有效部分中央的截面厚度及宽度, 测量尺寸精确至0. 1 mm, 对试件进行编号并标出试件中心和引伸计刀口位置, 以便观察和进行试验。将试件竖直的安装并夹紧在试验机的钳口中, 试件较宽的一面与钳口相接触, 两端靠近弧形的部分露出20 mm ~ 25 mm。在试件有效区段内放置引伸计, 用于采集试件弹性模量相关数据。以2. 5 mm/min匀速施加荷载, 当试件变形量超过0. 5 mm时即停止加载并摘除引伸计。继续匀速加载, 使试件在1. 5 min ~ 2. 0 min内发生破坏, 破坏时荷载精确到100 N。如果试件断裂处不在试件的有效区域内, 则此试验结果视为无效, 予以舍弃[10]。

2 试验破坏现象与破坏形态

观察整个试件的加载过程可知, 重组竹和东北落叶松顺纹抗拉试件的试验现象相似。试验初期, 随着荷载的增加, 试件的变形也随之增大, 并发出轻微声响, 随着荷载的继续增加, 受拉试件在沿着竹纤维和木纤维的方向上出现裂缝, 试验后期, 试件连续发出竹纤维和木纤维被拉断的声响, 在顺纹轴向拉力达到试件抗拉极限承载力的80% 左右时, 裂缝迅速扩大, 突然发出剧烈声响, 试件断裂。抗拉试件在试验过程中总体变形不明显, 即没有明显的破坏征兆, 突然断裂, 属于脆性破坏。

通过对试件破坏现象的分析研究可知, 受拉试件的破坏形态可大致归纳为两种, 分别是平口破坏和劈裂破坏。典型试件的破坏形态见图3。当木纤维或竹纤维分布均匀, 试件质心和施加拉力的轴心作用点一致时, 各木纤维和竹纤维的受力均匀, 在试件达到极限承载力时, 各纤维几乎同时断裂, 发生平口破坏, 破坏断口基本呈平面。反之, 当木纤维或竹纤维分布不均匀, 试件质心与施加拉力的轴心作用点不一致时, 轴心拉力在试件质心位置上形成了附加弯矩, 导致两侧纤维的受力明显不同, 各纤维先后断裂, 试件沿断口形成纵向劈裂现象, 发生劈裂破坏[11]。

3 试验结果与分析

3. 1 试验方法及原理

在弹性阶段试验中, 试件处于弹性状态, 重组竹和东北落叶松的弹性模量可以按式 ( 1) 进行计算:

其中, ΔF为荷载增量, k N, 其值为 ΔF = F1- F0; Δl0为在荷载增量 ΔF作用下抗拉试件的变形量, mm; A为抗拉试件有效部分的横截面面积, 本试验取15 × 4 = 60 mm2; l0为引伸计的标距, 本试验取50 mm。

在破坏阶段试验中, 万能试验机对抗拉试件进行等位移控制加载直至破坏, 根据GB/T 1938—2009 木材顺纹抗拉强度试验方法顺纹抗拉强度可按式 ( 2) 进行计算:

其中, σw为试件的顺纹抗拉强度, MPa; Pmax为破坏阶段的极限荷载, k N; b为试件的宽度, mm; t为试件的厚度, mm。

为了研究受拉试件的弹性模量和抗拉强度数据的离散程度, 引入标准差和变异系数两个概念。标准差是指样本中各数据偏离平均数的距离平方的平均数, 可用式 ( 3) 计算:

其中, σ 为样本总体标准差; μ 为样本平均值; n为抗拉试件的数量。

标准差与平均数的比值即为变异系数, 按式 ( 4) 计算:

其中, v为试验数据的变异系数。

3. 2 木材和重组竹材试验结果及分析

1) 抗拉力学性能试验结果。从东北落叶松和重组竹材抗拉试件的试验结果中分别选取15 个具有代表性的数值作为有效试验数据, 并计算各试件的弹性模量和顺纹抗拉强度, 表1 和表2 给出了有效数据的平均值经过分析处理后的各项力学指标。2) 弹性模量和抗拉强度。根据表1 和表2 中的试验结果可以看出, 重组竹比东北落叶松的弹性模量高5. 74% , 抗拉强度高60. 36% , 重组竹顺纹抗拉试件的弹性模量和抗拉强度均高于以东北落叶松为原材料的木质顺纹抗拉试件, 表明重组竹的顺纹抗拉性能优于落叶松。从表1 和表2 中的试验数据中可得, 东北落叶松的弹性模量值为12 954. 86 MPa, 重组竹的弹性模量值为13 698. 43 MPa, 二者的弹性模量值较接近, 说明对重组竹和东北落叶松两种材料进行复合具备一定的可能性。从弹性模量和顺纹抗拉强度的标准差和变异系数上看, 重组竹顺纹抗拉试件和东北落叶松顺纹抗拉试件均有一定的离散性, 其中重组竹抗拉强度的标准差和变异系数以及重组竹弹性模量的标准差和变异系数均小于东北落叶松, 说明重组竹的离散性更小, 稳定性较好, 这是因为重组竹与落叶松相比外观缺陷更少、材质分布更为均匀, 能够发挥出较为优越的稳定性。3) 荷载—位移曲线。在顺纹抗拉试件的破坏试验中, 通过对试验数据进行分析整理, 分别选出了具有代表性的重组竹和以东北落叶松为原材料的木质顺纹受拉试件绘制荷载—位移关系曲线, 如图4 所示。

由图4 可知, 试验加载初期, 重组竹和东北落叶松的曲线斜率相近, 表明重组竹和东北落叶松的刚度相近, 因此, 竹木材料复合具备一定的可能性。试验加载后期, 观察曲线发现重组竹弹性阶段较长, 从试件开始加载到破坏的整个过程中, 无明显的塑性变形和屈服阶段; 而以东北落叶松为原材料的木质顺纹受拉试件的弹性变形阶段较短, 有明显的塑性阶段和塑性形变, 并随着试件形变的逐渐发展最终发生破坏, 没有明显的屈服阶段。

重组竹顺纹抗拉试件的曲线最高点高于东北落叶松顺纹抗拉试件, 表明重组竹顺纹抗拉试件的轴向抗拉极限承载力高于东北落叶松, 具备良好的抗拉性能。

4 结语