一种钢纤维混凝土断裂试验起裂荷载的测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种钢纤维混凝土断裂试验起裂荷载的测试方法，属于混凝土断裂参数测试【技术领域】。本发明钢纤维混凝土切口梁试件开裂时，预制裂缝前缘区域的应力强度因子达到混凝土断裂韧度，钢纤维阻裂作用未发挥，外荷载产生的应力强度因子和混凝土断裂韧度KIC相等，在外载荷与外荷载产生的应力强度因子K-P曲线关系图上，外荷载产生的应力强度因子数值KIC所对应的外荷载值即可确定起裂荷载。本发明测试方法所需设备、分析和处理方法简单，费用低，精度高。
【专利说明】一种钢纤维混凝土断裂试验起裂荷载的测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于混凝土断裂参数测试【技术领域】，具体是涉及一种采用切口梁三点弯曲试验测定钢纤维混凝土起裂荷载的测试方法。
【背景技术】
[0002]按照双K断裂准则，混凝土断裂过程中裂缝扩展可分为3个阶段，即裂缝的起裂、裂缝的稳定扩展以及裂缝的失稳扩展，这个失稳扩展的临界应力强度因子即为断裂韧度
断裂韧度反映了混凝土材料抵抗裂缝扩展能力，是进行工程结构裂缝控制以及判断其裂缝扩展稳定性的重要断裂参数。
混凝土起裂断裂韧度的确定方法，一般都是先确定起裂荷载再根据起裂断裂韧度计算公式求出，因此，起裂荷载是确定起裂断裂韧度的决定因素，起裂荷载确定的准确与否直接决定开裂断裂韧度的准确性好坏。
[0003]采用断裂力学试验确定混凝土起裂荷载常采用以下几种方法:
(.DP-Sm曲线法
水工混凝土断裂试验规程(DL/T5332-2005)提出根据产-^?1曲线(荷载与裂缝口张开位移曲线)的上升段中从直线段转变为曲线段的转折点作为起裂荷载，但在P-Sm曲线上准确确定转折点较为困难，仅适用于 大中型水利水电工程常态混凝土和碾压混凝土开裂荷载的确定。
[0004](2)光弹性贴片法
该方法是将光学灵敏度较高的光弹性贴片粘贴在被测试件表面，并采用特定光路入射光弹性贴片，试件受力变形后，使用光弹仪直接测读各试件光弹贴片上显示的各级荷载下裂缝局部区域等色线条纹级数，并用相机拍摄记录等色条文图案，最后根据贴片上颜色变化判断试件开裂确定开裂荷载。
[0005](3)激光散斑法
该方法采用激光器发射激光，通过专用光学设备形成特定光路照射试件表面，并用相机记录光照面。使用相机逐级连续双曝光，即对加载前后底片分别曝面一次，获得各级荷载下的激光散斑图。然后对每一张双曝光激光散斑图采用逐点分析法观察其杨氏条纹变化，据此判断裂缝开裂及开裂荷载。
[0006](4)超声波法
该方法采用非金属超声设备发射超声波，通过超声波与试件相互作用，分析反射、透射和散射的波特性，考虑超声波能量衰减变化，建立超声波波幅随加载点位移变化关系图，据此判断裂缝开裂及开裂荷载。
[0007](5)电阻应变片法
该方法采用在试件裂缝尖端前缘粘贴应变片，根据混凝土开裂后，缝端两侧混凝土的应变能得到释放，应变值出现回滞这一原理，在预制缝端对称粘贴灵敏度高的小标距应变片，通过其应变回滞特性确定起裂荷载。[0008]采用这些方法确定起裂荷载，对试验技术及试验设备要求较高，对于应变较小的构件和结构，灵敏度不够，试验过程较为复杂，对试验结果的处理和分析也要求较高，普通试验条件下很难确定较为准确的开裂荷载。
[0009]钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料，这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性；钢纤维混凝土裂缝扩展受到钢纤维阻滞作用，与混凝土不同，裂缝尖端的应力应变场变化较混凝土复杂，裂缝起裂时，钢纤维会桥联开裂面，造成缝面闭合，特别是在应变较小时，采用已有的技术手段很难准确定，而且过程较为复杂。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种考虑钢纤维的阻裂作用、操作简便、且能够准确确定钢纤维混凝土三点弯曲断裂试验起裂荷载的测试方法。
[0011]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
本发明的原理:根据断裂力学理论，切口梁试件初始裂缝前缘区域的应力强度因子增大到某一临界值混凝土断裂韧度，初始裂缝扩展，即试件开裂，混凝土粘聚力的阻裂作用转而由钢纤维混凝土闭合力承担，裂缝张开位移增加，裂缝扩展。此过程中，裂缝前缘区域应力强度因子4、外荷载产生的应力强度因子I ?、断裂过程区钢纤维混凝土闭合力形成的反向应力强度因子有如下关系:
K1=K71 - Ki ①
式中一裂缝 前缘区域应力强度因子，Mpa.m1/2 ；
A—裂缝前缘区域应力强度因子，Mpa.m1/2 ；
K\一外荷载产生的应力强度因子，Mpa.m1/2 ；
K一断裂过程区钢纤维混凝土闭合力形成的反向应力强度因子；
当试件开裂前，钢纤维并未发挥阻裂作用，钢纤维混凝土闭合力形成的反向应力强度因子为零，即C =0 ;当钢纤维混凝土切口梁试件开裂时，预制裂缝前缘区域的应力强度因子达到混凝土断裂韧度，钢纤维阻裂作用未发挥，外荷载产生的应力强度因子和混凝土断裂韧度相等，在外载荷与外荷载产生的应力强度因子-P曲线关系图上，外荷载产生的应力强度因子数值所对应的外荷载值即可确定起裂荷载，它包括以下步骤:
(1)将一组刀口对称布置在混凝土切口梁底部切口两侧，另一组刀口对称布置在梁预制初始裂缝尖端的两侧，夹式引伸仪切槽夹持固定在切口梁上的刀口 ；
(2)在切口梁上连续加载荷载，用计算机数据采集系统实现数据自动采集，直至加到最大荷载后即可停止加载，即可获得外荷载与裂缝尖端张开位移关系曲线51和外荷载与裂缝口张开位移关系曲线Z1- 5 m ;
(3)在浇筑钢纤维混凝土切口梁试件同时，按照对应的配合比浇筑不掺加钢纤维混凝土作为对比试件，按照水工混凝土断裂试验规程DL/T5332-2005中混凝土断裂韧度J7c的计算公式，确定混凝土断裂韧度;(4)通过数据处理可将实时采集的P-&和产曲线经产-e关系转化为+曲线，在# Td关系图上以^值做平行与横坐标轴的直线，其与K -P曲线相交，过其交点O1做横坐标轴的垂线，其与横坐标轴的交点O2对应的荷载即为起裂荷载与试件的重力之和。
[0012]所述的水工混凝土断裂试验规程DL/T5332-2005中Kic的计算公式为:
【权利要求】
1.一种钢纤维混凝土断裂试验起裂荷载的测试方法，其特征在于，钢纤维混凝土切口梁试件开裂时，预制裂缝前缘区域的应力强度因子达到混凝土断裂韧度，钢纤维阻裂作用未发挥，外荷载产生的应力强度因子和混凝土断裂韧度相等，在外荷载产生的应力强度因子与外载荷#: -P曲线关系图上，外荷载产生的应力强度因子数值所对应的外荷载值即可确定起裂荷载，具体步骤为: (1)将一组刀口对称布置在混凝土切口梁底部切口两侧，另一组刀口对称布置在梁预制初始裂缝尖端的两侧夹式引伸仪切槽夹持固定在切口梁上的刀口上； (2)在切口梁上连续加载荷载，用计算机数据采集系统实现数据自动采集，直至加到最大荷载后即可停止加载，即可获得外荷载与裂缝尖端张开位移关系曲线之和外荷载与裂缝口张开位移关系曲线Z1- 5 m ; (3)在浇筑钢纤维混凝土切口梁试件同时，按照对应的配合比浇筑不掺加钢纤维的混凝土作为对比试件，按照水工混凝土断裂试验规程DL/T5332-2005中混凝土断裂韧度J7c的计算公式，确定混凝土断裂韧度J7c ； (4)通过数据处理可将实时采集的P-和P-曲线经产-e关系转化为+曲线，在# +关系图上以^值做平行与横坐标轴的直线，其与G +曲线相交，过其交点O1做横坐标轴的垂线，其与横坐标轴的交点O2对应的荷载即为起裂荷载与试件的重力之和。
2.根据权利要求1所述钢纤维混凝土断裂试验起裂荷载的测试方法，其特征在于，步骤(3)水工混凝土断裂试验规程DL/T5332-2005中Kic计算公式为:
3.根据权利要求1所述钢纤维混凝土断裂试验起裂荷载的测试方法，其特征在于，步骤(4)确定U -P曲线的步骤为: A.确定裂缝扩展长度根据试验测得的5,和Sm按照几何相似关系计算出裂缝扩展长度e:
【文档编号】G01N3/20GK103760036SQ201410008125
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】张廷毅, 郑光和, 宋万增, 张凯, 王萍, 宋海亭, 邵菁, 魏民, 周永海, 蔡怀森, 谢义兵, 刘慧 , 王玮屏, 伍艳, 赵志忠 申请人:黄河水利委员会黄河水利科学研究院