一种混凝土抗剪强度试验方法技术

本发明专利技术公开了一种混凝土抗剪强度试验方法，所述的混凝土抗剪强度试验方法包括抗剪强度试件制作、抗剪强度试验装置、两边断裂和单边断裂抗剪强度计算公式、抗剪强度试验结果有效性检验、影响抗剪强度试验结果的关键试验因素分析方法，测得的抗剪强度指标接近混凝土劈裂抗拉强度。本发明专利技术提供一种准确测定混凝土抗剪承载能力的手段，采用直接测得的抗剪强度指标作为混凝土结构设计参数，具有明显提高混凝土结构设计可靠性和安全性的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土抗剪强度试验方法
本专利技术属于混凝土结构性能测试
，具体涉及一种混凝土抗剪强度试验方法。
技术介绍
剪切是混凝土结构的主要受力模式，其承载能力极限状态决定结构的安全性，因此准确测定混凝土的抗剪性能参数十分重要。目前的结构设计中，用抗剪应力强度指标进行设计，由于纯剪切应力状态实现十分困难，而纯扭转试验产生的抗扭应矩，只产生一种等效剪切应力，不是真实存在的抗剪强度，因此结构抗剪承载能力设计指标不能反映真实抗剪能力情况。韩文坝、黄双华提出了非零应矩弹性理论，将剪切从扭转中完全独立出来，修正了已有的弹性理论，使得独立、准确分析和测定混凝土结构的抗剪承载能力成为可能。本专利技术从非零应矩理论入手，通过混凝土不同破坏模式分析，给出了抗剪应矩控制破坏的一种混凝土抗剪强度测定方法，解决混凝土结构抗剪承载能力设计参数的测定问题，为混凝土结构设计和参数获取提供理论和技术支持。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种混凝土抗剪强度试验方法，为混凝土结构设计获取抗剪性能参数提供可靠手段，从而提高混凝土结构的安全性。为了实现本专利技术的技术目的，本专利技术具体通过以下技术方案实现：一种混凝土抗剪强度试验方法，包括以下步骤：1)利用非零应矩理论进行试验设计，抗剪强度控制破坏的试件选用正方形截面梁式试件，采用简支梁双点反对称的方式进行加载；2)调整试件支座测量跨径，试件浇筑面向正前方，侧面朝上，安放加载装置，使加载装置的荷载作用中心与试件的几何中心对齐，支座和加载点与试件接触平稳、均匀；3)选择符合《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的万能试验机进行加载，记录和绘制荷载-挠度曲线；4)根据断裂破坏模式判断为两边断裂或单边断裂，然后根据抗剪强度公式计算。本专利技术所述的正方形截面梁式试件其标准尺寸为150mm×150mm×550mm。本专利技术两个加载点跨径为225mm，加载装置满足a/h≤1/3，分配梁的分配比例为1：m，其中a为加载点到试件几何中心的距离，h为试件高度，m为荷载分配比例，优选5mm≤a≤25mm，m≥8。本专利技术所述的单边断裂破坏断裂面有明显的折线，有1.5a的截面高度为拉断，采用单边断裂公式。本专利技术所述的两边断裂破坏断裂成三块，断裂面平直，采用两边断裂公式。所述的单边断裂公式为：其中τ为抗剪强度(MPa)；m为加载装置长臂与短臂长度的比值；F为极限荷载(N)；b为试件宽度(mm)；h为试件高度(mm)；a为支座到荷载作用中心的距离(mm)。所述的两边断裂公式为：其中τ为抗剪强度(MPa)；m为加载装置长臂与短臂长度的比值；F为极限荷载(N)；b为试件宽度(mm)；h为试件高度(mm)；a为加载点到试件几何中心的距离(mm)。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供一种混凝土抗剪强度试验方法，测得的抗剪强度指标稳定可靠，对不同结构和不同受力工况具有良好的一致性，符合混凝土结构受力的实际情况。2、本专利技术提供的混凝土抗剪强度试验方法，测得的抗剪强度指标可用于混凝土结构设计，提高结构抗剪设计的可靠性和安全性，有利于新结构的设计和产生新发现。附图说明图1是本专利技术实施例的加载方式、弯矩和剪应力分布图；其中a为加载方式，b为弯矩和剪力分布，c为剪应力分布；图2是本专利技术实施例的机制砂混凝土抗剪强度与石粉含量的关系曲线；图3是本专利技术实例中抗剪强度与劈裂抗拉强度的关系曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术具体的实施例，对本专利技术实施技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种混凝土抗剪强度试验方法。该方法能够快速、准确获取混凝土抗剪强度参数，提高混凝土结构设计的可靠性和安全性。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种混凝土抗剪强度测定方法，包括以下步骤：步骤一、利用非零应矩理论设计抗剪强度试验装置，确定由抗剪强度控制破坏的试件尺寸范围和加载方式。步骤1，试件尺寸，采用正方形截面梁式试件，其标准尺寸为150mm×150mm×550mm。步骤2，加载方式，采用简支梁双点加载，跨径为225mm，其中一个支点到试件几何中心的距离a为5mm～25mm；加载装置两个加载点之间的距离为225mm，加载点与试件几何中心的距离按比例1∶m进行分配，与支座成反对称布置，m为8～44。步骤二、建立抗剪控制破坏的力学分析方法及抗剪强度试验方法，给出混凝土抗剪强度计算公式。步骤1，计算梁中的弯矩分布和剪力分布，绘制弯矩分布图和剪力分布图，分析建立弯矩与剪力的关系。步骤2，计算最大弯矩截面上的由弯矩产生的最大应力和最大剪力截面上由垂直剪力产生的最大剪应力和平均剪应力。其中：步骤a，弯矩产生的最大应力计算，应力理论，支点位置梁顶的最大弯拉应力计算公式为：其中，fw为支点位置的最大弯拉应力(MPa)；F为极限荷载(N)；a为支座或加载点到试件几何中心的距离(mm)；b为试件宽度(mm)；h为试件高度(mm)。其中，支座或加载点到试件几何中心的距离a＝5mm～25mm。步骤b，按照弯曲应矩理论，分析剪切区剪应力分布，剪切区的剪应力分布为线性分布，其计算公式为：其中，τxy为平衡剪切区剪应力由负弯矩引致的等效剪应力(MPa)；F为压力机所施加的荷载(N)；b为试件宽度(mm)；h为试件高度(mm)；m为荷载装置分配荷载的比例；|y|为截面高度坐标绝对值(mm)。其中，剪切区梁顶和梁底的剪应力最大，最大剪应力为：其中，τmax为支点处梁顶的最大剪应力(MPa)；F为极限荷载(N)；b为试件宽度(mm)；h为试件高度(mm)；m为荷载装置分配荷载的比例。其中，荷载装置分配荷载的比例m＝8～44。步骤c，抗弯承载能力评价方法，采用非零应矩理论计算最大弯应矩，其计算公式为：其中，mw为支座位置梁顶负弯矩产生的弯应矩(N/mm)；m为荷载装置分配荷载的比例；F为极限荷载(N)；a为支座或加载点到试件几何中心的距离(mm)；b为试件宽度(mm)；h为试件高度(mm)。步骤d，抗剪强度计算方法，由负弯矩产生的梁顶最大弯拉应力远远小于梁顶的最大剪应力，避免弯曲破坏。其中，参数：其中，a为支座到试件几何中心的距离(mm)；h为试件高度(mm)。步骤e，截面抗剪强度计算方法，根据剪切区的剪应力分布及平衡条件，采用截面上的平均剪应力的极限值作为抗剪强度指标，其计算公式为：其中，τ为截面上的平均剪应力(MPa)；F为试验机的荷载读数(N)；b为试件宽度(mm)；h为试件高度(mm)；m为加载梁分配荷载的比例。步骤三、确定抗剪应矩强度试验步骤，给出试验结果处理方法及可信性分析方法，对测试结果进行评价和利用。步骤1，加载速度，按0.05MPa/s～0.08MPa/s的速度加载，直到试件破坏。步骤2，记录荷载-挠度曲线，根据荷载一挠度曲线确定极限挠度值。步骤3，断裂破坏模式，为剪切区近竖直剪切开裂，或由支点向上斜向扩展的剪切断裂。步骤4，劈裂抗拉强度试验方法，采用6个试件断块测定劈裂抗拉强度，抗剪强度测定值与劈裂抗拉强度测定值相近，普遍小于劈裂抗拉强度。一种实现形式的总体流程如下：试验设计，确定由抗剪应矩控制破坏的试件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土抗剪强度试验方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用非零应矩理论进行试验设计，抗剪强度控制破坏的试件选用正方形截面梁式试件，采用简支梁双点反对称的方式进行加载；2)调整试件支座测量跨径，试件浇筑面向正前方，侧面朝上，安放加载装置，使加载装置的荷载作用中心与试件的几何中心对齐，支座和加载点与试件接触平稳、均匀；3)选择符合《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的万能试验机进行加载，记录和绘制荷载‑挠度曲线；4)根据断裂破坏模式判断为两边断裂或单边断裂，然后根据抗剪强度公式计算。

【技术特征摘要】
1.一种混凝土抗剪强度试验方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用非零应矩理论进行试验设计，抗剪强度控制破坏的试件选用正方形截面梁式试件，采用简支梁双点反对称的方式进行加载；2)调整试件支座测量跨径，试件浇筑面向正前方，侧面朝上，安放加载装置，使加载装置的荷载作用中心与试件的几何中心对齐，支座和加载点与试件接触平稳、均匀；3)选择符合《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的万能试验机进行加载，记录和绘制荷载-挠度曲线；4)根据断裂破坏模式判断为两边断裂或单边断裂，然后根据抗剪强度公式计算。2.根据权利要求1所述的一种混凝土抗剪强度试验方法，其特征在于，所述的正方形截面梁式试件其标准尺寸为150mm×150mm×550mm。3.根据权利要求1所述的一种混凝土抗剪强度试验方法，其特征在于，两个加载点跨径为225mm，加载装置满足a/h≤1/3，分配梁的分配比例为1∶...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁军林，兰一夫，李方念，魏建辉，黄耀辉，容洪流，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45