本发明专利技术涉及一种混凝土直接拉伸装置和Ⅰ型断裂韧性直接确定方法。本发明专利技术适用于混凝土断裂力学领域。本发明专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种混凝土直接拉伸装置和Ⅰ型断裂韧性直接确定方法。这种混凝土直接拉伸装置，包括：槽形外框和圆杆，槽形外框两侧翼缘均设有孔洞，槽形外框顶端中央设有环扣，槽形外框通过环扣连接试验机；加载试件的厚度为B，加载试件开有中央圆孔，中央圆孔的孔径为R，且圆孔横向上对称地设有两道人字形切口，人字形切口在横向上的长度为a1,人字形切口最深处为一段直缝，直缝的长度为a0；人字形切口至加载试件对应一侧的边缘为断裂韧性区，断裂韧性区的横向最大长度为b。向最大长度为b。向最大长度为b。
【技术实现步骤摘要】
一种混凝土直接拉伸试验装置及Ⅰ型断裂韧度量测方法
[0001]本专利技术专利属于混凝土断裂力学领域，具体涉及一种混凝土直接拉伸装置和Ⅰ型断裂韧性直接确定方法。
技术介绍
[0002]断裂韧性在断裂力学中起着重要的作用。由于混凝土的抗拉强度较弱，Ⅰ型断裂韧性(K
IC
)是判断其裂缝产生的最关键参数。所以，K
IC
的准确计算在混凝土结构评价中具有重要意义。
[0003]国际岩石力学学会(ISRM)提出了多种测量I型岩石断裂韧性的方法：“人字形”型缺口短棒(SR)试样为直接试验，人字形缺口巴西圆盘(CCNBD)劈裂试样和半圆形试样弯曲加载(CSTSCB)为间接拉伸试验方法。扁平巴西圆盘试样，三点弯曲试验下的边裂三角形试样、直缺口圆盘试样弯曲试验、边缘裂纹试样弯曲试验和人字形缺口短棒弯曲(CNSRB)试样也可以测量岩石的K
IC
。
[0004]以上方法中，间接拉伸试验的试样制作和加载装置相较直接拉伸复杂，所得K
IC
值偏差较大；而现有的直接拉伸方法采用直槽缺口，需对试样进行疲劳预开裂，这一过程中容易对试件产生不可知的损伤，且对脆性和准脆性材料创建疲劳预裂非常困难。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种混凝土直接拉伸装置和Ⅰ型断裂韧性直接确定方法。
[0006]这种混凝土直接拉伸装置，包括：槽形外框1和圆杆2，槽形外框1两侧翼缘均设有孔洞11，槽形外框1顶端中央设有环扣12，槽形外框1通过环扣12连接试验机；加载试件3的厚度为B，加载试件3开有中央圆孔31，中央圆孔31的孔径为R，且圆孔31横向上对称地设有两道人字形切口32，人字形切口32在横向上的长度为a1,人字形切口32最深处为一段直缝，直缝的长度为a0；人字形切口32至加载试件3对应一侧的边缘为断裂韧性区，断裂韧性区的横向最大长度为b；
[0007]两个槽形外框1对称地设于加载试件3纵向两侧，两个槽形外框1所在的平面垂直于加载试件3，槽形外框1两侧的孔洞11之间设有圆杆2，两个槽形外框1连接的圆杆2均穿过中央圆孔31。
[0008]作为优选：加载试件3为矩形板，R远大于圆杆2的直径。
[0009]这种混凝土直接拉伸装置的Ⅰ型断裂韧性直接确定方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一、加载试件加工：对加载试件3加工出中央圆孔31和人字形切口32；
[0011]步骤二、加载：通过圆杆2将两个槽形外框1与中央圆孔31连接，将环扣连接试验机，对加载试件3进行拉伸；记录加载试件3可承受的加载最大荷载P
m
；
[0012]步骤三、使用切片合成法计算无量纲应力强度因子在人字形切口32中心切割厚度为b'的切片，加载试件3厚度方向上其它区域均分为等厚的N片，分别计算每个切片
的荷载并得到加载试件3的总荷载P；对各尺寸进行尺寸归一化计算，得到无量纲应力强度因子
[0013]步骤四、Ⅰ型断裂韧度计算：通过以下公式计算加载试件3的Ⅰ型断裂韧度K
Ic
[0014][0015]作为优选，步骤二中：拉伸过程中两侧的人字形切口32保持水平，两根圆杆2分别接触中央圆孔31的最高点和最低点。
[0016]作为优选，步骤三具体为：
[0017]S3.1、厚度为b'的切片最外侧和中央圆孔31边缘的距离为a，切口圆弧半径为R
S
；厚度为b'的切口段应力强度因子记为K
I
，其他部分均分为厚度为Δt，应力强度因子记为得到每个切片的荷载为
[0018][0019]试件的总荷载为
[0020][0021]其中，第一项为中心直线切口所受荷载，第二项为与弯曲切口所受荷载；
[0022]S3.2、尺寸归一化计算；
[0023]切口段厚度b'归一化为
[0024]裂纹长度归一化为
[0025]其中，i为每个切片的序号，i＝0为人字形切口32中心厚度为b'切片的序号，其中，i为每个切片的序号，i＝0为人字形切口32中心厚度为b'切片的序号，
[0026]S3.3、无量纲应力强度因子参数参数
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]1)采用人字形缺口试件进行直接拉伸试验，与直槽相比，人字形裂纹起裂荷载低，之后裂纹稳定扩展，直到出现不稳定断裂；无需在人字形缺口试样中进行疲劳预开裂，确保试件破坏模式为I断裂，可明显降低试验成本，提高试验的准确性且试样的制作、加载过程简便。
[0029]2)基于Bluhm切片合成法，提出了一种简便的计算不同直缝长度和中心钻孔直径的CSTDT试样的无量纲应力强度因子的解析表达式，考虑了中心孔径变化的影响，可以精确计算I型无量纲应力强度因子和断裂韧性。
附图说明
[0030]图1为本专利技术试验装置的正视图；
[0031]图2为本专利技术试验装置的侧视图；
[0032]图3为本专利技术加载试件的正面图；
[0033]图4为本专利技术人字形切口的示意图。
[0034]附图标记说明：槽形外框1、圆杆2、加载试件3、孔洞11、环扣12、中央圆孔31、人字形切口32。
具体实施方式
[0035]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
[0036]实施例一
[0037]如图1至图4所示，一种混凝土直接拉伸装置，包括：槽形外框1和圆杆2，槽形外框1两侧翼缘均设有孔洞11，槽形外框1顶端中央设有环扣12，槽形外框1通过环扣12连接试验机；矩形的加载试件3的厚度为B，加载试件3开有中央圆孔31，中央圆孔31的孔径为R，R远大于圆杆2的直径，以便于圆杆2穿过。且圆孔31横向上对称地设有两道人字形切口32，人字形切口32在横向上的长度为a1,人字形切口32最深处为一段直缝，直缝的长度为a0；人字形切口32至加载试件3对应一侧的边缘为断裂韧性区，断裂韧性区的横向最大长度为b；
[0038]两个槽形外框1对称地设于加载试件3纵向两侧，两个槽形外框1所在的平面垂直于加载试件3，槽形外框1两侧的孔洞11之间穿有圆杆2，两个槽形外框1连接的圆杆2均穿过中央圆孔31。
[0039]实施例二
[0040]根据实施例一中提出的混凝土直接拉伸装置，本实施例给出使用这种混凝土直接拉伸装置进行的Ⅰ型断裂韧性直接确定方法，包括以下步骤：
[0041]步骤一、加载试件加工：对加载试件3加工出中央圆孔31和人字形切口32；
[0042]步骤二、加载：通过圆杆2将两个槽形外框1与中央圆孔31连接，将环扣连接试验机，对加载试件3进行拉伸，拉伸过程中两侧的人字形切口32保持水平，两根圆杆2分别接触中央圆孔31的最高点和最低点；记录加载试件3本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混凝土直接拉伸装置，其特征在于，包括：槽形外框1和圆杆2，槽形外框1两侧翼缘均设有孔洞11，槽形外框1顶端中央设有环扣12，槽形外框1通过环扣12连接试验机；加载试件3的厚度为B，加载试件3开有中央圆孔31，中央圆孔31的孔径为R，且圆孔31横向上对称地设有两道人字形切口32，人字形切口32在横向上的长度为a1,人字形切口32最深处为一段直缝，直缝的长度为a0；人字形切口32至加载试件3对应一侧的边缘为断裂韧性区，断裂韧性区的横向最大长度为b；两个槽形外框1对称地设于加载试件3纵向两侧，两个槽形外框1所在的平面垂直于加载试件3，槽形外框1两侧的孔洞11之间设有圆杆2，两个槽形外框1连接的圆杆2均穿过中央圆孔31。2.根据权利要求1所述的混凝土直接拉伸装置，其特征在于：加载试件3为矩形板，R远大于圆杆2的直径。3.如权利要求1所述的混凝土直接拉伸装置的Ⅰ型断裂韧性直接确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、加载试件加工：对加载试件3加工出中央圆孔31和人字形切口32；步骤二、加载：通过圆杆2将两个槽形外框1与中央圆孔31连接，将环扣连接试验机，对加载试件3进行拉伸；记录加载试件3可承受的加载最大荷载P
m
；步骤三、使用切片合成法计算无量纲应力强度因子在人字形切口32中心切割厚度...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈平，蒋奇勇，陈云，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。