混凝土軸心抗拉試模的合理性設(shè)計(jì)與研究

王建東 陳捷 陳俊男 陳江南

摘 要：在對(duì)現(xiàn)有不同混凝土受拉試模進(jìn)行分析與比較的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有各類模具存在的一些問題，提出更為合理的設(shè)計(jì)方案，并通過試驗(yàn)來比對(duì)效果。結(jié)果表明：新設(shè)計(jì)的模具所制作的混凝土軸心受拉試件斷面效果較好，數(shù)據(jù)離散性相對(duì)較小，對(duì)同類型的實(shí)驗(yàn)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：混凝土 軸心抗拉 模具設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU502 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）03（a）-0165-02

相比劈裂抗拉試驗(yàn)來測(cè)定混凝土的抗拉強(qiáng)度，軸心抗拉試驗(yàn)的方法更為直接和有效，它能直接而準(zhǔn)確地測(cè)得混凝土軸心抗拉強(qiáng)度值，也是獲得單軸受拉應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線的唯一可行的方法[1～2]。目前，規(guī)范[2]常用的軸心抗拉實(shí)驗(yàn)試件制作工藝比較繁瑣，對(duì)制作和施工時(shí)的要求比較高，在試驗(yàn)時(shí)較難保證軸心受拉。因此，本文提出了一種制作相對(duì)簡(jiǎn)單，但軸心抗拉比較容易控制的模具，使得混凝土軸心抗拉實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確。

1 現(xiàn)有混凝土軸心抗拉試件的制作種類

目前混凝土抗拉試件設(shè)計(jì)常用的有內(nèi)埋式、粘貼式、外夾式三大類[3～4]。

1.1 內(nèi)埋式

常用內(nèi)埋式的試件設(shè)計(jì)見圖1[5]。在圖1（a）中，試件呈兩端大中間小，正常情況下，斷口會(huì)出現(xiàn)在截面較小處（圖中陰影部分）。但此類設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于拉環(huán)預(yù)埋。即拉環(huán)應(yīng)在澆筑試件時(shí)就要埋入，為保證同一軸心，還須有支架來固定拉環(huán)?？赏趯?shí)驗(yàn)時(shí)，很有可能拉環(huán)不在同一軸線上，造成實(shí)驗(yàn)誤差的增大。并且拉環(huán)的埋置深度也需要相對(duì)精準(zhǔn)，否則試件就可能破壞在拉環(huán)處。圖1（b）中，該模具雖然試塊制作簡(jiǎn)單，但同樣存在軸心較難對(duì)中的問題，并且在混凝土振搗過程中拉桿容易松動(dòng)而移位。同時(shí)，內(nèi)埋式試件的制作還要注意預(yù)埋拉桿端部的應(yīng)力集中及預(yù)埋拉桿與混凝土間的黏結(jié)力小等問題[6]。

1.2 粘貼式

粘貼式的試件設(shè)計(jì)見圖2[5]。該試件呈圓柱狀，無變截面。如果斷面出現(xiàn)在端部，則容易受到端部影響，破壞面在力影響區(qū)，使抗拉強(qiáng)度明顯偏小。實(shí)驗(yàn)對(duì)中的效果很大程度上依賴于鋼板的位置，并且粘貼前端面需要打磨處理，工序復(fù)雜，耗時(shí)較多。因此，該試件形式適用現(xiàn)場(chǎng)的混凝土試件， 特別是現(xiàn)場(chǎng)混凝土芯樣。

1.3 外夾式

外夾式試件設(shè)計(jì)如圖3[5]。由于模具加工所需條件相對(duì)較高，因此模具的尺寸往往有較大偏差，夾頭與脫模后的試件無法緊密吻合，受拉的力很容易不在軸線上，因此也會(huì)同樣影響到試驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，試件端部受夾頭給的水平壓力和豎向拉力，受到了雙向異號(hào)力，致使試件在夾頭處容易被拉斷。再者，加工時(shí)夾具的螺桿垂直要求較高，一般往往考慮萬向節(jié)來保證收拉時(shí)豎直。

2 新的混凝土軸心受拉模具

該模具[7]由一個(gè)鋼質(zhì)基礎(chǔ)底板，兩塊角鋼，兩塊弧形木板，兩個(gè)組合拉桿端板，五個(gè)部分組成。基礎(chǔ)底板上的鐵條用于固定組合拉桿端板，便于試塊定型，弧形木板上增加手柄方便取用，組合拉桿端板上有12根直徑6 mm的細(xì)螺桿，用于增加拉桿與混凝土的粘結(jié)力。該模具只要確保拉桿固定在端板中心，試塊成型時(shí)就能較好保證拉桿在同一軸線上。安裝時(shí)，先用螺釘螺帽將角鋼固定在基礎(chǔ)底板上，放入組合拉桿端板，靠緊角鋼上的鐵條，再放入弧形木板，牢牢卡住組合拉桿端板，各部位尺寸和實(shí)物圖如4所示。

3 試驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)效果對(duì)比

由于內(nèi)埋式對(duì)中問題較難解決，本文不進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，而只進(jìn)行粘貼式，外夾式和新模具制作的試件的進(jìn)行斷裂面的效果對(duì)比。具體各試件受拉破壞的端口位置情況如圖5所示。

本次對(duì)比試驗(yàn)中，粘貼式試件試驗(yàn)效果，雖然粘貼非常細(xì)致，但試件直接在混凝土端部斷裂，所用的環(huán)氧樹脂已經(jīng)充分發(fā)揮了作用，其測(cè)得的抗拉強(qiáng)度很小。分析原因，是由于振搗時(shí)試件上表面浮了一層沒有石子骨架的水泥砂漿層，造成了試件抗拉強(qiáng)度偏低。

外夾式試件試驗(yàn)效果。試件的斷面出現(xiàn)在中部最薄弱面，是可以較真實(shí)地反映該混凝土試塊的抗拉強(qiáng)度。但經(jīng)多次試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)破壞面出現(xiàn)在不同的位置，大部分在理想?yún)^(qū)，但有40%的構(gòu)件出現(xiàn)在力影響區(qū)或接近影響區(qū)。

新模具成型試件的試驗(yàn)破壞結(jié)果。試件的斷面同樣出現(xiàn)在中部最薄弱面，經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，破壞斷面絕大部分都遠(yuǎn)離力影響區(qū)，并且抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)比較集中，離散性相對(duì)小。軸心抗拉試驗(yàn)合格率的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況如表1。

表1可知，外夾式試件與新模具制作才試件相比，抗拉實(shí)驗(yàn)的合格率相對(duì)較低，新模具制作才試件的合格率達(dá)到了76.67%。

3.2 新模具的進(jìn)一步分析

新模具試件截面兩端大，中間小，長(zhǎng)邊呈弧形，減小了截面積的突變所產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象。兩端的拉桿由于有多根螺桿，大大增強(qiáng)了拉桿與試塊的粘結(jié)力，同時(shí)端部受力均勻不會(huì)被破壞，因此大大提高了試件抗拉試驗(yàn)的成功率。而且模具加工精度較易滿足要求，試件成型時(shí)對(duì)心相對(duì)容易。側(cè)板與底板采用了螺栓連接，脫模方便，模具利用率高。但是由于組合拉桿端板端板成型于混凝土中，短時(shí)成型試件的數(shù)量就會(huì)受到端板的限制，沒有外夾式試件批量成型那么方便。還有在試驗(yàn)結(jié)束后，為了重復(fù)使用端板，須敲除端板上的混凝土，創(chuàng)新調(diào)整或更換螺桿，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

4 結(jié)語

外夾式和新模具制作的混凝土軸心受拉試件，均能較好的地解決了實(shí)驗(yàn)中試件對(duì)中和受拉試件端部影響的問題，并且這兩類試件使得混凝土受拉試驗(yàn)結(jié)果具有較好的穩(wěn)定性，因此本文的研究和選擇混凝土抗拉試件的制作具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張林俊，宋玉普，吳智敏.混凝土軸拉試驗(yàn)軸拉保證措施的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2003，20（2）：99-101.

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[7] 楊楊，江晨暉，許四法.高性能混凝土早齡期抗拉性能試驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2008，11（1）：94-99.