溫度應力試驗機與溫度應力實驗

時間:2017-7-8 9:41:00 來源:本網 添加人:admin

  1:林志海,男,1975年3月,資深專業經理,深圳市鹽田區大梅沙環梅路33號,518083,100時是不利的情況。

  另外一個決定拉應力大小的因素是變形,通常混凝土的變形種類有溫度變形、自生收縮、干燥收縮,在添加膨脹劑的情況下還有膨脹變形。由于混凝土的熱膨脹系數在硬化階段由一個較大的數值降到一個較小的數值IMi,單純的升溫膨脹比降溫收縮要大,混凝土的整體溫度變形是呈膨脹的。自生收縮是混凝土水化反應及內部自干燥所引起的固有收縮7.干燥收縮是混凝土內部未水化水分蒸發引起的毛細吸力所引起的體積收縮。這些收縮所疊加起來的變形受到約束時,就會產生應力,收縮越大,拉應力也越大。

  還有一個決定拉應力大小的因素是彈性模量。可以認為,當混凝土的彈性模量越大,引起的約束應力也越大。雖然前面所說到了升溫膨脹會比降溫收縮大,但是由于混凝土的彈性模量在硬化過程中從零發展到一定的數值,也就是在升溫階段的模量比降溫階段的模量要小很多,因此對應單純的溫度變形所產生的應力是拉應力。再疊加上自生收縮和干燥收縮的影響,混凝土在工程中表現出的材料特性呈現為容易開裂。

  需要指出的是,混凝土還有一個重要的材料性質是應力松弛作用8~,也就是所發生的自由變形中,有一部分的變形會由于徐變的作用而使應力發生松弛,這部分變形就是徐變變形,另一部分能產生應力的變形為彈性變形,當這部分變形受到約束,就會產生應力,并且與彈性模量成正比。

  為了克服開裂問題,就需要在不利的約束程度條件下,對混凝土的變形、彈性模量和徐變等因素進行深入的研究,掌握這些因素對應力的影響規律,從而找出通過控制某個或某些因素來減小拉應力的方法來降低開裂的可能性。由于混凝土的約束應力是由上述眾多因素所綜合決定的,僅研究其中的單個因素并不能有效找到該因素與約束應力的直接關系。在工程當中,受環境溫濕度條件的影響各種因素的變化是復雜的,根據各種因素從實驗室試驗中獲得的在固定條件下出現的變化規律,并不能準確分析出混凝土結構物內應力的大小。另外,有一些因素是難以用。該設備的試件尺、為15(kimX150mmX 1500mm,n對使用常用大小粗骨料的混凝土進行試驗。

  溫度應力試驗機實物圖Springenschmid提出的溫度應力試驗機原理圖Kovler研制的單軸收縮約束試驗設備Kovler提出的評價早期徐變方法溫度應力模擬。該設備的試件的尺寸為40mmX40mmX1500mm,僅能對水泥漿體或水泥砂漿進行。在后來的很多年里有不少科研人員采用了該方法用于畢期徐變研究。需要指出的是,Fll于復位累計變形曲線受設備的剛度的影響,在不同設備上獲得的結果不能直接相互比較。

  2.3溫度應力模擬,性能與Springschmid的溫度應力試驗機相似。Mizobuchi在該設備上對分別使用低熱水泥、屮熱水泥、膨脹劑、減縮劑、高爐礦渣的混凝土進行了。成果是證明了低、屮熱水泥在降低混凝土在工程中的開裂風險有較好的效果。

  2.4Breuge丨溫度應力試驗機以Springenschmid的TSTM原型制造了第二臺TSTM17,如所小。兩者在設計上有一些區別,Breugel的TSTM采用了液壓位移控制系統并取消了溫度控制系統。采用液壓位移控制系統可以提供更大的軸向力,可用于帶有鋼筋的試件的研究。取消溫控系統是因為Breugel用數學模型的方式對溫度活性的影響進行考慮。在該設備上產生了不少成果,如鋼筋對混凝土開裂的抑制機現、輕骨料可有效減小自生收縮等。

  Lange單軸收縮約束設備2001年Altoubat和Lange基于Kovler的設備原型設計了第二臺單軸收縮約束設備'如、0所示。這臺設備上有兩個改進,一是采用了液壓位移控制系統,可以提供更大的軸14力;二是試件的截面尺、增加到76畫X76mm,可對混凝土進行。

  在該設備上的研究主要集中在高強混凝土、膨脹混凝土和早期徐變評價。在這臺設備上早期徐變的評價方法源于Kovler的方法,但是有很大的不同。其方法是:在每次試件的變形達到復位限值以前,軸向約束力保持恒定,然后直接測量在恒定荷載下試件的徐變變形,把這些兩次復位變形之間的細小徐變變形累計起來,即為早期徐變變形,過程如2所示。

  可是,由于受傳感器精度的限制,對細小徐變的測量的誤差很大,因此未能得出較為的。在以往的約束設備中,試件與底模或者側模都是接觸的,因此在混凝土硬化階段早期,模板的摩擦力的影響較大,不利于約束應力的測量。在這臺溫度應力試驗機上,側模和底模可以通過機械機構與試件脫離。另外,為了避免試件與底模脫離后在自重的影響下出現撓曲,在試件的底部均勻分布三個滑動支點。在有效消除模板對試件的摩擦力后,使測量試件的彈性模量成為可能。在下一節屮將對如何使用溫度應力試驗機進行溫度應力。可以認為,在這種狀態下試件的約束程度為100.與此同時所測量出的應力即為約束應力。

  3.2自由變形的測量與上述。這樣一直保持試件的約束應力為一個很小的值,就可以把自由變形的發展全過程測量出來。這種方法可以克服用應變片測量試件變形時必須從具有一定硬度之后才能開始的弊端。

  3.3彈性模量的測量溫度應力試驗機在測量約束應力或自由變形的過程3中,可以測量彈性模量。其原理是每間隔一個固定的時間如1小時,在很短的時間內如數分鐘內11計算機控制系統驅使位移控制系統作用改變試件的變形約20微米,記錄相應的應力變化后調整試件的變形回復原來的數值,如1、22所示。根據變形與應力的變化值即可計算該時點的彈性模量。如此在整個。

  3彈性模量的測量與數學描述結果3.4熱膨脹系數的確定熱膨脹系數雖然不能準確測量,但是根椐過去的研究結果,還是可以看到熱膨脹系數的大致發展過程。可以認為,混凝土在硬化過程屮熱膨脹系數發生了質的變化,因為混凝土在硬化以前呈現液態,在硬化以后呈現固態。I于水的熱膨脹系數較大,因此混凝土的熱膨脹系數在液態時較大,而在固態時則較小。在這個研究屮,可以通過三個步驟確定熱膨脹系數的數學描述。首先,通過以下公式計算混凝土在液態時的熱膨脹系數:K中,是混凝土液態熱膨脹系數,60是水的熱膨脹系數,是水泥漿的體積比率,是骨料熱膨脹系數,G是骨料的體積比率。

  然后,測量混凝土硬化后的熱膨脹系數;后,根據彈性模量的發展過程描述熱膨脹系數的發展過程。熱彈性模量的數學描述結果如4所示。

  3.5各種變形的分離在確定熱膨脹系數后,可以計算溫度變形。用溫度變形和自ih變形做比較,K差值即為非溫度變形,包括自生收縮和干燥收縮。如果在實驗屮采取措施防止試件內部水分的蒸發,非溫度變形即為自生收縮。把混凝土的變形進行分離的目的在于研究在溫度下降階段溫度收縮是否可以被有效補償。變形分離的示例如5、26所似乎。

  5普通混凝土在低溫升條件下的各種變形6普通混凝土在高溫升條件下的各種變形3.6徐變的評價盡管Kolver提出了評價混凝土早期徐變的方法,但是這個方法是存在缺陷的。因為累計復位變形是受設備剛度影響的,設備剛度越大,這個變形就越小,評價出的徐變就越大。

  為了正確評價混凝土早去徐變,可以應用以下方法。用測得的自(tl變形和彈性模量計算出不存在徐變影響的理論應力,然后與約束應力進行比較,其差值即為徐變作用所消減的松弛應力,既通過松弛應力評價早期徐變的影響。7、28是輕骨料膨脹混凝土在低、高溫升條件下的早期徐變評價結果。

  7輕骨料膨脹混凝土在低溫升條件下8輕骨料膨脹混凝土在高溫升條件下的早期徐變的早期徐變4討論與總結目前結構分析屮經常應用有限元分析技術,在計算前需要輸入混凝土材料的許多M性參數,如熱膨脹系數、彈性模量、徐變系數等。通常這些參數都是以常量的形式輸入,在受力計算及抗震分析屮基本上以達到要求,比如在不利地震、風荷載作用下計算出結構物內部的應力與應變分布,檢查其大應力與應變是否超出設計的允許應力與應變要求。

  但是在極用有限兒分析技術進行混凝土結構物的耐久性分析,也就是常見的開裂敏感性分析屮,這些參數以常量的形式則顯得過于粗糙,無法真實反映混凝土材料與結構行為表現的有機結合,也即無法準確分析出開裂的風險。

  結構分析與開裂分析的區別主要在于,前者處理的材料M性為鋼筋混凝土的整體表現,其拉Hi應力的特性都遠遠不同于素混凝土,后者處邱的材料M性主要表現為局部素混凝土的內部拉應力與抗拉強度。這種區別決定了兩種分析1丨1有限兀單元的劃分尺度的不N,在結構分析屮,單元的尺度要足夠的大,使單元內混凝土與鋼筋兩種不同材料可以視為合成一種材料來處理;而在裂分析中,單兒的尺度要足夠的小,即單元要小于素混凝土與鋼筋,要把兩種材料分開處理。因此,在應用有限元技術進行開裂分析時,必須對混凝土的材料性質有足夠的了解,把可以描述熱膨脹系數、彈性模量、徐變等因素的數學表達,輸入計算模型屮,可以給出任一時刻、任一條件下的可靠參數,才能獲得有用的結果。

  如果開裂分析可以可靠地完成,那么結合結構分析的結果,鋼筋混凝土結構物才能在結構性能以及耐久性能上可以滿足讓業主、設計人員以及施工人員的要求。

  一直以來,在實驗室里對混凝土材料的研究基木上都是針對單個因素進行,很少考慮各種因素的相互影響以及對結構物耐久性能的綜合影響。在材料角度,首先以選擇水泥為例,目前以水化熱高低作為評價指標的方法,是并不合適的,因為混凝土水化溫升大小其實更取決于發熱速率;況且水化熱試驗是20度恒溫下測試7天得到結果,而受混凝土溫升影響,在較高溫度下,中熱水泥的水化熱就未必低于普通水泥了。用溫度應力試驗機可以綜合許多參數的影響評價出使混凝土開裂溫度較低的水泥,使其開裂敏感性顯著減小。

  可以認為,到目前為止在開裂敏感度評價上為有效的實驗設備和研究方法是溫度應力試驗機和溫度應力實驗方法。這種研究方法可以考慮各種因素對約束應力的綜合影響,并同時分析各種因素影響過程中所起到的作用以及相互影響。首先,這種研究方法可以通過約束應力、開裂溫度等參數直接評價混凝土的抗裂性能或開裂敏感性;其次,這種研究方法可以對彈性模量、熱膨脹系數、徐變等以測量與數學分析相結合的方法進行準確的數學描述,從而使可靠的有限元開裂分析成為可能。在可靠的開裂分析實現之后,才能在材料設計、結構設計、施工上采取各種各樣的方法進行改良與優化,在經開裂分析確認后,可使開裂敏感性降低;還有,這種研究方法通過實驗直接檢驗膨脹劑、輕骨料、減縮劑、纖維等材料對開裂敏感性的影響,可以為混凝土抗裂性能的提高提供一種可靠的檢測工具。

  溫度應力實驗研究方法通過以上三個途徑使緩解甚至解決工程現場的開裂問題成為可能。

  可以說,溫度應力試驗機是將混凝土材料與其在結構表現相互橋接、聯系起來的現今的試驗設備。溫度應力試驗機以及相關實驗方法把混凝土材料與結構行為的表現聯系起來的這種效能應該引起我們的廣泛重視。

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