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1、 另外，计算机的发展应用，有限元分析方法渐趋成熟，为准确地分析复杂结构提供了强有力的理论和运算手段，研究合理、准确的混凝土破坏准则和本构关系已成为可能。电子量测和控制技术的进步，为建造复杂的混凝土多轴试验设备和改进量测技术提供了条件。混凝土的材料性质复杂多变，其多轴强度和变形又随三轴应力状态的不同而有很大差异。至今还没有，以后也难以找到一种准确的理论方法，可以从混凝土原材料的性质、组成和制备工艺等原始条件推算其多轴力学性能。因而，最现实和合理的办法是创建混凝土多轴试验设备、制作试件直接进行试验测定。第1页/共16页4.2试验设备和方法 所有的混凝土多轴试验装置，按试件的应力状态分为两大类：1、
2、常规三轴试验机 一般利用已有的大型材料试验机，配备一个带活塞的高压油缸和独立的油泵、油路系统。试验时将试件置于油缸内的活塞之下，试件的横向由油泵施加液压，纵向由试验机通过活塞加压。试件在加载前外包橡胶薄膜，防止高压油进入试件裂缝，胀裂试件，降低其强度。试验采用圆柱体或棱柱体试件，当试件三轴受压（C/C/C）时，必有两方向应力相等，称为常规三轴受压，以区别真三轴受压试验。如果采用空心圆筒试件，在筒外或筒内施加侧压，还可进行二轴受压(C/C)或拉压(T/C)试验。第2页/共16页2、真三轴试验装置 试验装置的构造见图。60年代，Krupp通用建筑公司机架焊接整体结构，三轴刚性连接第3页/共16页
3、试验中：试件挤在一角，变形增大时试件受到不对称应力增大。因为轴是互相固定死的，变形得不到互相补偿。这种机械设备限制在试件中产生强制应力，实测破坏荷载并不能真实代表试件的破坏荷载。第4页/共16页慕尼黑工大（68年）一框架弹性悬挂在另一框架上，钢刷传力，可减小不对称应力。三轴分离试验装置：由三个独立的互不相连的机架组成，在水平方向的两个机架，一个用缆绳悬挂起来，另一个放置在滚动轴承上。垂直机架用平衡重物悬挂起来，能适应试件在水平方向和垂直方向上受应力而产生的变形。第5页/共16页 共同特点是：在3个相互垂直的方向都设有独立的活塞、液压缸、供油管路和控制系统。但主要机械构造差异很大，有的在3个方向
4、分设丝杠和横梁等组成的加载架，有的则利用试验机施加纵向应力，横向（水平）的两对活塞和油缸置于一刚性承载框内，以减小设备占用空间，方便试验。第6页/共16页第7页/共16页 在复杂结构中，混凝土的三向主应力不等，且可能是有拉有压。显然，试验装置应能在3个方向施加任意的拉、压应力和不同的应力比例（1：2：3）。70年代后研制的试验装置大部分属此类。真三轴试验装置的最大加载能力为压力：3000 kN/2000 kN/2000 kN拉力为：200kN/200kN 混凝土试件一般为边长50150 mm的立方体。进行二轴应力状态试验时也可采用板式试件，最大尺寸为200 mm 200 mm 50 mm。真三
5、轴试验装置需要自行设计和研制，且无统一的试验标准可依循，还有些复杂的试验技术问题需解决，造价和试验费用都比较高。但是为了获得混凝土的真三轴性能，却又缺之不可。第8页/共16页 在设计混凝土的三轴试验方法和试验装置时，有些试验技术问题需要研究解决，否则影响试验结果的可靠性和准确性，决定三轴试验的成败。主要的技术难点和其解决措施有：1、消减试件表面的摩擦 混凝土立方体试件的标准抗压试验中，只施加单向压力，由于钢压板对试件端面的横向摩擦约束，提高了混凝土的试验强度。在多轴受压试验时，如不采取措施消除或减小此摩擦作用，各承压端面的约束相互强化，可使混凝土的试验强度成倍地增长，试验结果不真实，毫无实际价
6、值。混凝土多轴试验中，行之有效的减摩措施有4类：在试件和加压板之间设置减摩垫层；刷形加载板；柔性加载板；金属箔液压垫。后三类措施取得较好的试验数据，但其附件的构造复杂，加工困难，造价高，且减摩效果也不尽理想。至今应用最多的还是各种材料和构造的减摩垫层，例如两片聚四氟乙烯（厚2 mm）间加二硫化钼油膏，三层铝箔（厚0.2 mm）中间加二硫化钼油膏，分小块的不锈钢垫板等。第9页/共16页2、施加拉力 对试件施加拉力，须有高强粘结胶把试件和加载板牢固地粘结在一起。此外，试件在浇注和振捣过程中形成含有气孔和水泥砂浆较多的表层（厚约24 mm），抗拉强度偏低，故用作受拉试验的试件先要制作尺寸较大的混凝土
7、试块，后用切割机锯除表层5 mm后制成。3、应力和应变的量测 混凝土多轴试验时，试件表面有加载板阻挡，周围的空间很小，成为应变量测的难点。试验中一般采用两类方法：直接量测法，在试件表面上预留浅槽（深23 mm）内粘贴电阻应变片，并用水泥砂浆填满抹平；或者在打磨过的试件棱边上粘贴电阻片（影响试件性能，应变片可能被破坏）；间接量测法，使用电阻式或电感式变形传感器量测试件同方向两块加载板的相对位移，扣除事先标定的减摩垫层的相应变形后，计算试件应变。前者较准确，但量程有限，适用于二轴试验和三轴拉压试验；后者的构造较复杂，但量程大，适用于三轴受压试验。第10页/共16页第11页/共16页第12页/共16
8、页第13页/共16页4、应力（变）途径的控制 实际结构中一点的三向主应力值，随荷载的变化可有不同的应力途径。已有的大部分三轴试验是等比例（1:2:3=const）单调加载、直到试件破坏。应力比例由电-液控制系统实现，一般设备都具备这一功能。有些设备还可进行多种应力（变）途径的试验，例如三向应力变比例加载、恒侧压加载、反复加卸载、应变或应变速度控制加载等。需要指出，应用三轴试验装置也可以进行混凝土的单轴受压和受拉试验，得到相应的强度值和应力-应变曲线。但是这些试验结果与用标准试验方法得到的不完全一致，有些甚至相差较大。这是因为两者的试验加载设备、试件的形状和尺寸、量测精度、承压面的摩擦约束等条件都不相同。在分析混凝土的多轴性能时，一般取可比性强的前者作为对比标准。第14页/共16页 5、试件的尺寸，即加载的空间很小（一般为50100mm），而承载力很大（10003000kN），要求有较大而刚性的加载油缸和活塞）和承力（横梁和拉杆）机构，造成构造上的困难；6、试件受力后的变形过程中，要求三个方向施加的力始终保持居中，不产生偏心作用；第15页/共16页感谢您的观看。第16页/共16页