一种拉伸应力持续约束的混凝土断裂测试系统及方法

本发明涉及断裂力学试验领域，特别涉及一种拉伸应力持续约束的混凝土断裂测试系统及方法。

背景技术：

1、在实际工程领域，由混凝土制备的构件往往处于复杂的多轴应力状态，其实际断裂过程较为复杂，断裂行为呈现出显著各向异性和非线性特征。相关研究表明，平行裂纹扩展模式下的应力效应对混凝土断裂性能具有显著影响，已成为结构安全评估领域关注的热点。

2、中国专利cn113092265a公开了一种载荷-环境耦合作用下混凝土双轴受压加载的装置，能够提供稳定、有效的持续荷载。中国专利cn211292318u公开了一种混凝土双向受压加载装置，能够保证施加的双向荷载全部、均匀作用于混凝土试样，有助于提高试验稳定性。以上专利主要围绕双轴应力下混凝土力学性能展开讨论，在断裂特性研究方面，目前尚缺少一种有效方法，准确评估混凝土在持续拉伸应力约束下的断裂性能。

3、根据上述分析，有必要提出一种拉伸应力持续约束的混凝土断裂测试方法，同步研发一套测试系统，研究混凝土在实际受力工况下的断裂性能，为科研与工程实际提供一定指导。

技术实现思路

1、针对混凝土在恒定拉应力作用下的断裂破坏问题，本发明拟解决的技术问题是，提供一种拉伸应力持续约束的混凝土断裂测试系统及方法，有效研究混凝土材料在平行裂纹拉伸应力约束下的断裂性能。

2、本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种拉伸应力持续约束的混凝土断裂测试系统，所述测试系统包括：

4、试验机横梁1，

5、承压垫块11，作为支撑平台；

6、加载头，与试验机横梁同轴固定；

7、固定支座，固定在承压垫块上，用于支撑混凝土试样；

8、刚性垫块6，放于混凝土试样5跨中顶部位置；

9、混凝土试样，在混凝土试样的下部设置预制缺口8，在混凝土试样5跨中区域的左右侧面的上侧与下侧分别粘贴纤维增强布7，在混凝土试样的每个侧面上，上下两侧粘贴的纤维增强布沿试样高度方向以预制缺口8所在轴线为对称轴左右对称布置，避开预制缺口所在轴线位置，且上侧与下侧的粘贴纤维增强布不相互重叠；将粘贴纤维增强布后的混凝土试样5放置于固定支座10上方，预制缺口8与承压垫块11同轴设置；

10、刚性滑轨3，包括内滑轨和外滑轨，两者沿竖向相互嵌套设置，且内滑轨和外滑轨仅允许竖向方向发生相对滑动；位于混凝土试样一个侧面的内滑轨和外滑轨采用矩形框架，两个侧面上的相应内滑轨通过螺杆连接在一起，两个侧面上的相应外滑轨也通过相应螺杆连接在一起，内滑轨的矩形框架下端内表面与混凝土试样下侧的纤维增强布7连接固定在一起；外滑轨的矩形框架的上端内表面与混凝土试样上侧的纤维增强布7相连；内滑轨的上端外表面和外滑轨的下端外表面分别通过柔性垫块与试验机横梁和承压垫块贴合；

11、所述加载头4在初始状态下未与刚性垫块6直接接触，当柔性垫块2进入屈服阶段后，加载头4与刚性垫块6接触，构成标准三点弯曲断裂形式。

12、第二方面，本发明保护一种拉伸应力持续约束的混凝土断裂测试方法，所述测试方法使用所述的系统，包括以下步骤：

13、第一步：首先在混凝土试样跨中区域上侧与下侧粘贴纤维增强布，要求上下两侧粘贴的纤维增强布沿试样高度方向中间对称分开布置，随后将混凝土试样放置于固定支座上方，要求预制缺口位置与承压垫块同轴布置；

14、第二步：在混凝土试样正、背侧面对称安装刚性滑轨，每侧的刚性滑轨均设内、外滑轨，内滑轨上端、外滑轨下端分别采用柔性垫块与试验机横梁及承压垫块贴合，为后续柔性-刚性加载模式切换提供稳定边界；

15、第三步：启动试验机，柔性垫块开始受压，带动与纤维增强布连接的内、外滑轨产生远离中心的滑移，此时混凝土试样跨中部位逐渐有拉应力产生，待柔性垫块压缩至屈服阶段后，跨中纤维增强布提供的拉伸应力趋于稳定，进而实现恒定约束应力的施加；

16、第四步：继续加载，当与试验机横梁连接的加载头与刚性垫块接触后，加载模式由柔性拉伸转变为刚性三点弯曲，形成标准三点弯断裂工况，裂缝沿跨中对称轴稳定向上扩展，当裂缝贯穿混凝土试样顶面时，终止试验，获取完整断裂试验曲线。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

18、本发明可在断裂试验中同步引入恒定拉伸应力场约束，有效解决现有设备难以耦合拉-弯工况的瓶颈，为混凝土开裂机理研究与工程安全评估提供稳定、可靠的试验平台。

1.一种拉伸应力持续约束的混凝土断裂测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述内滑轨与外滑轨之间采用直线导向榫槽结构，内滑轨两侧设有凸榫结构，外滑轨对应位置设有凹槽导轨，两者相互配合形成仅可沿竖向相对滑动的刚性滑轨。

3.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，柔性垫块的尺寸与内滑轨上端和外滑轨下端的在水平面上的投影面积相同。

4.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，在刚性滑轨的两个内滑轨和两个外滑轨的上下四角位置分别设置螺栓孔，带螺旋丝扣的高强螺杆穿过所述螺栓孔将混凝土试样两个侧面的两个内滑轨和两个外滑轨连接在一起；

5.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述柔性垫块选用包括聚乙烯或聚丙烯在内具有一定屈服强度的柔性材料；柔性垫块达到屈服强度时为混凝土试样提供一个恒定的压应力；

6.一种拉伸应力持续约束的混凝土断裂测试方法，其特征在于，所述测试方法使用权利要求1-5任一所述的系统，包括以下步骤：