一种大面积混凝土板抗压强度试验方法

技术领域

本发明具体涉及一种大面积混凝土板抗压强度试验方法。

背景技术

混凝土面板堆石坝是一种经济性、安全性和适用性都较优的一种坝体，在我国得到了广泛的应用。根据已有统计数据，截止2016年，我国在建和已建的30m以上的面板堆石坝总数超400座，遍布全国各地，数量占全球总数的一半以上。因此，面板堆石坝的安全问题显得尤为重要。已有的观测资料表明，大坝堆石体由于受自重和库水压力作用，会出现向河床中部和下游移动的趋势，这会使得混凝土面板在大坝中部沿坝轴线方向受到巨大挤压作用，从而产生挤压破坏的风险，目前国内外已发生数例面板挤压破坏的情况。因此，在设计时对面板实际抗压性能进行了解是很有必要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种大面积混凝土板抗压强度试验方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种大面积混凝土板抗压强度试验方法，其包括以下步骤：

一、制备两个混凝土面板试件SLAB1和SLAB2，其内不含钢筋，且面板尺寸为长×宽×厚度＝1500mm×1500mm×150mm，且其中混凝土面板试件SLAB1内部设有两个正交设置的应变计；

二、设计加载装置，所述加载装置包括用于放置待试验混凝土面板试件的自平衡框架、设置在待试验混凝土面板试件两端的传力钢板以及多个等距设置的千斤顶，且所述千斤顶通过并联的方式由电动油泵控制，且其还设有压力数显表；

三、将两个混凝土面板试件分别置于两个上述加载装置上，并采用荷载控制的方式分级加载，其中，在总荷载达到2000kN之前，每级荷载增加数值为 200kN，总荷载2000kN之后，每级施加数值调整为100kN，每级荷载持续试件为3min，记录应变计读数，并观测混凝土面板试件表面裂缝，在加载后期，当千斤顶压力难以增长，且应变计实时读数出现巨大增幅时，试件被视为已达到荷载峰值，试验结束，记录荷载跌落前的最大读数和相应的应变值；

四、根据获得的应力与应变值，绘制混凝土面板SLAB1的轴向应力-轴向应变曲线以及横向应力-横向应变曲线，其中轴向应力及轴向应变值指的是与加载方向同向的应力和应变值，横向应变值指的是垂直于加载方向的应变值，轴向应力通过千斤顶的总荷载÷混凝土面板侧面面积获得；

五、通过观察混凝土面板试件表面裂缝，并绘制试件裂缝分布示意图；

六、根据步骤四中获得的混凝土面板SLAB1的轴向应力-轴向应变曲线以及横向应力-横向应变曲线及步骤五中获得试件裂缝分布示意图，得到混凝土面板试件的基本力学参数。

步骤一中，混凝土材料采用设计标号为C25的混凝土，其配合比为水泥：砂：石子：水＝1:2.533:3.967:0.5，其中水平采用P.O 42.5型号水泥，碎石粒径范围为5-31.5mm。

步骤一中的混凝土面板试件SLAB2内部不含应变计及传感器，并作为混凝土面板试件SLAB1的参照。

步骤二中，所述传力钢板的厚度为5cm。

步骤二中，千斤顶为液压千斤顶，其顶头直径为15cm、最大加压荷载为 2000kN。

所述混凝土面板试件与自平衡框架通过螺栓连接。

本发明的有益效果：可对堆石坝面板缩尺试件进行抗压性能测试，用以分析大尺寸混凝土面板的抗压性能与实验室材料抗压性能间的关系，并结合试验结果，对大尺寸混凝土面板的抗压性能及断裂破坏形态进行分析，可为工程设计提供参考依据。

附图说明

图1为本发明加载装置的平面图。

图2为本发明的试件裂缝分布示意图。

图3为本发明的轴向应力-轴向应变曲线。

图4为本发明的横向应力-横向应变曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……) 仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图所示，本发明公开了一种大面积混凝土板抗压强度试验方法，其包括以下步骤：

一、制备两个混凝土面板试件SLAB1和SLAB2，其内不含钢筋，且面板尺寸为长×宽×厚度＝1500mm×1500mm×150mm，且其中混凝土面板试件SLAB1内部设有两个正交设置的应变计；

为尽可能反映混凝土面板的实际抗压承载能力，确保其不受尺寸效应的影响，设计的面板尺寸为长×宽×厚度＝1500mm×1500mm×150mm，其内部不含钢筋。混凝土材料采用设计标号为C25的混凝土，其配合比为水泥：砂：石子：水＝1:2.533:3.967:0.5，其中水平采用P.O 42.5型号水泥，碎石粒径范围为5～31.5mm，其级配如表1所示。本发明试验共浇筑两个面板试件，分别标号为 SLAB1和SLAB2，其中，混凝土面板SLAB1埋有正交的一对振弦式应变计(标距 10cm，量程±2000微应变)，用以测量轴向应变和另一正交方向的应变；为排除内置传感器对整体受力的影响(内部传感器尺寸较大，视为一种缺陷)，混凝土面板SLAB2不埋置任何传感器，仅测试抗压强度和断裂破坏形态，用以作为混凝土面板SLAB1的参照。经过材料测试，本发明试验采用混凝土的标准立方体抗压强度约为28MPa，弹性模量约为20GPa。

表1碎石级配

二、设计加载装置，所述加载装置包括用于放置待试验混凝土面板试件的自平衡框架、设置在待试验混凝土面板试件两端的传力钢板以及多个等距设置的千斤顶，且所述千斤顶通过并联的方式由电动油泵控制，且其还设有压力数显表；

因为试件的加载方式为单向加载，而由于目前的试验加载仪器难以对这种尺寸的试件进行真正的压缩加载，本发明设计了一种近似等效的替代加载方式，如图1所示，试件的上部和下部各有一块厚度为5cm的传力钢板，用以传递荷载，其中上部钢板上等距的放置3个顶头直径为15cm、最大加压荷载为2000kN 液压千斤顶，这3个液压千斤顶通过并联的方式由电动油泵控制，以确保3个千斤顶所施加的荷载是同步且等幅值的，此外，油泵上还接有高精度的压力数显表，用以控制施加荷载的大小。

三、将两个混凝土面板试件分别置于两个上述加载装置上，并采用荷载控制的方式分级加载，其中，在总荷载达到2000kN之前，每级荷载增加数值为 200kN，总荷载2000kN之后，每级施加数值调整为100kN，每级荷载持续试件为3min，记录应变计读数，并观测混凝土面板试件表面裂缝，在加载后期，当千斤顶压力难以增长，且应变计实时读数出现巨大增幅时，试件被视为已达到荷载峰值，试验结束，记录荷载跌落前的最大读数和相应的应变值；

四、根据获得的应力与应变值，绘制混凝土面板SLAB1的轴向应力-轴向应变(σ-ε)曲线以及横向应力-横向应变(ε

五、通过观察混凝土面板试件表面裂缝，并绘制试件裂缝分布示意图；

混凝土面板在达到峰值后的裂缝分布形态如图2所示，在试验过程中，当荷载接近峰值的80％-85％时，混凝土表面开始出现裂缝，这些裂缝主要出现在试件两侧的自由面附近，其扩展方向大致与加载方向平行；在加载后期荷载达到峰值附近时，混凝土表面裂缝的张开程度迅速增大，且内部持续发出碎裂的响声，此时继续加压，荷载值基本持平不再上升，但试件内部的应变值读数会显著上升；最后，若继续强行施加压力，则试件裂缝会贯通试件，导致试件丧失承载能力，扩展程度较大的裂缝统一放于右侧以便比较，为防止强行加压对千斤顶造成损坏，本发明试验仅对试件SLAB1进行破坏性的加载。

六、根据步骤四中获得的混凝土面板SLAB1的轴向应力-轴向应变曲线以及横向应力-横向应变曲线及步骤五中获得试件裂缝分布示意图，得到混凝土面板试件的基本力学参数。

由图3可以看出，随着加载的进行，由于混凝土内部损伤和微裂缝的不断产生，σ-ε曲线的系列逐渐变小，最终测得面板SLAB1的抗压强度为16.14MPa；而从图4可以看出，在加载前期，横向应变ε

表2面板抗压试验测得的基本力学性能参数

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。