摘要：随着我国建造了像溪洛渡高拱坝这样的大体积混凝土建筑物，混凝土受拉性能的研究越来越引起人们的重视。本文介绍了利用自行研制的简易拉伸试验系统，对尺寸为450mm×450mm×1350mm 三级配混凝土试件进行单轴受拉试验，成功采用预埋螺杆的连接方法实现了该试件拉伸试验，并绘出了相应的应力～变形全曲线。
关键词：混凝土；单轴拉伸；连接方式；应力～变形全曲线
1．引言
混凝土是民用工程中一种应用极其广泛的建筑材料，也是国防安全防护工程中常用的重要工程材料，对其力学性能的研究对充分发挥材料强度、降低工程造价、更合理地设计混凝土结构物具有十分重要的意义。
实际工程中混凝土结构的最终破坏多取决于受压区混凝土的性能，因此混凝土结构的设计计算中并没有十分强调其拉伸性能。近年来，随着我国在西南高烈度地震地区修建了像溪洛渡高拱坝这样的大体积混凝土建筑物，由于其坝体应力情况比较复杂，有时不便配置钢筋来抵抗拉力，只能通过混凝土自身的抗拉能力抵抗外荷载。这种情况下，混凝土自身的拉伸性能已成为高拱坝安全的决定因素。
1998 年，陈萍[1]等人对三级配混凝土的拉伸全曲线进行了试验研究，其中试件截面尺寸达到250mm×250mm，这是国内当时所做过的最大尺寸试件。但是由于受到试验装置、试件制作等因素的影响，有关大尺寸混凝土试件直接轴心受拉的试验仍然比较稀少，因此笔者决定选择三级配大尺寸混凝土作为研究对象，从而对其轴心受拉性能作一定的研究。
2．试验原理与方法
本次三级配大尺寸混凝土轴心受拉试验在河海大学结构试验室进行，混凝土试件尺寸为450mm×450mm×1350mm。在试件浇筑中，选用的水泥强度等级为42.5，骨料采用三级配碎石，最大骨料粒径80mm。
2.1 混凝土试件制作
使用自落式大功率搅拌机将原材料搅拌均匀后，将混凝土浇到450mm×450mm×1350mm
的钢模中，用插入式振捣棒振捣成型，两天后拆模，室温自然养护30 天后进行试验。本次试验共成型试件2 根，试件编号分别为1、2。
试件两端的预埋筋是通过特制模板进行定位的，如图1 示。试件两端预埋钢筋分别采用12根φ18 A3 螺杆，该螺杆全长车有螺纹。成型试件如图2 所示。
2.2 试验装置
本次试验装置选取了河海大学陈玉泉等人自行研制的大刚度试验系统，该系统在刚度测试结果进行分析的基础上，可实现截面尺寸为450mm×450mm 混凝土单轴拉伸全曲线测试的试验方案，2006 年李军[2]等人首次利用该设备对混凝土的单轴拉伸的应力~应变全曲线进行了试验研究。本次试验装置各组成部件和构成关系见图3 和图4。该装置主要有以下两个创新点：1.本装置采用阻尼器作为并联刚性组件，2.试件端部连接采用预埋钢筋方式。
2.3 试验测量方法与设备
本次试验选取试件正面和反面中部450mm 范围作为变形量测标距，另选取正反面侧边附近1300mm 标距内千分表的位移对试验进行监测。如图5 所示。
本次试验试件的轴向拉力采用自制拉力传感器进行测量，量程达到1500KN，变形量测采用6 只电测千分表，精度为0.5μm，千分表的量测标距和位置如图5-1 所示。试验开始前依次将1 号～6 号电测千分表以半桥接法接入DH5937 动态应变仪的4-1～4-6 通道，将力传感器以全桥接法接入4-7 通道，将动态应变仪通过并口EPP 模式与微型计算机相连，试验中即通过与DH5937 动态应变仪配套的DHDAS 数据采集系统高速采集数据。由于该系统可将两通道内的测得的数据以X-Y 函数的窗口形式表示，这给混凝土轴拉曲线的测试带来了很大的方便，正式试验首先打开四个X-Y 记录绘图窗口，自变量X 分别采用监测用的四个千分表实时测得的位移数据，因变量Y 采用4-7 号通道内测得的荷载数据，试验中笔者即通过观察四条曲线的走势实现千斤顶加卸载的控制。
3．试验数据分析
本次试验测得了试件的应力～变形全曲线，分别由所对应通道测试到的荷载和变形数据点进行转换得到的。由于测得的原始数据点包含了高频噪声的影响，因此通过Microsoft Office 系列的EXCEL 软件[3]对各通道数据进行滤波处理，滤波方法为各通道内每0.1 秒内数据取一个平均值。试件1、2 的试验结果如表2 所示。
对试验所得的数据进行处理，绘出混凝土的应力～变形全曲线，具体的处理方法是：由于试件的相对侧面受偏心影响的效果是相反的，因此，将相对侧面的变形相加然后再平均（假设试件在变形过程中每个截面均保持平行），然后得到的曲线就更能反映试件形心处的应力～变形关系。本次试验所得的混凝土应力～变形全曲线如图6 和图7 所示。
4．结论
本文利用自制的试验机，对450mm×450mm×1350mm 三级配混凝土试件进行了轴拉全曲线的测定，本次试验中的试件尺寸是迄今为止国内所做过的同类试验中的最大尺寸。本次试验有助于人们对大体积混凝土的断裂性能的深入了解，为混凝土结构的非线性分析提供了一些相关的参数。
本次试验采用端部预埋钢筋的连接方式，试验过程中得到了较好裂缝位置，验证了这种连接方式在大尺寸混凝土轴向受拉试验中具有可行性。
本文对所得的拉伸试验数据进行整理，并对整理后的数据进行拟合，混凝土单轴拉伸全曲线为混凝土单轴拉伸应力～变形全曲线，具有一定的参考使用价值。
参考文献
[1] 陈萍,混凝土轴向拉伸应力～变形曲线试验研究[D]. 河海大学硕士论文,1998.
[2] 李军,混凝土单轴拉伸应力～变形全曲线试验研究[D]. 河海大学硕士论文,2006.
[3] Microsoft EXCEL 软件操作手册[M]
