拉伸和压缩实验

1028页拉伸和压缩试验拉伸和压缩试验是建筑材料力学性能试验中最根本和最一般料的工作条件，而工作条件又取决于材料本身的构造性能，即：或依据受力特点——受拉或受压，选择构造材料。例如：金属材料具有较高的抗拉强度，同时也具有较高的〔假设为瘦长杆〕简洁失稳，为此，需增加杆件的截面积，而材料的强度值未能充分得以利用。因此，按材料的性能进展设计时，钢构造中的杆件应尽可能设计为受拉杆件。又如：大多数无机非金属材料如：混凝土、砖、砂浆等，比就显得很重要。而这类材料用于承受拉力荷载明显是不适合〔拉断而开始的。总之，材料受拉力和压力的作用，是材料受力的两个最根本形式，此外材料还可能受到弯、剪、扭等力的作用，材料抗拉强度与抗压强度之间有肯定关系〔材料不一样关系不一样值。〔建筑构造中，柱墙主要承受压力，梁、板主要承受弯曲应力，屋架中的拉杆承受拉力〕第一节 拉伸试验一、对试件的要求〔对试件总的要求是，对试验结果影响大的应消退〕1、试件形式，有园柱形，如钢，平板形，如钢板等，8字形，如砂浆等，受拉截面一般为园形、正方形或长方形。为了使断裂面发生在试件中长度的中部试件总是制成在长度中间的影响。2机夹具装臵。可做成平滑的、阶梯形、螺纹形或锥形等。端部的钢材为1.5:11.7—3.75:1,对脆性材料端部的制作特别“8”字形砂浆试件〔但此试件非承受夹持方式。3、试件的对称轴，试件在整个长度应对称于纵轴，以防止加荷时因偏心而受到弯曲作用〔这对脆性材料影响尤其严峻以下图为平板式试件制备中常见的几种弊病：4、试件中间缩小截面的长度和面积，取决于试验材料的类很短。如钢筋试件L0

5d或L0

10d0

，而砂浆“8”字试件则很短。强度值较低。面积面积cm2501002004001000强度比值1.201.000.850.800.70试验这类材料，要得到可能的数据，关键是严格对中，避开法可用一般的立方体或圆柱体试件〔在砼抗拉试验中介绍。二、夹具装臵1、对夹具装臵的根本要求影响脆性材料的抗拉强度。2、夹具材料的破坏。契形夹具主要分为外表为平的和工字形凹槽两种，夹具正确地位于试验机压头中心，以下图为夹具安放的正确与否：对于其他外形的试件，如做圆柱形或方形砼拉力试验时必须设计适合的夹具装臵，如：〔在图a，b中承受了球座为了使试验的中心线与夹具的〔但其也问题。三、试验过程1测定其抗拉强度和断裂特性。〔上、中、下三个断面，分别测出相互垂直的两个直径，取其平均截面，适当地选取三个位臵量，取三个厚度和宽度。①确定测试指标；②尺寸测量；③刻画标距；④选择试验机测量范围。3为根本准则。假设用引伸仪、千分表或其他仪器、仪表，必需安放在试件中心线上适应的位臵。4刻度盘，使指针处于第三象限为最好，也可处于其次象限。5、试件安装，安装时应检查夹具是否安全、正确，试件安放位臵应便于观看标志。6铸铁的断口是铅灰色、平坦的晶粒状。四、主要影响因素影响拉伸试验结果的主要因素是试验条件，其中包括试件尺寸、外形；试件制作工艺；夹具和试件安装；试验加荷速度以及试验时环境的温度、湿度等。1、长径比〔L/D〕的影响不同长径比的试件及试验结果如图：长径比大，延长率小，主要由于计算延长率的根底长度而延长长最大的在中间。从图中可以看出，当L/D2L/DL/D2的约束使截面缩小零。L/D较小者比L/D较大者的延长率大。〔〕L/D有较高的强度和格外的变形〔呈脆性材料的性质。2度和降低外表韧性，对脆性材料回引起强度降低。38”字形试件〔砂浆〕应力分布是不均匀的，如图：4明显的影响。5、加荷速度的影响，加荷速度快，导致材料强度提高，有些材料在慢速荷载作用下具有相当的韧性，但假设实行突然加荷，则破坏时的延长率很小。前面讲了四个方面的问题：试件要求，截面形式，长度中间截面尺寸的缩小，缩小截面的长度，端部外形，对称轴〔长度方向对称于纵轴〔试验工程、测量尺寸等、标距、选择试验机。五、钢材拉伸试验合格的一个试验工程。1、低碳钢〔软钢〕受拉应力——应变图OA——弹性阶段〔Ⅰ〕AB——屈服阶段〔Ⅱ〕BC——强化阶段〔Ⅲ〕CD——颈缩阶段〔Ⅳ〕B点屈服点用

表示：是呈现屈服现象的金属材料，试s样在试验过程中力不增加仍能保持连续伸长时的应力。B是屈服阶段的最高点称上屈服点用 表示是试上 sn样发生屈服而力首次下降前的最大应力。B点称为下屈服点用 表示是当不计初始瞬时效应下 sl时屈服阶段中的最小应力。——抗拉强度b其屈服点，故常以规定剩余伸长率为0.02%的应力作为规定的屈服极限用

表示。2、试样尺寸及外形3、试样尺寸测定和预备4、试验条件〔试验速度、试验温度〕5、主要仪器设备6、性能测定屈服点

，上屈服点s

，下屈服点3n

的测定。sla、指针法，拉伸中：测力度盘的指针首次停顿转动的恒定力〔F

〕——对应s屈服点或指针首次回转前的最大力〔Fsn

〕——对应上屈服点。或不计初始瞬时效应时的最小力〔Fsl点。

〕——对于下屈服b、图示法在拉伸曲线上确定屈服平台恒定的力F

或屈服阶段中力s首次下降前的最大力Fsn

或不计初始瞬时。②规定剩余伸长应力

的测定〔试验课讲〕抗拉强度

的测定b断后伸长率的测定〔试验课讲〕六、砼抗拉强度试验〔劈裂法〕七、木材顺纹抗拉强度试验§压缩试验一、对试件的要求1、试件截面不同截面的试件在受压时，其截面应力分布有较大差异，了制作方面等缘由又常承受正方形截面的试件。2、试件的高度比〔或高度与直径之比，一般可以从1——4分布不均，截面应力分布示意图。假设高度比过小，则试验机承压板对试件端部的约束摩擦影响加大，使试件测试的强度结果值增大。当需要测定压缩应力——应变曲线，就需承受较高的试件，以便安装测试仪器〔如砼抗压弹性模量的测定承受150×150×300mm。3、试件的尺寸取决于材料类型，对宏观匀质材料，如木材、岩石〔假设只测其极限抗压强度〔如木材顺纹抗压采用20×20×30mm的试件粒径等因素的掌握，其试件尺寸相对较大〔承受150×150×150立方体作为标准试件。4、试件的受压必需是平滑的，并与试件轴线或垂直，因此，砼成型时的外表，不得用作受压面。二、支承板及球面支座在二节四条中，要求试件外表平坦不至于引起应力集中，要求试件受压面与竖向轴线垂直，不至于由于偏心荷载引起弯曲。象金属试件，可用机械加工平坦，各面可以相互垂直，木材能锯到平坦，且试件尺寸较小，简洁满足上要求，然而对砼、石目的。试件应位于球面支座的中心加封顶材料的试件，其封顶材料的弹性模量及强度至少等于试验材料的弹性模量及强度。不能用橡胶板和纤维板等软质材料做支承板。试件外表和支承板应枯燥、无油迹等。三、试验过程1、抗压试验通常测定的性能是抗压强度。对于脆性材料其极测定压力——应变曲线和弹性模量等。2、抗压试验的一般过程试件尺寸测量〔有的需称其质量〕——将试件正确地臵于试验机承压板上——按规定速度进展加荷——记录荷载读数——结果计算等试件尺寸的测量所使用的量具必需满足相应的精度要，其相互垂直的直径上测量，取其平均值。放臵试件时，留意对中和较平，并留意试件的受压面。加荷速度，在很多状况下，在到达最大荷载的一半以前允许用某一适宜的速度加荷，随后按规定的速度加荷。试验中假设测变形，至少应取两个相对方向所测之值的平均120度的三个角度线上测量变形。3、抗压破坏的类型抗压试件破坏有多种类型，对于脆性材料一般沿着对角面或者锥形〔圆柱体试件〕或金字塔形〔立方体试件〕这些类型基本上是属于受剪而破坏。莫尔理论，裂开面的角度是内摩擦角的一个函数，如图由图可得：290o4o24o2度与理论值会产生较大偏差。铸铁、砂岩、砖和砼等材料，试验中观测到的值约为50o——60o。木材的破坏类型〔荷载平行于纤维方向〕a、压碎〔断裂面近似水平〕b、契形劈裂〔劈裂方向：径向或切向〕c、剪切〔断裂面与水平方向成锐角〕d、劈裂〔顺纹和横纹两方向强度相差较大〕e、剪切和顺纹劈裂〔通常发生在横纹试件中〕对于韧性材料和塑性材料，在压缩试验过程中，有的以变形低的材料，试验过程中外表硬化进展成外表裂缝而作为破坏。1〔环箍效应。压机压板弹性模量比砼大5——15倍，波松比则不大于砼的两倍，所以在荷载作用下压板的横向应变小于砼的横向应变，因而上下压板与试件的上下面之间产生的摩擦对试件的横向膨大，在距离端面大约作用才消逝。

a〔a为试件横向尺寸〕的范围以外约束3232、试件端部条件，平坦度的影响砼封盖时，如有少量凸出，强度会降低20%左右，封盖材料的强度对砼强度的测试结果也有影响。3、加荷速度加荷速度快显示出的强度高4、测试时试验室纬度、湿度等因素也有影响。七、一般粘土砖抗压强度试验八第三节砼抗压弹性模量试验在钢筋砼构造设计和混凝土变形计算中，都需要计入砼的弹性模量。一、砼应力——应变曲线与各种切线图砼应力——应变曲线上任一点 ——弹性应变ce ——塑性应变cp ——总应变Ec

dc”tgcceEtgcc 0ceccE”tgdccce

””tgc1c

cc砼原点弹性模量不易测准，实际很少应用。砼切线弹性模量仅适用于很小的荷载变化范围。此，常在工程上承受。40%时的加荷割线模量。试验机，变形测量仪表等。以150×150×300mm的棱柱体试件作为标准试件，每次制作6个试件，其中3个用于测定砼轴心抗压强度。1、试件从养护毛巾取出后，应在1小时内进展试验，试验前应用湿巾掩盖，避开水分蒸发。2、擦拭试件外表，外观检查，测量尺寸〔截面尺寸，计算轴心抗压强度。3、取将34〔弹性模量试验〕试件安装①试件相对两侧面画一条中心线〔不取试件的成形面和其对面150mm。②调整试件在试验机上的位臵，使其轴心与下压板的中心对5、测试①预压三次以砼立方体抗压强度试验之加荷速度要求〔 c 时取300.3-0.5MPas

0.5-0.8MP30 as

〕,加至0.4f ，然c后以同样速度卸至0，如此反复三次。此过程中，观看试验机及仪表运转状况，如有必要，应予调整。当承受100×100mm截面的非标准试件时，其两次测读得的变形值之差不得大于变形平均值的20%，否则应调整试件位臵。②加荷测试以①之加荷速度进展第四次加荷0.5Mp

Pa

，保持30s，分别读取两侧仪表读数0

Pa

30s，读取试件两侧仪表读数。4P0

30S0

加至Pa

30s计算5如此反复。当与4 5

相差不大于0.00002L，可停顿试验，否则应重复上述过程直至满足要求。〔L——测点标距〕五、结果计算E

pp L aA occnE——砼弹性模量 MPc aP0.4fcNapNOA——试件承压面积mm 2——最终一次从pP时的试件两侧变形差的平n O ammL——测点标距弹性模量按3fc”与fc之差超过20%fc，则Ec

按另两个试件的平均值计算，如有二个试件与fc之差超过规定，则试件结果无效。该试验所显示的对试验的一些根本要求1、尽可能承受标准试件，当确有必要时，有条件地承受非标准试件〔高度比应在2-3范围内。2、影响因素、养护时间、测试时间、测试前的养护、加荷速度等。3、试件的成型面不作测试面〔抗压中不能作受压面；4、试件的对中。5、仪表的安装应便于观看〔千分表读数。思考题：1、某厂生产的一批粘土砖〔厂方设计标号200#〕送样到试验室检测其标号，现试验室有五种测力范围的试验机可供选择〔A——1000KN B——800KN C——500KN D——200KN E——100KN好？哪种试验机也可选用？哪种试验机不能选用？问题：圆形截面试件制作困难表现在哪些方面？①成型试模制作②试件成型③试件后期制作④试验操作主要表达为：圆形截面的试件，其成型面必需成为受压面，型时的侧面所受压面。问题：〔假设无国家标准〕对抗拉、抗压试件尺寸确实定应遵循哪些原则？第七章 第一节 剪切试验一、在剪应力作用下材料的特点剪切就是材料受到一对大小相等、方向相反、作用线很近的形，而后被剪断。1、不同荷载作用下的剪切直接剪切〔铆钉〕扭转荷载产生的剪切转中不存在弯曲而只有剪切叫纯剪。a、扭转试验中，对于抗剪强度低于实际抗拉强度的材料，图：b铁，则破坏是首先在杆的最外层沿着与杆轴约成45度倾角的螺旋形曲面发生拉断而产生的，见图：矩形截面均质梁中的剪切〔变弯剪切〕剪应力沿梁截面高度按二次抛物线规律而变在中和轴处剪50%。单向拉伸或压缩时产生的剪应力当物体单向承受拉伸或压缩应力的作用，那么45度斜面上件试件沿45度斜面发生剪切运动而破坏，这就可以说明材料是由于超过其抗剪强度而破坏。如铸铁压缩时的破坏。2、切应力与切应变扭转试样的应力和应变图试件外表的应力状态②弹性变形阶段的切应力和切应变沿截面的分布，均呈线性分布！③弹塑性阶段的切应力和切应变沿截面的分布，切应变呈线性分布！切应力不呈线性分布！依据材料力学：

剪切应变

L——圆柱形试样的半径L由虎克定律，比例极限以内的最大剪应力可用下式求得：GG——剪切弹性模量

GL假设取d

长的一段进展分析可得：xM GdIT dxI——横截面极惯性矩即： d Mdx GITddxG.I——抗扭刚度

与MG.ITML总扭转角 T GI假设要测剪切单性模量G，依据试验中所加扭矩MT转，由上式计算而得。对于圆形截面的最大剪应力为：G

和所测扭LT=GMTL GI

M IT

16MT d3T假设欲求塑性范围内的真实切应力，可用以下公式计算： 1 d ” T3Mmax

d3

d” T22 2 = 单位长度上的扭转角Ld——〔圆柱形〕试件直径KKLMMT TK

K

” K则真实扭转强度：

4 ”

dM

3M Kr

d3

Kd”

TKK如测得的M ”曲线在最终局部几乎与”轴平行，则可近似地TTd”Td”

=0，于是12Md TKdKr 3按弹性过程计算时，扭转条件极限：TKTKd3 16K可见：

Kr K二、剪切试验的类型直接剪切可产生剪切应力受弯时也可产生剪切应力单向拉伸或压缩时可产生剪切应力扭转时可产生剪切应力作为剪切试验，一般有直接剪切试验和扭转试验1、直接剪切〔考虑材料抗剪性能的一种简洁表示〕试验中，试验装臵应结实地将试件夹住，荷载与试件保持肯定的垂直关系，平稳加荷，使试件不发生弯曲应力。2、扭转剪切可较为准确地测定剪切性能，用实心圆截面或空心球形截面的柱体做试件。在试验中，借助于相应的仪器可以测定变形。不能显示材，但对外表缺陷以及外表硬化层的性能都很敏感。扭转试验用语测定脆性材料的剪切强度是不适应的。3、剪切试验确实定使受力重分布，各铆钉受力较为均匀。其次节 弯曲试验一、材料受弯特性力作用在试件上，使其截面上一局部产生压应力而另一部分未产生压应力，那么试件就是弯曲了。建筑构造中最常见的弯曲状况是筒支梁和悬臂梁。一般状况下弯曲伴随着横向剪切，假设只有弯曲应力而没有剪切应力，则称之为纯弯曲。最大正应力

Mmax WW——抗弯截面模量〔矩形bh26

，圆形d3 〕32最大剪切力

max

32 A——横截面上剪力 A=bh矩形截面面积22I4

y2I——极惯性矩 h——梁高y——剪应力处距中和轴的距离超过比例极限后，应力与应变不成比例，因此，在横截面上的弯曲应力不成直线变化。如图：1、弹性阶段，线性变化，中和轴即重心轴2、超过比例极限，按弯曲方程My 计算出的最大应力高于I实际最大应力。3