发布时间:2025-08-15 11:02:12
最近更新:2025-08-15 11:02:12
发布来源:微析技术研究院
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三点弯曲梁试验是评估材料抗弯力学性能的核心方法,广泛应用于混凝土、金属、复合材料等领域,结果直接影响结构设计的安全性与材料选型的合理性。规范执行流程是保证数据准确、可比的关键——从试样制备到设备操作,每一步偏差都可能导致结果偏离真实值。本文结合GB/T 50081-2019(混凝土)、GB/T 232-2010(金属)等标准,拆解三点弯曲梁试验的标准步骤,为实验室操作提供可落地指南。
试样尺寸的精准控制与测量
三点弯曲梁试样尺寸需严格匹配材料标准:混凝土梁常用150mm×150mm×550mm棱柱体(GB/T 50081-2019),金属试样则按截面高度d设计——长度一般为10d、跨度为8d(如d=10mm时,试样长100mm、跨度80mm)。
尺寸测量需用精度≥0.02mm的游标卡尺或千分尺,对长、宽、高各测3个均匀点(如长度测两端与中间),取平均值作为最终尺寸。截面尺寸偏差需≤±0.5mm,长度偏差≤±1mm——若截面高度偏小,会导致计算出的抗弯强度偏高;长度偏差过大则影响跨度准确性。
试样外观与内部质量的逐项检查
试样表面需无影响试验的缺陷:混凝土试样要排查蜂窝、麻面、裂缝或外露钢筋,浇筑面平整度用直尺测量,间隙≤0.5mm;金属试样需去除氧化皮、划痕或毛刺,避免应力集中引发提前破坏。
内部质量需预处理确认:混凝土试样需在标准养护室(20±2℃、湿度≥95%)养护28天,确保强度稳定;金属焊接试样需用超声探伤检测焊缝,避免夹渣、气孔等内部缺陷——这类缺陷会让试样在低于真实强度时断裂,无法反映材料性能。
试验设备的前期校验与准备
首先确认万能试验机量程:需覆盖试样预估最大荷载的20%-80%(如混凝土梁预估极限荷载50kN,选100kN量程),避免小量程过载或大量程精度不足。试验机示值误差需≤±1%(JJG 139-2014),且在校准有效期内(每年校准1次)。
然后检查传感器与附件:压力传感器开机后需空载清零,引伸计(测挠度)量程要匹配试样最大挠度(如混凝土梁选5mm量程),且弹性常数每半年校准1次。支撑辊与加载辊表面需光滑无划痕,直径偏差≤±0.1mm、硬度≥HRC50,防止加载时辊子变形。
支撑与加载系统的安装调试
按试样跨度调整支撑辊间距:混凝土梁跨度400mm(150×150×550试样),用专用量规测支撑辊中心距,误差≤±1mm。支撑辊滚动方向需与试样长度垂直,确保加载时自由转动,减少摩擦力干扰。
加载辊安装在试验机横梁后,需用直角尺检查其轴线与支撑辊轴线的垂直度(偏差≤0.5°)。安装完成后手动推动加载辊,确认无卡顿——若转动不畅,会增加试样受载时的摩擦力,导致结果偏大。
试样的定位与固定
将试样轻放于支撑辊上,确保受拉面朝下(混凝土梁受拉面为浇筑底面,可通过表面浮浆判断)。用直尺测试样两端悬出长度,偏差≤2mm(如混凝土梁两端各悬75mm,550-400=150)——悬出不均会导致偏心受载,结果偏差可达10%以上。
在试样表面用划线笔标跨度中点(加载点),调整加载头对准该点,偏差≤1mm。金属试样用引伸计时,需将引伸计夹头对称固定在受拉面两侧(如距中心各20mm),确保引伸计与试样垂直、无松动——引伸计偏移会导致挠度测量误差。
加载速率的科学选择与设定
加载速率需匹配材料特性:混凝土按GB/T 50081-2019选0.5-1.0MPa/s(应力速率),计算方法为“荷载速率=应力速率×截面模量”——150×150混凝土梁的截面模量W=562500mm³,应力速率0.5MPa/s时,荷载速率=0.5×562500=281.25N/s(约0.3kN/s)。
金属试样按GB/T 232-2010:弹性阶段用2-20MPa/s应力速率,塑性阶段用0.00025-0.0025/s应变速率。设定速率前需校准:用试验机“速率校准”功能确认实际速率与设定值偏差≤±5%,避免速率波动影响结果稳定性。
试验过程的实时监控与异常处理
启动试验机前确认周围无障碍物,缓慢提升加载头接触试样(避免冲击荷载)。加载中实时观察变形:混凝土梁在荷载≤50%极限值时为弹性变形,出现第一条垂直裂缝(受拉面)时记录“开裂荷载”;加载至荷载下降至极限值80%以下(试样破坏),记录“极限荷载”。
若出现加载头偏移、引伸计松动或试验机报警,需立即按“紧急停止”——严禁异常加载,否则结果无效。脆性材料(如玻璃纤维复合材料)试验时,需戴防护眼镜防止碎片飞溅。
关键数据的同步记录与存储
同步记录的数据包括:试验编号、试样编号、材料类型、尺寸(L/b/h)、跨度S、加载速率v、开裂荷载P_crack、极限荷载P_max、最大挠度f_max、破坏形态(文字+照片)、日期、操作人员。
记录需用专用表格(纸质/电子),避免涂改——电子记录备份至云端,纸质记录装订保存≥5年(实验室体系要求)。破坏形态照片需标注试样编号与角度(正面/侧面),分辨率≥1920×1080像素,便于后续复查。
试样破坏后的状态留存与分析
试验结束后保留试样破坏状态24小时:混凝土梁用裂缝尺测裂缝宽度(精确至0.02mm),标记位置与长度;金属试样保留断口完整性(避免碰撞)。
若试样异常破坏(如混凝土梁斜拉破坏而非弯曲破坏),需分析原因:支撑间距偏差过大则调整支撑系统,加载点偏移则优化定位——分析结果写入报告,作为后续试验改进依据。
试验环境的收尾与设备维护
试验后清理试验机表面杂物(混凝土碎屑、金属粉),用抹布擦拭支撑辊与加载辊。关闭电源前将加载头回升至初始位置,避免长期受压变形。
定期维护:支撑辊与加载辊每月涂防锈油(锂基脂),试验机丝杠每季度加润滑油,传感器避免碰撞受潮——良好维护能延长设备寿命,保证试验精度稳定。
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