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青島土工布抗拉强度(tensile strength)

时间:2017-08-04 16:19   作者:青岛梦想材料 点击:
青島土工布抗拉强度(tensile strength)
青島土工布材料的工程应用中,加筋、隔离和减荷作用都直接利用了材料的抗拉能力,相应的工程设计中需要用到材料的抗拉强度。其他如滤层和护岸的应用也要求土工合成材料具有一定的抗拉强度,因此抗拉强度是土工合成材料最基本也是最重要的力学特性指标。
土工合成材料的抗拉强度是指试样在拉力机上拉伸至断裂的过程中,单位宽度所承受的最大拉力,单位为千牛/米( kN/m)。式中  T-抗拉强度(kN/m);
P。——拉伸過程中最大拉力(kN);
B-试样的初始宽度( mm)。
土工合成材料的伸长率是指试样长度的增加值与试样初始长度的比值,用百分数(%)表示。因为土工合成材料的断裂是一个逐渐发展的过程,故断裂时的伸长不易确定,一般用达到最大拉力时的伸长率表示,即式中  £——伸长率(%);
Lo -试样的初始长度(夹具间距)(mm);
L。——达最大拉力时的试样长度( mm)。
對土工合成材料抗拉強度和伸長率的影響因素主要有:原材料種類、結構型式、試樣的寬度和拉伸速率。此外,因爲土工合成材料的各向異性,沿不同方向拉伸也會獲得不同的結果。
不同材料的合成纖維或紗線,它們的拉伸特性是不同的,由它們制成的織物也具有各異的拉伸特性,特別是有紡織物。無紡織物纖維的排列是隨機的,拉伸特性主要取決于纖維之間加固或粘合的強度,而纖維本身的性質僅爲次要的因素。
有紡織物的經紗(或扁絲)和緯紗,其粗細和單位長度內的根數,甚至材料都可能不同,從而導致經緯向的拉伸特性有一定的差別。至于無紡織物,根據鋪網時交錯的方式不同,經緯向強度也可能不一樣。爲反映土工織物的各向異性,一般要進行兩個方向的拉伸試驗,並分別給出沿經向和緯向的抗拉強度和伸長率。
拉伸試樣的寬度一般取50mm,這是沿用紡織部門窄條試驗的標准。拉伸時發現試樣發生了橫向收縮,但實際工程中土工織物常被埋在土、砂或石料之間,不會發生顯著的橫向收縮,所以窄條拉伸試驗與實際情況不相符合。采用窄條試驗時,無紡織物橫向收縮很大,有時高達50%以上,測得的抗拉強度偏小;而有紡織物的橫向收縮量很小,測得的結果要好一些。ISO/TC38/SC21土建紡織品分委員會于1987年3月在巴黎召開第二屆國際會議,建議試樣寬度以200mm爲基礎(如有必要可加寬到500mm),試樣的長度(夾具間距離)爲100mm。這是通過寬窄條試樣的對比試驗,發現200mm寬的試樣橫向收縮的影響較小。
拉伸速率的影響表現爲速率越快,測得的抗拉強度越高。當速率由10mm/rrun增大至100mm/min時,其強度增加約10%。因此,許多國家建議適當減慢拉伸速率和加大試樣寬度,使試驗條件趨近于工程應用中的情況。我國水利部發布的《土工合成材料測試規程》(SUT235-1999)采用的拉伸速率爲20mm/min。
目前我国常用的有纺扁丝织物(原材料为PP和PE)的抗拉强度在15•50kN/m,单位面积质量为400g/m2的无纺针刺织物(原材料多为聚酯)抗拉强度在10—20kN/m,单向土工格柵(原材料为HDPE)的抗拉强度在25•llOkN/m,双向土工格柵(原材料为PP)的抗拉强度在20。40kN/m,以上土工合成材料典型的拉伸过程曲线参见图3-4。
圖3-4土工合成材料典型的拉伸試驗過程
由圖3-4可見,拉伸試驗所得荷載一伸長曲線通常是非線性的,因此彈性模量也不是常數。根據不同拉伸曲線的特點,可以綜合出三種計算拉伸模量的方法。
1)初始拉伸模量E.,如果曲线在初始阶段是线性的,则利用初始切线可以取得比较准确的模量值,如图3 - 5a所示,这种方法适用于大多数土工格柵和有纺织物。2)偏移拉伸模量E。,,当曲线的坡度在初始阶段很小,接着又近似于线性变化时,则取直线段的斜率作为织物的拉伸模量,见图3 - 5b。此法多用于无纺织物。有纺织物在很慢速率拉伸时也有类似的特征。
3)割线拉伸模量E一当拉伸曲线始终呈非线性变化时,则可考虑用割线法,即从坐标原点到曲线上某一点连一直线,直线的斜率作为相应于此点应变(伸长率)时的拉伸模量,如图3 - 5c所示。当该点对应应变为10%时,其模量用符号E。,。表示。有的规范建议取E。,。作为土工合成材料的设计依据。
對于土工織物的拉伸試驗,曾提出了許多改進意見,爲防止織物的橫向收縮,采用平面應變拉伸裝置,如圖3-6所示。拉伸過程中,四根導杆在下夾具孔中自由滑動,間距不變,織物邊緣用多個小軸承配合螺釘夾緊,隨著織物伸長,軸承沿導杆滾動,從而限制住織物的橫向收縮。當無紡織物無橫向收縮時,拉伸模量增大,伸長率縮小,而測得的抗拉強度一般偏小。此外,爲了模擬織物在土中有可能沿兩個方向都受力的特點,還研制了雙向拉伸試驗機。所有這些試驗方法都有各自的特點,多處于探討階段。但這些方法和土中織物受拉的邊界條件仍相差甚遠。許多試驗表明,隨著土工織物法向壓力的增加,織物的拉伸模量增加很快,特別是無紡織物更爲顯著。例如采用圖3-7所示裝置,織物在土中的法向壓力p。由砝碼通過杠杆施加,拉伸荷載取砝碼孔和量力環測讀值T2的平均值,兩根平行的測針固定在土中的織物上,並伸出盒外,分別測得盒外兩邊的兩測針間距變化,取平均值,可以求得織物的伸長應變。改變法向壓力p。的大小,分別測得:p。=O、75kPa、150kPa條件下,有紡織物和無紡織物的荷載一伸長關系如圖3-8所示。P。使拉伸模量增大的原因在于,土工織物具有較疏松的結構,受力時,纖維沿拉伸方向排列並伸長,同時纖維之間相對滑動,使織物變薄,且橫向收縮,無疑將使拉伸有效截面積減小。如在織物法向加以約束,將限制這種結構調整。同時,因土中垂直于織物平面的變形不均勻,織物不再是一個平面,而呈波浪形,引起織物纖維(或經緯紗)在不同方向的預拉伸,越過小伸長應變彈性模量較低的階段。測得土中織物的抗拉強度與無法向約束條件的抗拉強度相比,也有顯著提高。表3-2列出不同法向壓力下抗拉強度提高的比值,其中無紡織物提高的比值更大。
爲了獲得實際工程所需要的拉伸特性指標,必須進一步研究土工織物在土中的拉伸特性。
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